CC BY
10УДК 62-1/-9 Хитров В.А., Гимадеев М.Р.
Хитров В.А.
студент кафедры высшей школы промышленной инженерии Тихоокеанский государственный университет (г. Хабаровск, Россия)
Гимадеев М.Р.
канд. техн. наук, доцент кафедры высшей школы промышленной инженерии Тихоокеанский государственный университет (г. Хабаровск, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РАБОЧИХ КОЛЕС ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И ПОВЫШЕНИЕ ЕГО ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
Аннотация: в работе рассмотрены способы развития антикоррозийных свойств рабочих колес насосных агрегатов типа ЦНС. Представлен список аварийных ситуаций. При помощи моделирования деформированного состояния рабочего колеса методом конечных элементов интеллектуального модуля «ЛЫ8У8», определены участки максимального напряжения, а также способы их оптимизации за счет нанесения защиных покрытий.
Ключевые слова: коррозия, защитные покрытия, долговечность, рабочее колесо, центробежный насос.
Исследования в области развития технологий насосных агрегатов позволяют создавать более прочные и износостойкие рабочие колеса для насосов ЦНС. Это включает в себя использование современных композиционных материалов, таких как керамика или углеродные нанотрубки, а также передовые методы литья и обработки металла, способы напыления.
1622
Улучшение сопротивления износу и коррозии направлены на разработку покрытий и специальных обработок поверхности, которые повышают износостойкость и устойчивость к коррозии рабочих колес. Это позволяет увеличить срок службы насосов и снизить расходы на их обслуживание.
Современные технологии позволяют осуществлять автоматический мониторинг состояния рабочих колес и насосных установок в целом. Это помогает оперативно выявлять возможные проблемы и предотвращать аварийные ситуации, а также оптимизировать процессы обслуживания и ремонта.
Обзор и анализ рассмотренных работ по гидротранспортным системам на нефтеперерабатывающих предприятиях показывает, что эффективность использования центробежного насоса секционного соответствует его техническим возможностям, серия насосов ЦНСп как нельзя лучше подходит для транспортировки нефтепродуктов по трубопроводам.
Но в свою очередь так же высока трудоемкость работ при эксплуатации оборудования, где возможен гидроабразивный износ центробежных насосов, а именно рабочих колес насоса, низок рабочий ресурс, высоки металлоемкость и энергоемкость гидротранспортных систем, из-за высокого содержания углеводородных веществ и механических примесей в нетоварной нефти.
Экономические показатели гидротранспорта, полученные по статистическим данным цеха по подготовке нефти и воды и поддержанию пластового давления свидетельствует о том, что в числе общих эксплуатационных расходов, наибольшее влияние оказывают затраты на ремонт насосов, которые составляют 30 - 40%, в то же время убытки от простоев всего гидротранспортного оборудования достигают 65 - 70%.
Приведенные данные в таблице 1 показывают, что отказы и снижение работоспособности насосного оборудования главным образом связаны с накоплением необратимых повреждений в их деталях, элементах и узлах. Самым напряженным узлом центробежных насосов является рабочее колесо, так как прямой контакт с углеводородными веществами (парафины) и
1623
механическими примесями (частицы песка, хлористые соли) приводит к преждевременному разрушению рабочего колеса. Износ рабочих колес, в свою очередь, вызывает значительные вибрационные напряжения, передаваемые опорным узлам насосной установки - подшипникам, срок службы которых резко снижается и приведёт к изменению КПД.
Таблица 1. Аварийные ситуации по цеху по подготовке нефти и воды и поддержания пластового давления
№ Аварийные ситуации Доля участия в общем числе
п.п отказов, %
1 Рабочее колесо 23
2 Перегрев торцевых уплотнений (как следствие выход из строя) 21
3 Выход из строя подшипников 17
4 Остановка электродвигателя насоса или самого насоса 16
5 Отказ подачи масла в насос и электродвигатель 12
6 Другие причины 11
Итого 100
После расчета напряженно - деформированного состояния рабочего колеса методом конечных элементов при помощи интеллектуального модуля «АКБУБ» стало понятно, что повреждения и разрушения рабочих колес насосных агрегатов возникают на периферии диска и начинаются с области присоединения лопаток к дискам.
