Tekniska nyckelpunkter för design, användning och underhåll av flerstegs centrifugalpumpar-

Pumpaxeln på en flerstegs centrifugalpump är utrustad med två eller flera kaskadkopplade pumphjul. Jämfört med en-enstegs centrifugalpump kan den uppnå en högre tryckhöjd; jämfört med kolvpumpar, membranpumpar och andra kolvpumpar kan den pumpa ett större flöde. Flerstegs centrifugalpumpar har högre verkningsgrad och kan möta behoven av hög lufthöjd och hög flödeshastighet. Inom den petrokemiska, kemiska, kraft-, bygg- och brandskyddsindustrin har de använts i stor utsträckning. På grund av sin egen särart, jämfört med enstegs centrifugalpumpar, har flerstegs centrifugalpumpar andra och högre tekniska krav i design, användning och underhåll. Ofta, på grund av människors försumlighet i vissa detaljer eller otillräcklig hänsyn, upplever flerstegs centrifugalpumpar ofta onormalt slitage, vibrationer och att axeln fastnar efter att ha tagits i bruk, vilket resulterar i avstängning. 1. Designaspekter 1.1 Grundläggande struktur De vanliga grundstrukturerna för flerstegs centrifugalpumpar av typen horisontell delad typ och segmenterad typ av typ och segmenterad typ. Strukturen för den horisontella delade typen kännetecknas av att de övre och nedre pumpkropparna är placerade genom den horisontella delningsytan av axelcentrum. Inlopps- och utloppsrören, en del av voluten och flödespassagen är gjutna på det nedre pumphöljet. Underhåll och reparation är relativt bekväma, och under underhåll kan pumpens övre skal tas bort direkt utan att demontera pumpens rörledning. Strukturen av den segmenterade typen kännetecknas av att varje steg består av ett pumphjul som är placerat i diffusorhöljet, och diffusorn är ansluten med bultar och vevstakar, och stegen är anslutna i serie med fasta stavar. Fördelen är hög tryckhållfasthet och mindre läckage. Under underhåll måste dock inloppsrörledningen demonteras, och demonterings- och monteringssvårigheten är relativt stor. I allmänhet tror man att flerstegspumpen av horisontellt delad typ har bättre styvhet och lägre pumpvibrationsvärde än flerstegspumpen av segmenterad typ. Sugkammarens struktur för den horisontella flerstegspumpen av delad typ antar vanligtvis en halv-spiralform, medan flerstegspumpen av segmenterad typ oftast har en cirkulär ringform. Tryckutloppskammaren för varje steg, på grund av den bekväma tillverkningen av spiralen och den höga effektiviteten för att omvandla flytande kinetisk energi till tryckenergi, antar den horisontella flerstegspumpen i allmänhet en spiralstruktur; på grund av asymmetrin hos volutformen är den dock benägen att skaftböjas. I flerstegspumpen av segmenterad typ kan endast de första och sista stegen använda voluten, medan mellansteget använder en styrhjulsanordning för att omvandla energin mellan de primära och sekundära pumphjulen. Flerstegspumpens första-fläkthjul är vanligtvis utformat som ett dubbel-sughjul, medan impellerna i de andra stegen är utformade som enkla-sughjul. För media med hög temperatur, hög flödeshastighet och benägen för kavitation är detta särskilt sant. För pumpar med extremt högt tryck är det svårt att bäras av ett pumpskal med enkel-segmenterad typ eller dubbel- cylindrisk struktur. Därför används ofta en pump med dubbel-cylindrisk struktur, och pumpkroppen är gjord i en cylindrisk form. Den cylindriska pumpkroppen tål högre tryck, och rotorn av segmenterad typ eller horisontell delad typ är installerad i cylindern. Enligt relevanta standarder och regler i Kina använder högtryckspannmatningspumpar segmenterad typ eller cylindrisk struktur med dubbla skal, och för 300 MW och över kraftgenereringsenheter bör pumparna i allmänhet ha dubbel-cylindrisk struktur. Det inre skalet på dubbel-skalet har segmenterad typ eller struktur av horisontell delad typ. 1.2 Axialkraftbalans 1.2.1 Vanliga åtgärder för axiell kraftbalansering av flerstegs centrifugalpumpar Åtgärderna för axiell kraftbalans av flerstegs centrifugalpumpar inkluderar vanligtvis: symmetriskt arrangemang av pumphjul, med användning av en anordning för balansering av axiellt kraftverk och en balansanordning med dubbla skivor, etc. balanseringsmekanismer för balanstrumma, till exempel vissa högtryckspumpar för panna. Symmetriskt arrangemang av pumphjul eller användning av en balanstrumsanordning kan inte helt balansera den axiella kraften, och kvarvarande axialkraft måste fortfarande bäras av axiallagret. Flerstegs