CC BY
118
УДК 621.92 Б01: 10.12737/2552
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПРОЦЕССУ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И МОДЕРНИЗАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Корнеев Алексей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и организации туристической деятельности, [email protected],
Соколова Елена Ивановна, кандидат технических наук, доцент кафедры организации и технологии в гостиничном бизнесе, [email protected],
Любимова Александра Сергеевна, аспирант кафедры сервиса, [email protected],
Шилов Николай Викторович, соискатель кафедры сервиса, [email protected]
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,
Москва, Российская Федерация
В статье представлены результаты работы по созданию комплексного подхода к восстановлению и модернизации центробежных насосов. Показано, что от безаварийной работы данного оборудования напрямую зависит удовлетворенность населения коммунальными услугами. Авторы обосновывают наиболее важные причины возникновения технологических нарушений данного оборудования, среди которых основное место занимает водородный износ. Предлагаемый комплексных подход к восстановлению и модернизации центробежных насосов заключается в применении металлоплакирующих смазочных материалов и полимерных композиционных материалов.
Ключевые слова: центробежные насосы, металлоплакирующие смазочные
материалы, полимерные композиционные материалы, восстановление и модернизация.
Сегодня коммунальное хозяйство в Российской Федерации - это многоотраслевой комплекс, который включает в себя взаимосвязанные, но в то же время и достаточно автономные предприятия и организации социальной и производственной сферы. Их работа прямо или косвенно связана с удовлетворением потребности населения в коммунальных услугах.
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 предприятий коммунального хозяйства играет водоотведение 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 и создается необходимое давление в системе.
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 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 используют 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 двух модификаций: К (насос без двигателя) и КМ (в моноблочном исполнении).
На заглубленных насосных станциях широко применяют вертикальные центробежные насосы типа В. Их использование 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. Данные 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.
Причины возникновения технологических нарушений данного оборудования разнообразны и представлены на рисунке 1 [4].
Однако в настоящее время наличие обширной экспериментальной техники для определения рабочих нагрузок, высокий уровень развития прикладной теории упругости, хорошие знания физических и механических свойств материалов позволяют обеспечить продолжительную работу оборудования в нормальных условиях эксплуатации. Поэтому основной причиной выхода центробежных насосов из строя является износ и повреждение трущихся поверхностей.
Проведенный осмотр поврежденных деталей центробежных насосов показал существенный износ их поверхностей трения. Учитывая, что данные детали работают в присутствии водной среды, основным фактором, влияющим на износ при трении, будет являться водородное изнашивание. Оно возникает в результате совместного взаимодействия поверхностных явлений: экзоэмиссии, адсорбции и трибодеструкции, которые приводят к выделению водорода. Совместно с неравновесными процессами, идущими при деформации поверхностного слоя металла, создаются тепловые градиенты,
электрические и магнитные поля и поля напряжений. Это приводит к диффузии водорода в металл, концентрации его в подповерхностном слое и ускоренному износу или разрушению этого слоя.
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
Л
Я
Я
я
я
о,
Я
OJ
Рисунок 1 - Классификация технологических нарушений по причинам их возникновения
На основании данной теории можно предложить следующий механизм снижения контактной усталости узлов трения в присутствии воды. Поверхностные микротрещины, образованные в условиях фрикционного контакта, действуют как тонкие капилляры, всасывая в себя водную среду. Циклические напряжения, сконцентрированные у вершины трещины, водная коррозия и водородное охрупчивание действуют совместно, увеличивая скорость роста трещины. Вода может привести к образованию небольших коррозионных повреждений, которые становятся концентраторами напряжений.
Ресурс большинства центробежных насосов при правильной их эксплуатации в основном определяется сроком службы подшипников качения опоры вала рабочего колеса или подшипников качения электродвигателя при закреплении рабочего колеса насоса непосредственно на валу двигателя [3]. Износ подшипников происходит из-за того, что используемые в настоящее время различные уплотнения: набивные, резиново-манжетные или керамические торцевые - полностью не исключают попадание влаги в подшипниковый узел, смазочный материал частично вымывается из зоны трения, и это способствует быстрому выходу его из строя. Поэтому пара трения «вал-уплотнение» также является ответственной.
Износ уплотнений, среди которых очень часто применяются шнуры сальниковой набивки, происходят по следующим причинам [3]:
- неудовлетворительный теплоотвод из-за низкой теплопроводности и теплостойкости набивки;
- износ поверхности вала;
- вибрация вала;
- наличие трения между соприкасающимися поверхностями, ведущего к образованию разрывов волокон на поверхностях набивки;
- неравномерная нагрузка на кольца набивки;
- неблагоприятное распределение контактного давления.
