Центробежни помпи

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2006

 

Оптимизация на хидравличното оразмеряване. Превантивна диагностика и изцяло електронно управление.

Все по-високите изисквания към експлоатационното поведение и възможностите на центробежните помпи, наред с важната им роля в индустрията и бита, провокира непрекъснатото им техническо усъвършенстване. Стремежът към повишаване на надеждността на помпите налага оптимизиране на всички основни фактори, от които зависи ефективната им и безаварийна работа. Техническото развитие на хидравличните машини не остава встрани от общата тенденция към намаляване на енергоемкостта и удължаване на експлоатационния живот. Характерни за съвременните центробежни помпи са и разширените възможности за регулиране, дължащи се на използването на достиженията на съвременната автоматизация. Периодичният мониторинг на центробежните помпи с цел своевременно откриване на нарушения в нормалната им работа и

предотвратяване на сериозни повреди

е важна част от комплексната поддръжка на възлите. Основните симптоми, свидетелстващи за наличието на конструктивни неизправности в помпата, некоректно присъединяване на възела към основната плоча или тръбопровода и други, могат да се класифицират в четири групи - непостоянство в дебита, чести повреди на лагерите, износване на механичните уплътнения и скъсяване на живота на уплътнителните материали. При появата на някой от изброените симптоми, на базата на натрупания опит в поддръжката на центробежните помпи, с голяма вероятност може да се определи причината за възникването на регистрираното нарушение.

Важна роля за ефективната и надеждна работа на една центробежна помпа има изборът й. Традиционните схващания за оптимален избор на помпите включват съобразяване с експлоатационните условия и характеристиките на работния флуид. В значителна степен, обаче, прогресът по отношение надеждността на помпите през последните години се дължи на разработването и успешното използване на т.нар.

концепция за тоталното качество

(Total Quality). Концепцията обхваща широко разнообразие от инструменти, включително анализ на причините, водещи до най-често срещаните аварии при хидравличните машини, различни техники за статистически анализ на експлоатационното поведение на помпите и др. Сериозни проучвания върху функционирането на помпите осигуряват необходимата информационна база за превантивната им диагностика. Днес все повече потребители на хидравлични машини разполагат с различни програми и методики за увеличаване надеждността на помпите, целта на които е откриване и отстраняване на възникнали отклонения от нормалната им работа, преди съоръженията да се повредят. Крайната цел на инициативите, обединени под наименованието тотално качество, е максимално увеличаване на надеждността на работа, включително постигане на най-големите възможни периоди от време между аварийното спиране на помпите. Реални следствия от прилагането на концепцията за тоталното качество е увеличената производителност на съоръженията и производствата, елемент от техническата база на които са помпите. Наред с тях се постига увеличена безопасност на работа и улеснена поддръжка. Причината за разработването и широкото прилагане на концепцията за тоталното качество е очевидна. Движеща сила в развитието на използваните инструменти за подобряване надеждността на помпите е

високата конкуренция на световните пазари

Според концепцията за тоталното качество, надеждността на една центробежна помпа се залага още в процеса на проектирането й. В зависимост от конкретните работни условия изборът на помпа се базира на комплекс от взаимносвързани параметри. По тази причина хидравличното оразмеряване на помпите е обект на специално разглеждане от концепцията за тоталното качество. Основни цели, които се преследват при избора на една помпа, са работа на машината в точката от работната й характеристика с най-висока ефективност (best efficiency point, или BEP), плавен пуск и осигуряване на оптимална нетна положителна смукателна височина (net positive suction head, или NPSH). Всеки специалист, сблъсквал се на практика с подобен избор, знае, че често е невъзможно да се удовлетворят изброените критерии за избор на хидравлична машина.

Трите основни критерия, които се вземат под внимание при избора на помпа, са работна скорост, диаметър на работното колело и работна точка от характеристиката й. Специално за приложения, в които традиционно използваните критерии за избор на помпа не могат да бъдат удовлетворени, е разработена

концепцията за факторите на надеждността

Методът дава възможност да се определи и сравни проектната надеждност на една помпа с друга. За целта се въвеждат три фактора на надеждността, отнасящи се до основните критерии, които се вземат предвид при избора на помпа - работна скорост, диаметър на работното колело и работна точка от характеристиката на помпата. Факторите на надеждността се дефинират като безразмерни числа, изпълняващи функцията на сравнителен индекс на определения параметър с идеалната му стойност. Стойността на всеки от факторите се изменя в диапазона от 0 до 1.

Използването на всеки от изброените фактори може да се разглежда като инструмент, улесняващ избора на хидравлична машина. Комплексна оценка на проектната надеждност на една помпа в сравнение с друга за дадено приложение може да се направи на базата на трите фактора Fr, Fd и Fq чрез т.нар. индекс на надеждността RI.

Индексът на надеждността

RI се изчислява като произведение от трите фактора на надеждността: RI = Fr . Fd . Fq. Представлява съотношение, което дава възможност да се сравни изборът на една помпа с друга с оглед постигане на оптимални експлоатационни параметри и най-висока надеждност. Например при RI=1 не трябва да се разбира безкрайна надеждност, нито RI=0 да се тълкува като нулева надеждност. Стойността на фактора надеждност е индикатор, по който може да се съди дали изборът на една помпа е по-удачен за даденото приложение от друг. Описаната методология не е приложима за сравняване на две помпи от конструктивна гледна точка.