centrifugalpumpar använder oftast en balansskiva med automatisk justering av axialkraften för att balansera den axiella kraften. Vid utformning av balansskivan, balanstrumman och andra enheter för flerstegspumpar är det nödvändigt att konfigurera lämpliga balansrörledningar för att säkerställa att den axiella kraftbalanseringsanordningen uppfyller designkraven. I fall av överdriven temperaturhöjning av lagren och förbränning av lagren i flerstegspumpar, orsakas många av balansrörets lilla flödesarea, överdriven motståndsförlust i rörledningen och otillräcklig balanskapacitet. Litteratur [1] använder också balanstrumman som exempel och föreslår en beräkningsmetod för rördiametern. För att lösa problemet med att balansskivan och balansskivans säte på flerstegs centrifugalpumpar kan komma i kontakt och orsaka skador på balansskivan och pumpen, har en flerstegs centrifugalpumps kraftkil anti-nötningsbalansskiva designats. Denna struktur liknar principen för torrgastätningen i centrifugalkompressorer: när balansskivan närmar sig balansskivans säte, kan kraftkilen generera en enorm öppningskraft och därigenom förhindra kontakten mellan balansskivan och balansskivans säte. Genom funktionstester fungerar balansskivan normalt och arbetsytan uppvisar inget slitage eller repor. Det kan ses att denna nya kraftkil anti-slitagebalansskiva effektivt kan förhindra kontakten mellan balansskivan och balansskivans säte. Denna power wedge balansskiva förlänger inte bara livslängden på balansskivan utan minskar också läckaget av balansskivans gap, vilket uppnår energibesparing och förbrukningsminskning. Vissa människor har föreslagit att den axiella kraften som genereras av flerstegspumpar beror på det faktum att varje steg i pumphjulet absorberar vatten från ena sidan. Därför föreslår de att strukturen på pumpkroppen, impellern och stegdistansen förbättras för att tillåta impellern att suga in vatten från båda sidor, vilket uppnår axiell kraftbalans. På så sätt behöver ingen balansskiva eller balanstrumsstrukturer ställas upp, och det finns inget behov av att ta hänsyn till den axiella förskjutningen. 1.2.2 Balansskivans och balanstrumsmekanismens begränsningar a) Varierande förhållanden: Under start och stopp av pumpen bärs den axiella kraften av den direkta kontakten mellan balansskivan och balansskivans säte. Friktion kan göra att balansskivan och sätet fastnar, torrbränns eller till och med går sönder pumpaxeln; när belastningen plötsligt ändras ändras den axiella kraften i enlighet med detta, och rotorn förskjuts också axiellt, vilket resulterar i en plötslig förändring i gapet mellan balansskivan och balansskivans säte, vilket kan orsaka kavitations- och vibrationsfenomen. b) Flytande-fast två-flödesmedium: Trycket på mediet som kommer in i balansskivan, balanstrumman, etc. är pumpens utgående tryck och trycket efter strypning är pumpens inloppstryck. När mediet strömmar från hög-området till lågtrycksområdet, bildar det en jetspolning, och de fasta partiklarna i det flytande-fasta tvåfasflödesmediet kommer snabbt att slita ut balansskivan och balansmekanismens säte, vilket till slut gör att pumpen inte fungerar normalt{71} av pumpaxeln på flerstegs centrifugalpumpar orsakar sannolikt onormala vibrationer, axelfasthet, fel på den mekaniska tätningen på grund av ojämn kraft på tätningsytan och andra fel. Det är nödvändigt att kontrollera genereringen av radiell kraft i konstruktionen och minimera pumpaxelns avböjningsvärde under drift. De åtgärder som beaktas i konstruktionen inkluderar generellt: a) För flerstegspumpar med en spiralstruktur för styrning och energiomvandling, kommer asymmetrin i spiralens form sannolikt att få axeln att böjas under drift. De intilliggande två stegen av voluten bör anordnas 180 grader isär för att minska den radiella kraften. b) Antalet steg i pumphjulet bör inte vara för många. Vid behov, öka tryckhöjden för varje steg för att säkerställa den totala tryckhöjden och minska längden på pumpaxeln genom att minska antalet pumpsteg. c) När du väljer material för pumpaxeln för flerstegscentrifugalpumpar, överväg lämpligheten för mediumtypen, temperaturen etc. och prioritera valet av material med goda omfattande mekaniska egenskaper för styrka och styvhet. d) Vid beräkning av pumpaxelns diameter, beakta transmissionseffekt, startmetod, radiell kraft, axelavböjning och relaterade tröghetsbelastningar. Tänk också på behovet av att motstå böjningsdeformation av pumpaxeln under icke{85}}designade flödesförhållanden. e) Välj rimligt stödpunkterna för pumpaxeln. 