Из всех вышеперечисленных причин наибольшее влияние на износ шнуров сальниковой набивки оказывает повышенная шероховатость вала, полученная в результате его водородного и абразивного износа.
Наличие абразивных частиц ускоряет не только износ вала и уплотнения, но и рабочего колеса центробежного насоса, которое также подвергается кавитационному изнашиванию.
Таким образом, можно утверждать, что к основным узлам центробежных насосов, ответственным за ресурс данного оборудования при нормальных условиях эксплуатации, относятся рабочее колесо, подшипники качения, уплотнения и посадочные поверхности вала.
Вопрос повышения надежности узлов трения имеет экономическое и экологическое значение. Большинство современных машин состоят в основном из узлов трения, и основной причиной прекращения работы оборудования, как было сказано ранее, является усталостный износ металлических деталей трения, усугубленный водородным износом.
Расходы на восстановление порой превышают стоимость оборудования. Кроме того, некачественная работа данных сочленений отрицательно влияет на окружающую среду и здоровье человека. Износ валов, подшипников, уплотнений способствует увеличению протечек перекачиваемых насосами водных сред, например, в системе водоснабжения, теплоснабжения теряется до 40% транспортируемого тепла, воды.
Недостаточный высокий ресурс узлов трения, оцениваемый по таким критериям, как износостойкость, антифрикционность, задиростойкость и др., свидетельствует о
необходимости применения новых материалов и технологических решений, в частности при восстановлении и модернизации центробежных насосов [1].
Предлагаемый комплексных подход к восстановлению и модернизации центробежных насосов заключается в применении металлоплакирующих смазочных материалов и полимерных композиционных материалов.
На рисунке 2 представлена типовая схема центробежного насоса, на которой красным цветом выделены места возможного применения металлоплакирующих смазочных материалов, а зеленым - полимерных композиционных материалов.
Рисунок 2 - Типовая схема центробежного насоса:
1 - крышка; 2 - корпус; 3 - уплотняющие кольца; 4 - рабочее колесо;
5 - гайка; 6 - набивка сальника; 7 - защитная втулка; 8 - крышка сальника;
9 - вал насоса; 10 - опорный кронштейн; 11 - шарикоподшипник
Применение металлоплакирующих смазочных материалов в узлах трения обеспечивает образование на рабочих поверхностях тончайшей (на уровне атомов) защитной металлической пленки, самовосстанавливающийся при фрикционном взаимодействии деталей. Для инициирования избирательного переноса в пластичные смазочные материалы следует вводить концентрат медьсодержащей присадки 0,07-0,15% от массы смазочного материала, в жидкие - 0,05-0,1% [5].
Концентрат медьсодержащей присадки представляет собой 50%-ный раствор медьсодержащего продукта в базовом масле И20А и предназначен для уменьшения потерь на трения и снижения износа. Присадка - однородная жидкость темно-зеленого цвета с температурой вспышки не ниже 180 0С и температурой застывания не выше 9 0С.
Концентрат присадки не коррозионен по отношению к металлам, практически не токсичен. Он не оказывает раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки человека. Концентрат присадки не обладает сенсибилизирующим действием и кожно-
резорбтивными свойствами. По степени воздействия на человеческий организм концентрат присадки относится к малотоксичным продуктам четвертого класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76.
Металлоплакирующую смазку можно использовать в подшипниках качения, а также в качестве пропитки шнуров сальниковой набивки.
Для восстановления уже изношенных поверхностей можно применять полимерные композиционные материалы [2].
Их возрастающее применение при восстановлении и модернизации технологического оборудования обусловлено снижением расходов дорогостоящих цветных металлов и сплавов, сокращением трудовых и материальных затрат и, в конечном итоге, уменьшением эксплуатационных расходов на содержание техники и себестоимости продукции.
Сегодня существует целая гамма таких материалов, позволяющих проводить работы по восстановлению большинства деталей. С точки зрения соотношения «цена-качество» можно рекомендовать материалы польской фирмы «Честер Молекуляр».
Совместно с ОАО «Мытищинские теплосети» были проведены лабораторные исследования и натурные испытания, которые показали значительный экономический эффект от восстановления и модернизации центробежных насосов металлоплакирующими смазочными и полимерными композиционными материалами.
