Когда насосная установка покидает завод, производитель выравнивает муфту в контролируемых условиях на чистой, не нагруженной опорной плите. К моменту, когда эта же установка будет закреплена цементным раствором в фундаменте, подключена к технологическим трубопроводам и передана для ввода в эксплуатацию, первоначальное заводское состояние, скорее всего, уже не сохранится. Поэтому выравнивание водяного насоса является обязательным условием ввода в эксплуатацию и базовым показателем для регулярного технического обслуживания — а не заводской сертификацией, действие которой сохраняется в дальнейшем.
Подшипники, механические уплотнения и соединительные элементы изнашиваются быстрее, если валы насоса и двигателя не расположены на одной линии, причем износ накапливается с самого первого оборота.
Основные выводы
Ниже приведены основные моменты, в которых эта статья оказывается наиболее полезной:
- Заводская регулировка теряется при заделке цементным раствором, подключении трубопроводов или термоциклировании — обязательно необходимо провести измерения на месте.
- Параллельное смещение, угловое несовпадение и осевое расстояние — это три отдельных состояния, требующих отдельных корректирующих перемещений.
- Перед измерением выравнивания валов необходимо устранить прогиб опоры и трубы; их наличие делает все показания, полученные в этот момент, недостоверными.
- При термическом расширении насосов, работающих в условиях высоких температур, необходимо применять расчетное смещение в холодном состоянии, чтобы агрегат был выровнен при рабочей температуре, а не при температуре окружающей среды.
- Фиксация состояния окончательной стопки прокладок при вводе в эксплуатацию служит отправной точкой, на которой будут основываться все последующие проверки в рамках технического обслуживания.
Заводская регулировка — это лишь отправная точка
Производители насосов поставляют оборудование с половинами муфты, выровненными с соблюдением жестких допусков на испытательном стенде. Это состояние меняется в тот момент, когда опорная плита закрепляется в фундаменте с помощью цементного раствора. Цементный раствор дает усадку при затвердевании, и неравномерная усадка может привести к повороту или наклону опорной плиты на величину, превышающую допустимые допуски муфты.
Подключение всасывающего и нагнетательного трубопроводов приводит к дополнительным деформациям: фланец, установленный с небольшим отклонением от нужного положения, зачастую прижимается к патрубку насоса, передавая нагрузки, которые смещают корпус насоса относительно двигателя.
Практически это означает, что заводской сертификат о калибровке является подтверждением контроля качества на этапе производства, а не гарантией правильной настройки в условиях эксплуатации. Руководство по выравниванию от KSB указывается, что после завершения монтажа необходимо проверить и скорректировать выравнивание непосредственно на месте установки. Использование заводского сертификата в качестве замены измерений, проводимых на месте, является одной из наиболее распространенных ошибок при вводе в эксплуатацию насосных установок, и эта ошибка проявляется не сразу, а спустя несколько месяцев в виде выхода подшипников из строя.
Параллельное, угловое и осевое смещение
Несоосность валов насоса и двигателя принимает три геометрически различных формы. Перед тем как приступить к исправлению, необходимо разобраться в каждой из них, поскольку для каждой формы отличаются как объект измерения, так и характер корректировки с помощью прокладок.
Параллельное смещение (радиальное несовпадение) означает, что оси валов параллельны, но смещены относительно друг друга. Два втулки муфты расположены на разной высоте или смещены в поперечном направлении. Для устранения этого несоответствия необходимо подложить или удалить прокладки под опорными ножками двигателя, чтобы равномерно поднять или опустить двигатель, либо сдвинуть двигатель вбок.
Угловое смещение означает, что оси валов пересекаются под углом, а не лежат на одной прямой. При измерении по окружности одна сторона зазора муфты оказывается шире другой. Для устранения этого несоосности необходимо дифференциальное регулирование прокладок — поднять передние опоры на большую высоту, чем задние, или наоборот.
Осевое расстояние Само по себе это не является признаком несоосности, однако неправильный зазор между муфтами муфты создает осевую нагрузку на вал насоса, что приводит к непреднамеренной нагрузке на упорный подшипник. Требуемый зазор указывается производителем муфты; его необходимо установить до проведения измерений угловой и параллельной несоосности.