Исходя из вышесказанного, стало понятно, что рабочие колеса центробежного насоса, нуждаются в нанесении защитных покрытий для повышения антиабразивных и антикоррозийных покрытий.
Преимущества нанесения защитных покрытий на рабочее колесо центробежных насосов включают:
1624
1. Защита от прямого контакта с абразивными материалами, что позволяет увеличить срок службы рабочего колеса.
2. Повышение эффективности использования насоса и поддержание его производительности на более длительный период времени.
3. Снижение операционных расходов за счет уменьшения затрат на замену изношенного рабочего колеса.
Проанализировав методы улучшения износостойкости рабочих колес, опираясь на научную литературу, в данном случае буде применяться метод повышения износостойкости рабочего колеса насоса, через нанесение графитного покрытия на поверхности рабочего колеса посредством напыления графита. Процесс напыления графита может быть выполнен с использованием различных методов, таких как плазменное напыление, напыление вакуумом или напыление из газовой фазы. Преимущества:
Устойчивость к износу: графит имеет хорошие антифрикционные и смазывающие свойства, что делает его эффективным в защите рабочего колеса от износа, вызванного абразивными материалами.
Улучшенная производительность: напыленный графит на рабочем колесе может снизить трение и износ, что в результате улучшает производительность насоса и увеличивает его срок службы.
Так же не маловажным фактом является способ нанесения, а также толщина слоя наносимого материала.
-поверхности, на которые не должно наносится покрытие (отверстие колеса и торцовые поверхности ступиц),
-поверхности, на которые наносится жесткий слой покрытия 0,2-0,3 мм (внутренние каналы и наружные дисковые поверхности рабочих колес), нанесение более толстых слоев уменьшает сечение проточной части насоса и влечет к увеличению гидравлических потерь,
-поверхности, на которые необходимо наносить слой покрытия большой толщины до 0,7 мм. Поверхности ступиц и канавок, которые сопрягаются с
1625
поверхностями других деталей, должны быть подвергнуты механической обработке с целью обеспечения требуемой точности размеров и геометрической формы.
Проведенный анализ, целесообразности применения различных способов нанесения защитных покрытий для покрытия деталей сложной формы с закрытыми поверхностями показал, наиболее эффективными являются струйный и электростатический способы напыления. С учетом технических требований, предъявляемых к рабочему колесу для исследования, применяем струйный способ напыления.
Технологический процесс нанесения защитных покрытий на рабочие колеса насосов предусматривает выполнение ряда операций в следующей последовательности:
-подготовка деталей к покрытию, -предварительный нагрев детали,
-напыление защитного покрытия на покрываемые поверхности детали, - термообработка покрытия,
-механическая обработка на сопрягаемых поверхностях, -контроль.
Проанализировав преимущества и недостатки различных способов напыления защитных покрытий, выбраны конечные материалы защитных покрытий на рабочие колеса типа ЦНС. Так же, в результате применения покрытий увеличивается долговечность насосов, повышается его КПД, снижение капитальных вложений в результате межремонтного периода насосов, экономия электроэнергии, потребляемой насосами с покрытиями за счет увеличения их КПД.
1626
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Меднов, Е.А. Диагностика и прогнозирование показателей коррозионной стойкости несущих металлических конструкций / Е.А. Меднов. - М.: ВИНИТИ, 2007. - 152;
2. Беззубов А.В. Насосы для добычи нефти. Справочник рабочего. - М: Недра, 1986 г. - 224 с;
3. Улиг Г.Г. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику / Г. Г. Улиг, Р. У. Реви-Л.: Химия, 1989 г. - 456 с
Khitrov V.A., Gimadeev M.R.
Khitrov V.A.
Pacific State University (Khabarovsk, Russia)
Gimadeev M.R.
Pacific State University (Khabarovsk, Russia)
STUDY OF WORKER WEAR CENTRIFUGAL PUMP WHEELS AND INCREASING ITS WEAR RESISTANCE
Abstract: the work discusses methods for developing the anti-corrosion properties of impellers ofpumping units of the CNS type. A list of emergency situations is presented. By modeling the deformed state of the impeller using the finite element method of the intelligent module "ANSYS", areas of maximum stress were determined, as well as methods for their optimization through the application of protective coatings.
Keywords: corrosion, protective coatings, durability, impeller, centrifugal pump.
1627
