Вертикальный насос может незаметно терять напор или расход, при этом потребляемый ток двигателя по-прежнему остается близким к номинальному значению. Поскольку большая часть вращающегося механизма расположена ниже уровня нагнетательного патрубка, неисправность обычно находится в месте, куда невозможно добраться даже с фонариком. Двигатель выглядит исправным, показания датчика на нагнетательном фланце это опровергают, и оператору остается только гадать, где именно находится проблема: в чаше, колонне или отстойнике.
Итак, каковы наиболее распространенные проблемы с вертикальными насосами? На практике их можно разделить на шесть групп: низкий расход или низкий напор из-за износа рабочих колес и изнашивающихся колец чаши, вибрация, связанная с прямолинейностью и выравниванием вала, износ вала и направляющего подшипника внутри колонны, нарушения на входе, такие как вихри и низкая глубина погружения, утечка уплотнения или сальника на нагнетательной головке, а также коррозия погруженных компонентов. Каждая группа указывает на конкретный участок насоса, поэтому в данном случае карта сопоставления симптомов и мест их возникновения будет более полезной, чем общий контрольный список.
Основные выводы
- Тот же симптом на горизонтальном насосе и на вертикальный насос часто возникает на разных глубинах — диагностируйте по глубине, а не по аналогии.
- Низкий расход при постоянном токе, как правило, связан с узлом чаши; вибрация при постоянном расходе, как правило, связана с колонной или муфтой.
- Конструкция впускного отверстия вызывает проблемы, которые выглядят как механические неисправности. Перед демонтажем насоса убедитесь в его полном погружении в жидкость и в наличии притока.
- Видна утечка уплотнения в верхней части; причиной часто является несоосность привода и верхнего вала.
- Работы по демонтажу и осмотру глубоко заглубленного вертикального турбонасоса обходятся дорого, поэтому порядок проведения диагностики имеет не меньшее значение, чем сама диагностика.
Начните с определения симптомов и глубины закачки
Неисправности вертикальных насосов возникают на разных участках их конструкции, поэтому в первую очередь необходимо определить, на какой участок указывает данный симптом. Давление на выходе, расход, характер вибрации и ток двигателя соотносятся с разными участками. Снижение напора при нормальном токе указывает на неисправность в области корпуса насоса и всасывающего патрубка.
Всплеск вибрации без изменения амплитуды указывает на неисправность в валу, муфте и двигателе.
Рассматривайте насос как три соединенных между собой секции: рабочую часть (корпус, рабочие колеса, всасывающий патрубок), колонну (проходной вал, опорные подшипники, труба колонны) и головную часть (выпускной колено, сальник или механическое уплотнение, приводная муфта). Регистрация того, к какой секции относится каждый симптом, прежде чем что-либо открывать, позволяет избежать полного демонтажа глубоко установленного вертикального турбинного насоса. Один только этот подход решает большинство диагностических задач.
Низкий расход или низкий напор
Низкий расход при токе двигателя, близком к расчетному, и неизменных условиях всасывания почти всегда означает, что внутри корпуса насоса образовался гидравлический зазор. Износ рабочего колеса, эрозия изнашивающегося кольца корпуса и абразивная среда постепенно смещают кривую производительности насоса вниз и влево. Операторы часто винят в этом систему, а не насос, поскольку показания манометра на нагнетательном фланце при остановке насоса выглядят вполне нормальными.
Проверьте, сопоставив ход кривой при известном расходе с исходной испытательной кривой. Ровная или провисающая кривая без шума кавитации является признаком износа, а не проблемой системы. Если всасывание осуществляется из открытого отстойника, также исключите низкую глубину погружения перед извлечением чаши — потеря глубины погружения выглядит как износ на графике тренда, но связана с впускным отверстием, а не с рабочим колесом.
Когда низкий расход на самом деле является результатом неправильной настройки
Удивительно много обращений по поводу "низкого расхода" в новых установках связано с неправильной боковой регулировкой рабочего колеса. Рабочие колеса вертикальных турбин установлены на валу и при вводе в эксплуатацию должны быть приподняты над опорами корпуса на определенную величину. Если установить их слишком низко, они будут задевать корпус; если слишком высоко — увеличится внутренний зазор и снизится напор.
Это яркий пример сбоя в передаче ответственности от этапа закупки до монтажа: порядок действий при подключении отводов описан в руководстве, но на объекте никто не отвечает за его выполнение.
Вибрация и шум
Вибрация вертикального насоса редко возникает из-за одного-единственного источника. Привод, жесткая муфта или промежуточная муфта, верхний вал, каждый участок промежуточного вала и каждый опорный подшипник — все они являются частью одного длинного ротора. Неисправность на любом участке распространяется по всей длине, поэтому датчик вибрации, установленный на фланце двигателя, фиксирует признаки неисправности, возникающие гораздо ниже по оси.