Тип смещения | Что вы измеряете | Корректирующий ход | Основной ущерб в случае отсутствия корректирующих мер |
|---|---|---|---|
Параллельное смещение | Радиальный зазор между соединительными ободами в верхней и нижней мертвых точках | Одинаковая замена прокладок под всеми опорами двигателя или поперечное перемещение | Перегрузка подшипников, износ соединительных элементов |
Angular | Изменение зазора между поверхностями, измеренное с интервалом 90° вокруг соединения | Разница в толщине прокладок между передними и задними опорами двигателя | Циклическое изгибающее напряжение на валу, короткий срок службы уплотнения |
Осевое расстояние | Зазор между торцами втулки | Перед проведением других корректировок сдвиньте двигатель вдоль оси вала | Перегрузка опорного подшипника |
Комбинированный режим (типичные полевые условия) | Одновременное считывание показаний по ободу и по лицевой поверхности | Итеративные поправки методом «шим-энд-слайд» | Ускоренный износ всех вращающихся деталей |
Фактическое несоосность насоса и двигателя почти всегда представляет собой сочетание параллельной и угловой составляющих. Корректировка одной из них без повторной проверки другой приводит к бесконечному циклу настроек, поэтому структурированный метод измерения имеет большее значение, чем индивидуальные навыки.
Когда следует проверять совмещение насоса и двигателя
Расположение необходимо проверять в следующих точках, независимо от того, находилось ли предыдущее показание в пределах допуска:
- После полного затвердевания раствора, до подключения трубопроводов
- После закрепления болтами фланцев всасывающего и нагнетательного трубопроводов для определения деформации труб
- В ходе ввода в эксплуатацию, в качестве заключительного этапа проверки перед первым запуском
- После первого термического цикла на любом насосе, работающем в условиях высоких температур
- Всякий раз, когда уровень вибрации повышается без соответствующего изменения условий эксплуатации
- После замены подшипников или механического уплотнения, для чего потребовалось переместить насос или двигатель
Пропуск проверки после монтажа трубопровода — это наиболее распространённая практика упрощения работ на объектах при монтаже насосов. Трубопровод, проложенный с небольшим отклонением от заданного положения, натягивается на патрубок с усилием, достаточным для смещения корпуса на доли миллиметра — величины, которые проверка после цементирования никогда не фиксирует и которые муфта не может компенсировать бесконечно.
Методы с использованием лазера, индикатора часового типа и линейки
Лазерная центровка
В лазерных системах выравнивания на каждом соединительном втулке установлены вращающиеся мишени и датчики. Система одновременно рассчитывает как параллельное смещение, так и угловое несоосность, а затем отображает необходимые корректировки подкладок для каждой отдельной опоры двигателя. Лазерные системы снижают погрешность измерений, вызванную провисанием кронштейнов, и повышают повторяемость результатов при последовательных измерениях.
Они являются предпочтительным вариантом для горизонтальных центробежных насосов с торцевым всасыванием и с разъемным корпусом в большинстве промышленных условий эксплуатации.
Метод с использованием индикатора часового типа
Циферблатные индикаторы, установленные на кронштейне, прикрепленном к одной из половин муфты, сканируют торцевую поверхность и обод противоположной половины при ручном вращении вала. Показания по ободу отражают параллельное смещение, а показания по торцевой поверхности — угловое смещение. Этот метод является надежным, если кронштейны являются жесткими, а вал можно вращать без осевого люфта, который может повлиять на показания индикатора.
Прогиб кронштейна необходимо измерить и вычесть из показаний на лицевой панели, иначе при корректировке возникнет ложное угловое смещение.
Линейка и щуп
Прецизионная линейка, уложенная поперек обоих муфтовых втулок, позволяет обнаружить значительное параллельное смещение, а щупы, вставленные в зазор на торцевой поверхности муфты, измеряют угловое отклонение. Данный метод подходит для приблизительной первоначальной центровки, позволяющей убедиться, что агрегат выровнен достаточно точно для проведения инструментальных измерений. Сам по себе он не обладает достаточным разрешением для проверки соответствия современным требованиям к допускам муфт и не должен служить окончательным методом приемки при любой постоянной установке.
Словарь терминов KSB по муфтам отмечает, что допустимое смещение зависит от типа муфты — гибкие муфты допускают большее смещение, чем жесткие конструкции, однако это не отменяет необходимости выравнивания.