1.4 Anti-vibrations- och vibrationsreducerande åtgärder som kan beaktas i konstruktionen inkluderar: a) Kontrollera pumpaxelns nedböjning inom ett regelbundet område. b) Kräver helt klart att pumphjulet, pumpaxeln etc. genomgår dynamiska och statiska balanstester. c) Konstruera pumpaxeln för flerstegspumpar som en stel axel, och arbetshastigheten bör vara mindre än eller lika med 0,75 gånger den första kritiska hastigheten. d) Pumphjulet och pumpaxeln ska placeras oberoende av varandra på ett enda steg, och pumphjulet och pumpaxeln ska monteras med interferenspassning och uppvärmd montering för att förbättra rotorenhetens styvhet och kritiska hastighet. e) När du väljer material för pumpaxeln, pumphjulet etc., välj material med god likformighet i kvalitet och välj tillförselstatus och bearbetningsmetod som kan säkerställa likformigheten i materialets tvärsnittskvalitet. f) Konstruera lämpliga axel- och radiella spelrum för att undvika vibrationer orsakade av onormal friktion, axiell förskjutning av rotorn och statorn och andra faktorer. g) För flerstegspumpar som använder balanseringsskivor för att balansera axiella krafter, utforma balanseringsskivans mekanism rimligt och korrekt . 1.5 Vertikala flerstegspumpar För vertikala flerstegs centrifugalpumpar, vid konstruktion, anses det i allmänhet vara att den totala axiella kraften är nedåtgående under normal drift. Men i början av uppstarten, på grund av att utloppstrycket ännu inte har stigit och tryckskillnaden mellan fram- och baksidan av pumphjulet inte har fastställts, finns det en uppåtgående axiell kraft. Vissa av dessa fall resulterar i axiell rörelse av axeln och överhettning vid den mekaniska tätningen, lagerdelarna och motoröverström, och i allvarliga fall kommer pumpen att lösa ut. Konstruktionen bör överväga att fixera lagerhylsan och axeln relativt, så att den uppåtriktade axiella kraften balanseras av axiallagret. Balanseringsskivan med automatisk justering av axiell kraft har en stor strukturell storlek och kräver ett tryckavlastningsvattenrör, som inte kan installeras i djupa nedsänkbara pumpar begränsade av brunnsdiameter. Därför har problemet med axiell kraftbalans alltid varit ett svårt problem vid konstruktionen av dränkbara pumpar med högt{109}huvud med djupa brunnar. En metod för axiell kraftbalansering har införts, som utökar diametern på den främre täckplattan på pumphjulet till den dränkbara pumpen med djupbrunn till pumpkroppens innerväggkant, så att den axiella kraften på pumphjulet når sitt maximum under samma brunnsdiametertillstånd. Samtidigt reduceras diametern på pumphjulets bakre täckplatta på lämpligt sätt, så att den axiella kraften på pumphjulet är helt balanserad. En annan ny typ av axialkraftsbalanseringsanordning introduceras, som installerar ett par dynamiska och statiska friktionspar efter det sista stegets impeller. Den rörliga ringen roterar med pumphjulet, medan den statiska ringen inte roterar. Det främre tätningsparet är fyllt med högtrycksvätskan från utloppet från det sista stegets impeller, och det bakre tätningsparet är anslutet till atmosfärstrycket eller lågtrycksområdet för pumpinloppet. Tätningen bildar en hög och låg tryckskillnad för att balansera den axiella kraften. Denna nya typ av balanserande tätningsanordning kan inte bara balansera den axiella kraften utan har också inget läckage. Den är främst lämplig för dränkbara pumpar med djupa brunnar och segmenterade flerstegspumpar. Efter att ha använt den här enheten kan pumpens totala verkningsgrad ökas med 3 % - 6%. 1.6 Fler-centrifugalpumpar för transport av flytande-fast tvåfas-flöde 1.6.1 Axialkraftbalans För segmenterade fler-slamsslurrypumpar, t.ex. och malmslurry, orsakar erosionen och nötningen av slammet att alla ringformiga tätningsgap mellan rotorn och pumpens stator ökar. Balanseringsskivan och balanseringsskivans säte pressas samman under inverkan av axiell kraft, vilket resulterar i snabbt slitage. Hela rotorkomponenten rör sig axiellt och pumphjulet kolliderar och gnuggar med mellansektionens baffel och tätningsring med hög hastighet, vilket orsakar fragmentering. Detta har lett till flera allvarliga olyckor. För att förlänga den stora översynslivslängden för denna typ av pump och bromsa förslitningshastigheten för tätningsgapet vidtogs följande åtgärder i