По принцип

работната скорост

оказва въздействие върху надеждността на помпите чрез триещите се повърхности в конструкцията на машината. На практика, най-силно изразено е влиянието на работната скорост върху механичните уплътнения. Факторът въздейства и върху живота на лагерите поради увеличената цикличност в работата на помпата, постепенното влошаване на характеристиките на използваната смазка, включително намаляването на вискозитета й, вследствие на увеличената температура. Работната скорост също така има негативно влияние върху износването на конструктивните елементи на помпата, което се отразява във висока степен на производителността на машината. Факторът работна скорост е взаимосвързан и с характеристиките на засмукване на помпата. Установено е, че вследствие на кавитационни проблеми, върху които оказва влияние и работната скорост, надеждността на помпите би могла значително да се понижи.

Наложило се е схващането, че изборът на

балансирано работно колело

с максимално голям диаметър е най-добрият, тъй като в този случай геометриите на колелото и корпуса на машината са най-добре съгласувани. Казаното е вярно, ако машината работи в т.нар. BEP точка от работната си характеристика. При работа на помпата в друга точка от характеристиката й, изборът на машина с максимално голямо работно колело не е най-добрият вариант. В този случай ъгълът, под който флуидът излиза от работното колело на помпата, е по-голям от оптималния. Резултатът е пулсации в налягането, които могат да доведат до провисване на вала на помпата и да съкратят живота на механичните уплътнения.

По принцип, центробежните помпи се проектират да поддържат определен дебит и напор за дадена скорост. Това е т.нар.

точка с най-добра ефективност

от работната характеристика на помпата, в която машината работи с най-висока ефективност при най-малко хидравлично натоварване. В случаите, при които помпата работи над или под точката с най-добра ефективност, хидравличното натоварване и останалите експлоатационни характеристики на машината не са оптимизирани. Резултатът е понижаване на надеждността на помпата. Счита се, че отрицателното влияние, което отклонението от оптималната работна точка оказва върху надеждността на машината, е по-малко неблагоприятно при по-малките помпи. Факторът работна точка се взема под внимание при оразмеряването на помпите.

Дори и при най-рационално използване на възможностите, които предлага концепцията за тоталното качество,

абсолютната надеждност на помпите е утопия

Проучванията допълнително се усложняват от факта, че немалък брой повреди на хидравличните машини са резултат от случайни смущения в работата на системите и операторски грешки. Превантивната диагностика на помпите е сложен процес, който налага използването на съвременни автоматизирани системи, контролиращи състоянието на всички основни възли и критични точки на машината. Във възможностите на съвременните системи са да откриват и разпознават съществуващи индикации за появата на бъдещи повреди и да поддържат характеристиките на помпата в зависимост от зададените стойности. Резултатът е максимална ефективност на помпите и значително енергоспестяване.

Има всички индикации да се смята, че помпата на XXI век ще представлява комплексно техническо решение, обхващащо хидромеханична част и

автоматизирана система за мониторинг

управление и диагностика. За контрол на текущото състояние на хидравличните машини ще бъдат използвани системи от датчици, монтирани на възлови за работата на помпите места от конструкцията им. Приема се, че разходите по закупуването и инсталирането на датчиците ще бъдат многократно компенсирани от предимствата, с които ще бъде свързано използването им.

За разлика от съвременните помпи, хидравличните машини на бъдещето по всяка вероятност ще бъдат конструирани на основата на универсален модел с изцяло електронно управление, който ще представлява т.нар. сърцевина на машината, около която ще се конфигурира цялата помпена система. Конкретните експлоатационни характеристики за всяко приложение ще бъдат постигани на базата на съответни настройки от интелигентен контролер.

В крайна сметка, ефективността и надеждността на работа на всяка помпа с изцяло електронно управление ще зависи от

управляващия софтуер

което е свързано с редица рискове. Например, откриването и отстраняването на грешки в програмата ще зависи в голяма степен от нивото на програмистите, разработили софтуера. Друг проблем, свързан с навлизането на информационните технологии, е невъзможността да се симулира експлоатационното поведение на машината преди окончателното завършване на софтуерния пакет. Въпреки всички изброени фактори, разработването на хидравлични машини с изцяло електронно управление ще създаде възможности за сериозно намаляване на крайната им производствена цена.

Следващото поколение помпи задължително ще бъде оборудвано с комплекс от сензори, показанията на които дават възможност да се следят в реално време основни технологични параметри за всяка хидравлична машина. Оптималният брой сензори за контрол на текущото състояние на помпата се определя в зависимост от конкретните изисквания. Счита се, че помпата на бъдещето ще бъде оборудвана с: датчик на изходното налягане на помпата, датчик на оборотите на входящия вал на машината, датчик на входящия въртящ момент на помпата, датчик на дебита на помпата, датчик на входящото налягане на машината, датчик на налягането в дренажния канал на помпата и датчик на температурата в дренажния канал на помпата. Два са основните фактори, които обосновават използването на всеки от изброените сензори за конкретното приложение - степен на влияние върху функционалността и надеждността на работа на помпата.




Новият брой 2/2017

брой 2-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top