Прогиб опоры, деформация трубы и тепловое расширение
Мягкая подошва
«Мягкая опора» — это состояние, при котором одна или несколько опорных стоек двигателя не обеспечивают полного и ровного контакта с опорной плитой. При затягивании крепежного болта рама двигателя деформируется, что приводит к смещению положения вала, которое изменяется при дальнейшей затяжке болта. Любые показания выравнивания, полученные при наличии «мягкой ноги», изменяются при затяжке болта в соответствии с техническими требованиями, что делает корректировку непредсказуемой.
Необходимо выявить «мягкую опору» — путем поочередного ослабления крепления одной опоры и измерения перемещения вала — и устранить её с помощью подкладки под соответствующую опору до начала снятия показаний при выравнивании вала.
Деформация трубы
После затяжки болтов на всасывающем и нагнетательном фланцах на корпус насоса начинает действовать деформационная нагрузка от трубопровода. Трубопроводная система, которая не проложена надлежащим образом и не имеет независимой опоры, передает свой собственный вес и тепловые смещения на патрубок насоса, что приводит к смещению корпуса после проведения измерений выравнивания до монтажа трубопровода. Для устранения этой проблемы необходимо обеспечить независимую опору трубопровода, убедиться в параллельности торцов фланцев перед затяжкой болтов и повторно проверить показания выравнивания после полной затяжки фланцев.
Если показания изменяются после подключения трубопровода, это означает наличие деформации труб, которую необходимо устранить на уровне опор трубопровода, а не компенсировать с помощью дополнительных прокладок под двигателем.
Термическое расширение
Насосы, перекачивающие горячие жидкости, расширяются в вертикальном направлении по мере достижения корпусом рабочей температуры. Величина расширения зависит от расстояния от оси вала до поверхности опорной плиты и от перепада температур. При эксплуатации в условиях высоких температур необходимо выполнить выравнивание в холодном состоянии с учетом расчетного смещения, компенсирующего ожидаемое тепловое расширение, чтобы насос и двигатель были выровнены при рабочей температуре.
Если не учитывать тепловое расширение насосов, работающих в условиях высоких температур, то в результате получается агрегат, который выровнен в холодном состоянии, но смещен в горячем — именно такое состояние сокращает срок службы подшипников и уплотнений при нормальной эксплуатации, а не при аварийных режимах.
Последовательность ввода в эксплуатацию насоса с опорной плитой
Надежная последовательность действий по выравниванию водяного насоса при вводе в эксплуатацию выглядит следующим образом:
- Перед тем как приступить к измерениям, дождитесь полного затвердевания затирки.
- Проверьте ровность опорной плиты по обеим осям; при необходимости откорректируйте.
- Перед измерением положения вала необходимо выявить и устранить люфт на всех опорах двигателя.
- Установите осевой зазор муфты в соответствии с техническими требованиями производителя.
- Проведите приблизительную проверку с помощью линейки, чтобы убедиться, что устройство находится в пределах диапазона, допустимого для измерения прибором.
- Подсоедините всасывающий и нагнетательный трубопроводы; убедитесь, что торцы фланцев расположены параллельно, а трубопроводы имеют независимую опору.
- После подключения трубопроводов проверьте выравнивание с помощью лазера или индикатора часового типа.
- Итеративно корректируйте параллельные и угловые смещения; после каждой замены прокладки проводите повторную проверку.
- Запишите окончательные показания и зафиксируйте точное количество прокладок под каждой опорой двигателя.
- После первого полного термического цикла у насосов, эксплуатируемых в условиях высоких температур, необходимо повторно проверить их выравнивание.
Фиксация данных о наборе прокладок — это не просто формальность в документации. Когда технический специалист проверяет выравнивание после двенадцати месяцев эксплуатации, знание исходного набора прокладок на каждом футе позволяет определить, вызвано ли изменение осадкой, увеличением деформации труб или термоциклированием, вместо того чтобы начинать каждую проверку с нуля.
Вопросы и ответы
Можно ли проверить центрирование при установленном защитном кожухе муфты?
Нет. Для крепления кронштейнов индикатора часового типа или лазерных мишеней для выравнивания к втулкам муфты необходимо снять защитный кожух муфты. Попытки оценить выравнивание через смотровые отверстия или другими косвенными способами не могут заменить прямое измерение вала.
