Анализ причин выхода из строя центробежных насосов сферы ЖКХ и технологические методы их восстановления

УДК 64.06

АНАЛИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ СФЕРЫ ЖКХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Корнеев Алексей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, aleksej44@yandex.ru, Любимова Александра Сергеевна, аспирант, sandra801288@mail.ru,

ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва

The paper reviews modern centrifugal pumps used in housing and communal services. It gives the opportunity of their classification. New methods of their recovery are studied and new technologies with polymeric compound materials.

В работе проведен обзор современных центробежных насосов, применяемых в сфере ЖКХ. Разработана их классификация. Проанализированы основные причины выхода из строя центробежных насосов. Рассмотрены основные методы их восстановления и предложены новые технологии с применением полимерных композиционных материалов.

Keywords: centrifugal pumps, polymeric compound materials housing and compound services Ключевые слова: центробежные насосы, полимерные композиционные материалы, ЖКХ

Качественное и бесперебойное обеспечение населения водой и теплом зависит от технического состояния используемого оборудования, в том числе насосов различных конструкций, подающих в систему воду и поддерживающих необходимое давление в тепловых сетях. Кроме того, немаловажную роль в нормальной работе ЖКХ играет вопрос водоотведения бытовых стоков.

Проведенный анализ показал, что, как правило, большинство применяемых насосов являются центробежными. В них перекачивание жидкости или создание давления производится вращением одного или нескольких рабочих колес. В результате воздействия рабочего колеса на жидкость создается необходимое давление в системе.

Рис. 1. Схема центробежного насоса:

1 - колесо, 2 - вал, 3 - передний диск, 4 - задний диск, 5 - лопасти, 6 - подшипники, 7 и 8 - уплотнения, 9 - подвод, 10 - спиральный отвод, 11- напорный патрубок

Главным рабочим органом центробежного насоса является рабочее колесо, свободно вращающееся внутри корпуса и насаженное на вал (рис. 1). Оно состоит из двух дисков, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между ними располагаются лопасти, которые изогнуты в противоположную сторону относительно направления вращения рабочего колеса. Вместе они образуют межлопастные каналы рабочего колеса, которые заполнены жидкостью. При вращении рабочего колеса на жидкость начинает действовать центробежная сила, в результате чего в центре рабочего колеса создается разрежение, а на периферии - повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через центробежный насос следует обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него. Жидкость по всасывающему патрубку и всасывающему трубопроводу поступает в передний диск рабочего колеса вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости и в центральной области колеса.

Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера, куда и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Эта камера переходит в короткий диффузор и образует напорный патрубок, который соединен с напорным трубопроводом. В качестве привода центробежного насоса можно использовать любой высокооборотный двигатель. Чаще всего для этой цели применяют электродвигатели [1].

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы сейчас разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по нескольким признакам (табл. 1).

Таблица 1

Классификация цент робежных насосов

По числу рабочих колес односту пенчатые

многоступенчатые

по способу подвода жидкости к с односторонним подводом

рабочему колесу с двусторонним подводом

по способу отвода жидкости из со спиральными отводами

рабочего колеса с турбинными отводами

по способу соединения с двигателем приводные

моноблочные

по компоновке насосного агрегата горизонтальные

(расположению вала) вертикальные

по конструкции рабочего колеса с закрытым рабочим колесом

с открытым рабочим колесом

по типу ротора с мокрым ротором

с сухим ротором

По числу рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые насосы. В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом. В зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т.д.

По способу подвода жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа.

По способу отвода жидкости из рабочего колеса различают насосы со спиральными и турбинными отводами. В насосах со спиральным отводом перекачиваемая жидкость из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральную камеру, а затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по преточным каналам поступает к следующим колесам. В насосах с турбинным отводом жидкость, прежде чем попасть в спиральную камеру, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом.

По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые не посредственно с двигателями с по мощью муфты, и моноблочные, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По конструкции рабочего колеса различают насосы с закрытым рабочим колесом, с открытым рабочим колесом.

По типу ротора - с мокрым ротором, с сухим ротором.

На водопроводных станциях обычно применяют насосы общего назначения, допускающие перекачивание воды с температурой до 85°С и с содержанием твердых включений до 3 г/л, размером не более 0,1—0,2 мм. Чаще всего устанавливаются горизонтальные насосы двустороннего входа типа Д. Эти насосы горизонтальные, одноступенчатые, с полуспиральным подводом воды. Корпус насоса чугунный, имеет горизонтальный разъем в плоскости расположения оси вала, что позволяет производить разборку и ремонт насоса без демонтажа трубопроводов. При подачах воды до 0,08 м3/с применяют консольные насосы типа К. Эти насосы горизонтальные, одноступенчатые, с рабочим колесом одностороннего входа, консольно-расположенным на конце вала насоса. Напорный патрубок может быть повернут на 90, 180 и 270° в зависимости от условий компоновки. Смазка подшипников - жидкая. Такие насосы выпускаются в двух модификациях: К (насос без двигателя) и КМ (в моноблочном исполнении) [3].