Следует сразу же выделить две характерные особенности. Вибрация с частотой 1× от частоты вращения, усиливающаяся с ростом расхода, обычно указывает на проблемы с соединением или выравниванием вала на входной стороне. Широкополосная вибрация или вибрация, связанная с прохождением лопастей, усиливающаяся при снижении уровня погружения, указывает на проблемы с впускным устройством или рабочим колесом.
Шум, вызванный кавитацией (похожий на звук гравия в насосе), представляет собой отдельную категорию и почти всегда свидетельствует о том, что запас NPSH в всасывающем патрубке исчерпан.
Износ подшипников, промежуточного вала и муфты
Именно в секциях колонны происходит износ. Секции вала соединяются резьбовыми муфтами и центрируются с помощью направляющих подшипников, расположенных по всей длине трубы колонны. В конструкциях с открытым валом подшипники смазываются перекачиваемой жидкостью; в конструкциях с закрытым валом — за счет подачи масла или смазки.
В любом случае, потеря смазки или загрязнение ускоряют износ подшипников и приводят к колебаниям вала.
К симптомам относятся усиление вибрации, которая усиливается после запуска на холостом ходу, слышимый гул во время разгона, а также неравномерный износ сальников в сальниковом узеле из-за прогиба вала. Изогнутый участок приводного вала не выпрямится при замене подшипников; его необходимо демонтировать. Выравнивание валов привода и насоса в головной части также относится к этой группе — Руководство по выравниванию от KSB является полезным справочным материалом по допускам и порядку внесения поправок.
Проблемы с всасыванием: вихри, недостаточная глубина погружения и посторонние предметы
Неисправности в системе всасывания с точки зрения стороны нагнетания выглядят как механические, но их причина кроется в отстойнике. Для вертикального насоса необходимо, чтобы над всасывающим зондом находилось достаточное количество воды, чтобы предотвратить образование вихрей, увлекающих воздух, и неравномерность поступающего потока. При снижении уровня погружения насос засасывает воздух, напор периодически падает, а вибрация усиливается, при этом в самом вращающемся узле никаких изменений не происходит.
Рекомендации компании Xylem по проектированию насосных станций Рассмотрим геометрию, предотвращающую образование вихрей на свободной поверхности и под поверхностью, включая зазор между раструбом и полом, отступы от стен и форму подходного канала. При модернизации часто наследуется неудачная геометрия; разделители на дне и задние стенки могут исправить то, что должен был делать исходный отстойник. Мусор — еще один виновник заторов на входе: частично заблокированная решетка или тряпка, обернутая вокруг воронки, имитируют износ рабочего колеса на кривой.
Проверка отстойника перед демонтажем насоса
Прежде чем планировать разборку вертикального турбонасоса, обратите внимание на состояние свободной поверхности во время работы. Постоянные вихри на поверхности, завихрения у горловины или колебания уровня жидкости в отстойнике при постоянной нагрузке — все это признаки проблем с всасыванием. Ремонт отстойника обойдется гораздо дешевле, чем капитальный ремонт корпуса насоса, который и не был источником неисправности.
Утечка уплотнителя и коррозия
В верхней части вращающийся вал проходит либо через сальниковую прокладку, либо через механическое уплотнение. Сальниковая прокладка по конструкции допускает утечку с контролируемой интенсивностью; механическое уплотнение — нет. Чрезмерная утечка обычно свидетельствует о прогибе вала из-за несоосности, износе втулки вала или повреждении уплотнительной поверхности абразивными частицами, попадающими в колонну.
Коррозия — это проблема, развивающаяся незаметно. Погруженные в жидкость трубы колонны, корпус и всасывающий раструб годами находятся в контакте с технологической средой. Ошибки при выборе материалов — например, использование углеродистой стали для колонны в условиях воздействия слабоагрессивной воды или бронзовых рабочих колес в средах с содержанием хлора — сначала проявляются в виде точечной коррозии на раструбе и эрозии в области отверстия рабочего колеса.
К тому моменту, как он доходит до головы, мокрый конец уже давно прошел.