Литература
1. Гвоздев, А. А. Технология повышения долговечности узлов трения при ремонте сельскохозяйственной техники с использованием модифицированных полимерных композиций: дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2010.
2. Сервис производственных систем с применением прогрессивных технологий / А.Б. Гончаров, А.П. Голубев, А.Б. Тулинов, А. А. Корнеев: монография. - М.: ФГОУВПО «РГУТиС», 2010. - 117 с.
3. Корнеев, А.А., Любимова, А.С. Анализ причин выхода из строя центробежных насосов сферы ЖКХ и технологические методы их восстановления //Сервис в России и за рубежом». - 2012. - №8(35).
4. МДК 4-01.2001 Методические рекомендации по техническому расследованию и учету технологических нарушений в системах коммунального энергоснабжения и работе энергетических организаций жилищно-коммунального комплекса. [Электронный ресурс]:
URL: http://ohranatruda.ru/ot biblio/normativ/data normativ/10/10854/index.php (дата
обращения: 10.10.2013).
5. Повышение срока службы деталей машин и инструмента металлоплакированием / А.К. Прокопенко, А.П. Голубев, Г.П. Зикеев, А.А. Корнеев: монография. - М.; ИИЦ МГУДТ, 2010. - 87 с.
A COMPLEX APPROACH TO CENTRIFUGAL PUMP RESTORATION AND
MODERNIZATION
Korneev Aleksei Alekseevich, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Technology and Organization of Tourist Activities, Russian State University of Tourism and
Service, Moscow, Russia, [email protected],
Sokolova Elena Ivanovna, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Organization and Technology in Hospitality, Russian State University of Tourism and Service,
Moscow, Russia, [email protected],
Liubimova Aleksandra Sergeevna, post-graduate student at the Department of Service, Russian State University of Tourism and Service, Moscow, Russia, [email protected],
Shilov Nikolai Viktorovich, external post-graduate student at the Department of Service, Russian State University of Tourism and Service, Moscow, Russia, [email protected]
The article provides the results of project aimed at creating a complex approach to centrifugal pump restoration and modernization. The rationale of the project claims that the uninterrupted operation and failure-free performance of the equipment under consideration is central to public utility-service satisfaction. The project team dwell on the major reasons for technological disturbances, rating hydrogenous wear top of the list. The approach proposed by the project team presupposes metal-plaque lubricant and polymeric composite application.
Key words: centrifugal pumps, metal-plaque lubricants, polymeric composite, restoration and modernization.
References
1. Gvozdev, A.A. Tekhnologiia povysheniia dolgovechnosti uzlov treniia pri remonte sel’skokhoziaistvennoi tekhniki c ispol’zovaniem modifitsirovannykh polimernykh kompozitsii [Extending friction unit longevity through modified polymeric composite application in the course of agricultural equipment repair works]. Dissertatsiia doktora tekhnicheskikh nauk [A Doctoral thesis]. Moscow, 2010.
2. Goncharov, A.B., Golubev, A.P., Tulinov, A.B., & Korneev, A.A. Servis proizvodstvennykh sistem c primeneniem progressivnykh tekhnologii [Innovative technologies application in servicing manufacturing systems]. Moscow: FGBOU VPO RGUTiS Publ., 2010. -p.117.
3. Korneev, A.A., & Liubimova, A.S. Analiz prichin vykhoda iz stroia tsentrobezhnykh nasosov sfery ZhKKh i tekhnologicheskie betody ikh vosstanovleniia [Analysing the reasons for municipal utility service centrifugal pump failures and restoration technologies]. Servis v Rossii i zarubezhon [Service in Russia and Abroad]. - 2012. - №8(35).
4. MDK 4-01.2001 Metodicheskie rekomendatsii po tekhnicheskomu rassledovaniiu i uchetu tekhnologicheskikh narushenii v sistemakh kommunal’nogo energosnabzheniia i rabote energeticheskikh organizatsii zhilishchnokommunal’nogo kompleksa [Methodical guidelines for technical investigating and recording technological failures of the municipal utility service energy supply and the operations of energy supply providers]. Available at URL: http://ohranatruda.ru/ot biblio/normativ/data normativ/10/10854/index.php (Accessed on October, 10, 2013).
5. Prokopenko, A.K., Golubev, A.P., Zikeev, G.P., & Korneev, A.A. Povyshenie sroka sluzhby detalei mashin i instrumenta metalloplakirovaniem [Metal-Plaque technologies as contributing to extended longevity of machine units and tools]. Moscow: IITs MGUDT Publ., 2010. - p. 87.