На заглубленных насосных станциях широко применяют вертикальные центробежные насосы типа В. Их применение позволяет уменьшить площадь машинного зала, удешевить строительство и улучшить условия эксплуатации вынесенных на первый этаж электродвигателей. Своей конструкцией эти насосы напоминают консольные, расположенные вертикально. Приводные двигатели насосов устанавливаются на балках над насосами, что уменьшает потребную площадь пола машинного зала. Подшипники таких насосов с резиновыми или лигнофолевыми вкладышами смазываются перекачиваемой водой, если содержание в ней взвешенных частиц не более 50 мг/л при допустимой их крупности и абразивности. При перекачивании загрязненной воды подшипники должны смазываться технически чистой водой из специальной системы водопровода.

В насосных станциях системы отведения бытовых стоков, как правило, устанавливаются насосы типа СД (сточные динамические) или СДВ (то же, вертикальные), предназначенные для перекачивания сточных вод с рН = 6...8,5, плотностью до 1050 кг/м3, температурой до 80°С и содержанием абразивных частиц по объему до 1%. Это центробежные насосы с рабочим колесом одностороннего входа. Эти насосы выпускаются четырех видов: горизонтальные и вертикальные одноступенчатые, полупогружные и двухступенчатые. Для охлаждения и гидравлического уплотнения сальников к этим насосам подводится техническая вода с напором на 2-3 м выше напора, развиваемого насосом. К крупногабаритным насосам техническая вода подводится с избыточным напором. Конструктивно одноступенчатые горизонтальные и вертикальные насосы серии СД напоминают, соответственно, насосы типов К и В.

На насосных станциях систем водоотведения в некоторых случаях могут быть применены грунтовые насосы типа Гр и ГрУ (с увеличенным проходным сечением). Грунтовые насосы типа Гр конструктивно напоминают насосы типа К. Грунтовые насосы предназначены для перекачивания гидросмесей (пульпы) с твердыми включениями частиц грунта. Характер перекачиваемой жидкости обусловливает некоторые конструктивные особенности, уменьшающие износ насоса: большие зазоры, упрощенный профиль лопастей рабочего колеса, меньшее их число. Эти особенности приводят к снижению КПД, который у грунтовых насосов меньше, чем у насосов К или СД.

Насосы типа ГрУ имеют динамические характеристики несколько хуже, чем насосы типа Гр. Чистая вода, подводимая для охлаждения и уплотнения сальников, служит одновременно для промывки, пространства между рабочим колесом и крышкой насоса. Напор технической воды должен быть на 5—10 м выше напора, развиваемого насосом.

Эксплуатационные свойства указанных насосов определяются их основными параметрами: подачей, напором, КПД насоса, мощностью, допустимой

вакуумметрической высотой всасывания или допустимым кавитационным запасом. Важными характеристиками насосного агрегата являются частота вращения его рабочего колеса и напряжение приводного электродвигателя.

Анализ конструкций центробежных насосов показал, что в качестве материала для изготовления его основных деталей применяют серый чугун (корпус, рабочее колесо), бронзу (защитная втулка), нержавеющие стали (вал), керамику (торцевые уплотнения) [2].

Возможные неполадки в работе центробежных насосов, встречающиеся в процессе эксплуатации насосных установок представлены в табл. 2.

Таблица 2

Возможные неполадки в работе центробежных насосов_______________

В чем заключаются неполадки Возможные причины неполадок

Отказ от работы после пуска насоса 1. Неплотность всасывающей линии 2. Наличие в корпусе насоса воздуха 3. Закупорка трубок гидравлического сальника

Уменьшение производительности в процессе работы центробежного насоса 1. Уменьшение числа оборотов 2. Просачивание воздуха во всасывающую линию или в корпус насоса через сальники 3. Увеличение сопротивлений в напорном трубопроводе 4. Увеличение высоты всасывания 5. Засорение рабочего колеса. 6. Механические повреждения: а) износ уплотнительных колец б) повреждение рабочего колеса

Уменьшение напора в процессе работы насоса 1. Уменьшение числа оборотов 2. Наличие воздуха в воде 3. Повреждение (разрыв) напорного трубопровода 4. Механические повреждения: а) износ уплотняющих колец б) повреждение рабочего колеса насоса