Запланируйте проверку выравнивания в качестве отдельной задачи, требующей проведения полной процедуры блокировки и маркировки, и рассматривайте любую установку, в которой невозможно выполнить этот этап, как проблему доступа для технического обслуживания, которую необходимо устранить во время следующей плановой остановки.
Что произойдет с насосом, который в течение короткого времени работает с нарушением центровки?
Продолжительность имеет меньшее значение, чем степень несоосности. Остаточная несоосность в пределах номинального допуска муфты создает небольшую дополнительную нагрузку, которую способны выдержать элемент муфты и подшипники. Несоосность, превышающая допуск муфты, вызывает циклическое изгибание вала при каждом обороте, что приводит к несимметричной нагрузке на дорожки качения подшипников и износу вставки муфты.
Даже кратковременная эксплуатация при значительном перекосе сокращает срок службы подшипника на долю от его номинального ресурса, и этот ущерб не устраняется даже при последующей корректировке выравнивания.
Влияет ли тип насоса на порядок выравнивания?
Да. Насосы с прямым приводом, в которых рабочее колесо устанавливается непосредственно на удлинителе вала двигателя, не имеют муфты и не требуют выравнивания валов. Конструкции с длинной муфтой и рамочным креплением, оснащенные гибкой муфтой, требуют проведения полной процедуры выравнивания на месте, описанной в данном документе.
Для вертикальных турбинных насосов и насосов с разъемным корпусом предусмотрены собственные процедуры центрирования, которые отличаются от процедур для горизонтальных насосов с торцевым всасыванием. Определение типа насоса и схемы муфты перед выбором метода измерения позволяет избежать применения неверной процедуры.
Требуется ли повторная регулировка после замены только механического уплотнения, без перемещения насоса или двигателя?
Если корпус насоса не снимался и ни насос, ни двигатель не сдвигались с опорной плиты, положение вала, скорее всего, не изменилось. Однако если для замены уплотнения потребовалось снять корпус, повернуть его или каким-либо образом нарушить крепление двигателя, перед повторным запуском необходимо проверить центрировку. Оптимальной практикой для любого критически важного насоса является проверка выравнивания в рамках любого планового демонтажа, независимо от объема работ, а также сравнение показаний после повторной сборки с задокументированными базовыми значениями, установленными при вводе в эксплуатацию.
Как гибкая муфта компенсирует перекос оси, не исключая при этом необходимости выравнивания?
Гибкая муфта компенсирует небольшие остаточные смещения за счет упругой деформации своей вставки, поглощая вибрацию и снижая пиковую передаваемую нагрузку. Она не устраняет силы, возникающие в результате несоосности, а распределяет их по гибкому элементу и на корпус подшипника. Непрерывная эксплуатация гибкой муфты на пределе или вблизи пределов углового и осевого смещений приводит к преждевременному износу элементов и увеличивает динамическую нагрузку, передаваемую на подшипники, а именно этого повреждения и должна была предотвратить регулировка соосности.
Примечания KSB Тип муфты необходимо выбирать с учетом ожидаемого диапазона несоосности в конкретной установке — а не использовать в качестве средства исправления последствий ненадлежащего выравнивания.
Заключение
Выравнивание водяного насоса начинается там, где заканчиваются заводские испытания. Заливка цементного раствора, подключение трубопроводов и термоциклирование приводят к смещениям вала, которые могут превышать допуски муфты ещё до того, как насос совершит свой первый оборот в эксплуатации. Для устранения этих смещений необходимо различать параллельное смещение и угловое несоосность, устранить нестабильность опоры и деформацию трубопроводов перед проведением каких-либо измерений, а также рассчитать смещение в холодном состоянии, необходимое для обеспечения коллинеарности при рабочей температуре.
Методы с использованием лазера или индикатора с циферблатом обеспечивают разрешение измерения, необходимое для данной задачи; а одна только линейка этого не обеспечивает. Регистрация окончательного количества прокладок и повторная проверка после первого теплового цикла превращают контрольный пункт в процессе ввода в эксплуатацию в повторяемый базовый показатель для технического обслуживания, что дает операционным и ремонтным бригадам необходимый ориентир для выявления смещения вала до того, как оно достигнет подшипников и уплотнений.