Таблица устранения неисправностей: симптом, вероятное местоположение, следующая проверка
Основной симптом | Вероятное местонахождение | Перед тем как тянуть, проверьте |
|---|---|---|
Низкий напор, стабильный ток, отсутствие шума кавитации | Узел рабочего колеса (износ рабочего колеса, зазор кольца) | Сравнение направления потока с заводской кривой; проверьте поперечное положение рабочего колеса |
Низкий напор, перебои в работе, сопровождающиеся шумом, похожим на шум воздуха | Всасывающий колпачок / отстойник | Измерить глубину погружения на рабочем уровне; проверить решетку и поток на подходе |
1× вибрация со скоростью бега в области головы | Соединение и центрирование привода относительно вала | Проверка выравнивания в холодном и горячем состоянии в соответствии с процедурой KSB |
Широкополосная вибрация, усиливается на низких частотах | Вортексный поток на входе, колебания вала | Визуальный осмотр поддона; проверьте расстояние между направляющими подшипниками и их состояние |
Вибрация лопаток, звук гравия | Кавитация в центре рабочего колеса | Пересчитать NPSHa с учетом текущей температуры и глубины погружения |
Сальник перегревается или сильно протекает | Прямолинейность упаковки, гильзы или вала | Проверьте биение втулки; проверьте момент затяжки сальника и промывку |
Точечная коррозия на колоколе, ржавые полосы на колонне | Материал / коррозия | Возьмите купон; сверьте химический состав жидкости с техническими характеристиками материала |
Увеличение тока двигателя при снижении расхода | Засорение рабочего колеса / колокола мусором | Осмотрите сетку; проверьте, нет ли в воронке тряпок или твердых частиц |
План технического обслуживания вертикальных насосов
План технического обслуживания вертикальных насосов должен учитывать затраты на доступ к оборудованию. Все работы, для выполнения которых требуется демонтаж насоса — осмотр корпуса, проверка прямолинейности вала, оценка состояния раструба — следует проводить партиями. Все работы, которые можно выполнить без демонтажа — выравнивание, замена сальников, измерение базовых показателей вибрации, промывка уплотнений — должны выполняться с более короткими интервалами, поскольку их проверка не требует больших затрат.
Оптимальный график работ выглядит следующим образом: ежедневный обход для проверки на утечки и посторонние звуки; ежемесячный мониторинг динамики показателей вибрации и давления нагнетания по сравнению с базовой кривой; ежегодная повторная проверка выравнивания и обслуживание сальников на головке; а также плановый демонтаж с интервалом, определяемым степенью износа, а не календарным сроком. При работе в условиях абразивного или коррозионного воздействия защитные изнашиваемые кольца и программа анализа проб позволяют увеличить интервал между выводом насоса из эксплуатации без необходимости делать предположения.
Вопросы и ответы
Как определить, связано ли снижение расхода с неисправностью насоса или с проблемой в системе?
Нанесите текущий рабочий напор на график в соответствии с текущим расходом на исходной заводской кривой. Если точка находится ниже кривой, это означает ухудшение рабочих характеристик насоса — как правило, в корпусе. Если точка находится на кривой, но при неверном расходе, это означает, что сопротивление системы изменилось.
Одинаковый калибр, разный результат.
Является ли рост тока двигателя надежным сигналом раннего предупреждения для вертикального насоса?
Не в одиночку. Изношенное рабочее колесо может привести к падению напора без значительного изменения силы тока, а частично забитый впускной патрубок — к увеличению силы тока при одновременном снижении расхода. Необходимо сопоставлять показания силы тока с давлением на выходе и, по возможности, с расходом — показания любого отдельного прибора на вертикальном насосе легко интерпретировать неверно.
В каких случаях целесообразно перейти с уплотнительной прокладки на механическое уплотнение в головке?
Когда затраты, связанные с частотой замены сальников, износом втулок или утечками в технологическом процессе, превышают стоимость установки уплотнения и его системы промывки. В вертикальных турбинных насосах с глубоким расположением вала и длинными валами срок службы уплотнения в значительной степени зависит от биения верхней части вала, поэтому сначала необходимо выровнять вал, иначе уплотнение прослужит не дольше, чем сальник, который оно заменило.
Можно ли на короткое время эксплуатировать вертикальный насос при глубине погружения ниже минимальной?
Система может работать, но попадание воздуха приводит к повреждению рабочего колеса, ускоряет износ подшипников из-за нестабильности ротора и сбрасывает показатели износа корпуса. Существуют рекомендации по конструкции отстойника, такие как рекомендации компании Xylem, поскольку повреждения носят накопительный характер, даже если каждое такое отклонение кажется кратковременным.
Какая ошибка чаще всего допускается при демонтаже и повторной установке вертикального насоса?
Пропуск поперечной регулировки рабочего колеса после сборки. Вал растягивается под нагрузкой и в результате теплового расширения, а поперечная регулировка компенсирует это. Правильно отремонтированный насос с неправильной поперечной регулировкой уже через несколько часов после запуска будет работать как изношенный.
Заключение
Основной урок, который можно извлечь из типичных неисправностей вертикальных насосов, заключается в том, что симптом и причина находятся на разных участках одной и той же установки. Низкий расход связан с рабочей чашей, вибрация — с колонной или муфтой, периодическая потеря напора — с отстойником, а проблемы с уплотнением в верхней части часто обусловлены не самим уплотнением, а его неправильной центровкой. Оцените симптом, определите его местоположение на насосе, прежде чем что-либо открывать, и следующее решение — отрегулировать, провести техническое обслуживание в верхней части или запланировать демонтаж — станет гораздо менее затратным.