Перегрузка двигателя центробежного насоса 1. Число оборотов выше расчетного 2. Производительность насоса выше допустимой, напор меньше расчетного 3. Механические повреждения двигателя или насоса

Вибрация и шум 1. Неправильная установка 2. Частичное засорение рабочего колеса насоса 3. Механические повреждения: а) прогиб вала б) заедание вращающихся частей в) износ подшипников 4. Ослабление креплений на напорной и всасывающей трубах насоса 5. Чрезмерная высота всасывания; явление кавитации

Обработку валов насосов при ремонте осуществляют на фрезерных и токарных станках, которые оснащены рядом приспособлений. При выработке шеек валов насосов под подшипники вал обычно подвергается восстановлению на токарном станке, для чего разбирают ротор насоса и освобождают вал от рабочих колес. Если позволяют условия работы или материал, то покоробленным и погнутым деталям с помощью правки придают правильную форму. Деформированные валы выправляют механически при нагреве или в холодном состоянии.

Если вращающаяся часть насоса не уравновешена, то при вращении ее появляется сотрясение (вибрация) всего насоса. Вибрация вызывает разрушение подшипников, фундамента и самого насоса. Для устранения вибрации вращающиеся части должны быть отбалансированы на специальных станках.

При осуществлении ремонта центробежных насосов наибольший объем работы занимают работы по устранению неисправностей в роторах, так как их детали подвергаются большему изнашиванию [4].

Эрозионный и коррозионный износ, неточные зазоры в проточной части насоса, попадание в насос посторонних тел, значительный осевой сдвиг ротора из-за неправильной сборки насоса - вот основные причины выхода из строя рабочих колес. Их долговечность

зависит от материала, из которого они изготовлены, и насколько качественно они выполнены.

Основные дефекты муфт - коррозийный износ, задиры, поверхностей зубьев и посадочных мест, нарушение балансировки и соосности, механические поломки, овальность отверстий для пальцев, нарушение посадки на валу, биение полумуфт. При ремонте муфт осуществляется проверка размеров зазоров и зацеплений.

В процессе эксплуатации торцевых уплотнений неполадки, как правило, возникают вследствие износа пар трения. Наиболее ответственная заключительная операция по обработке пар трения - это притирка рабочих поверхностей трущихся пар торцевого уплотнения. Механизация процесса притирки рабочих поверхностей пар трения позволит получить идеальную плоскостность притираемой поверхности [2].

Из строя нередко выходят и подшипники. Их срок службы определяется количеством часов, в течение которых наступает «усталость металла», количеством оборотов подшипника, наличием и количеством смазки.

Большинство подшипников выходят из строя по следующим причинам:

- неправильный подбор подшипника к валу (несоблюдение допусков);

- отсутствие соосности между насосом и его ведущим шкивом;

- деформация валов;

- несбалансированность вращающихся элементов;

- термическое расширение вала.

В последнее время появились новые технологии восстановления оборудования сферы ЖКХ. Широкое применение получили полимерные композиционные материалы.

Их использование позволяет заменить такие традиционные методы восстановления деталей и узлов, как пайка, сварка, наплавка и т. п.

Полимерные композиционные материалы, как правило, состоят из активатора и базовой части, в состав которой вводятся мелкодисперсные металлические и минеральные порошки или волокна.

Эти материалы обладают следующими достоинствами:

- высокая технологичность и простота приготовления смеси, вследствие чего не требуется длительного обучения пользователя;

- возможность проведения ремонта в полевых и производственных условиях без подвода энергии;

- сокращение сроков ремонта в 2-10 раз;

- возможность выполнения ремонта в неудобных и труднодоступных местах;

- возможность проведения срочного (аварийного) ремонта в течение короткого времени (3-4 мин.) с помощью ремонтных материалов ускоренного отверждения;

- возможность соединения разнородных материалов между собой в различных сочетаниях;

- восстановление фрагментов деталей без применения специальной оснастки и инструмента;

- увеличение срока эксплуатации восстановленных и отремонтированных объектов в 2-17 раз;

- проведение ремонта без демонтажа или с минимальным демонтажем оборудования.

Литература

1. Общие технические условия по эксплуатации и ремонту центробежных насосов. ОТУ - 78. Волгоград: Миннефтехимпром, 1978. 188 с.

2. Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос, 1981. 351 с.

3. Краснов В.И. , Жильцов А.М., Набержнев В.В. Ремонт центробежных и поршневых насосов нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий: Справ. изд. М.: Химия, 1996. 320 с. ил.

4. Киселев Г.Ф., Мыслицкий Е.Н., Рахмилевич З.З. Техническое обслуживание и ремонт центробежных компрессорных машин. М.: Химия, 1979. 128 с.

5. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М.: Машиностроение, 1987. 187 с.