konstruktionen: ① Förbättra pumpens balanseringsmekanism och tillverka ett balanseringsskivesäte (balansplatta), två balanseringsskivor, som visas i figur 1. Detta kan minska läckageförlusten från balanseringsmekanismen i det tidiga skedet av pumpens drift och säkerställa pumpens driftsäkerhet och tillförlitlighet i senare skede av pumpens drift. Den stora översynslivslängden för pumpen förlängs också. ② Fläkthjulet, tätningsringen, axelhylsan, styrhjulshylsan, balanseringsskivan och balanseringsskivans säte behandlas med sprutsvetsning. I den första fasen av det domesticerade stora kvävegödselprojektet i Huilu Hengsheng använde högtrycksuppslamningspumpen segmenterade flerstegscentrifugalpumpar och axialkraftsbalanseringsanordningen använde metoden "balanstrumma + axiallager". På grund av dålig axialkraftsbalans och otillräcklig hållfasthetskonstruktion av pumpaxeln inträffade olyckor som skador på balanstrumman, bränning av lagret, axelfasthet och axelbrott flera gånger under användning. En horisontell mitt-öppen flerstegs-centrifugalpump användes och pumphjulet var symmetriskt arrangerat för att automatiskt balansera det mesta av den axiella kraften. Den kvarvarande axiella kraften bars av axiallagret, och det fanns ingen balanseringsskiva, balanstrumma eller annan balanseringsmekanism. Drifttillståndet på-platsen var bra och alla prestandaindikatorer uppfyllde till fullo användningskraven. 1.6.2 Tätning av sektioner och axeländar För att övervinna och undvika den nötande effekten av hårda partiklar i flytande-fast två-fast tvåfasflödesmedia på de roterande och stationära delarna, alla hål i pumpkroppen och tätningshålen, som ruttnar av flerstegspumpen använde omvänd spiralformad spårtätningsstruktur, vilket minskade partikelnötning. Vid axeländen antogs en kombinerad tätningsstruktur av-kontaktlös labyrintspiraltätning och mekanisk tätning, vilket är särskilt lämpligt för flytande-fast två-fast tvåfasflödesmedier. 1.6.3 Flödeshastigheten bör reduceras från olika aspekter såsom pumpens flödeshastighet och sänkning av medelflödeshastigheten och även hastigheten och hastigheten. och erosion av hårda partiklar i det flytande-fasta tvåfasiga flödesmediet på de olika flödeskomponenterna i flerstegspumpen. Pumpens rotationshastighet bör vara så låg som möjligt och inte över 1450 rpm. 2 Användning och underhåll 2.1 Innan pumpen startas När vätskan med hög-temperatur som transporteras plötsligt kommer in i den kalla pumpkroppen kommer temperaturen på pumpkroppen att förändras avsevärt. På grund av ojämn uppvärmning och inkonsekvent termisk deformation kommer pumpkroppen och rotorkomponenterna att deformeras, och det finns bara ett mycket litet gap mellan de slitstarka komponenterna, vilket resulterar i onormal kontakt. Om utrustningen startas under sådana omständigheter kommer det att orsaka vibrationer, kärvning och att axeln fastnar. Därför bör pumpen vara helt uppvärmd innan den startas när den används för att transportera vätskor med hög{169}}temperatur. Endast när pumpkroppstemperaturen är konsekvent kan pumpen startas. Det är inte tillåtet att starta flerstegspumpen i kallt tillstånd under nödsituationer. Hög-flerstegscentrifugalpumpen som används för att pumpa slurry i kol-förgasningsanläggningen har drabbats av flera skador på axeln och den mekaniska tätningen efter att ha tagits i drift. Detta orsakas av otillräckligt förberedande arbete innan pumpen startas och felaktiga metoder för att vrida pumpen och släppa ut luft. [Senare, efter förbättring av den roterande pumpen och frånluftsarbetet, uppstod inte dessa problem igen.] 2.2 Under drift Flerstegs centrifugalpumpar som balanserar axiella krafter genom interna balanseringsmekanismer som balansskivor och balanstrummor har balansvätska som strömmar ut från balansanordningen. Balansvätskan ansluts till pumpens inloppsände genom balansröret för att säkerställa pumpens normala drift: a) Balansröret får inte blockeras. b) Om avlagringar uppstår i balansröret bör det omedelbart rensas. c) En tryckmätare bör installeras på hög{185}}sidan av balansröret för att övervaka trycket vid balansrörets utlopp. För fler-centrifugalpumpar som pumpar uppslamning, om en balansskiva används, bör högt-högtryckstätning rent vatten injiceras under drift för att få balansskivan och balansskivans säte att arbeta i rent vatten för att förhindra att balansskivans säte och balansskiva slits av slammet och hårda partiklar.