ВСАСЫВАЮЩИЙ ТРУБОПРОВОД ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Хотя неисправности насосов представляют собой прямой фактор затрат для многих предприятий, в зависимости от роли, которую насос выполняет на объекте, любая поломка, приводящая к остановке производства, влечёт за собой вторичные, гораздо более крупные финансовые потери. Поскольку эти поломки происходят в насосе, основное внимание всегда, кажется, обращено именно на него. Однако коренной причиной проблем во многих случаях является конструкция трубопровода насоса. Сегодня мы подготовили статью о том, каким должен быть трубопровод насоса, как ошибки в трубопроводе влияют на насос и как их можно предотвратить.
1. Обеспечьте достаточное значение NPSH
NPSH — тема, которая сегодня широко обсуждается, и по ней можно найти множество источников на разных платформах. Поэтому вместо подробного рассмотрения темы NPSH в нашей статье будет достаточно рассказать о её влиянии на трубопровод насоса и кратко представить само понятие.
В центробежных насосах для их исправной работы без возникновения кавитации требуется, чтобы жидкость, поступающая к рабочему колесу насоса, находилась под определённым давлением. Это требуемое давление называется NPSHp (насоса) или NPSHr (требуемым). При этом конструкция нашего трубопровода и условия эксплуатации обеспечивают определённое давление жидкости, поступающей в насос. Это давление называется NPSHm (имеющимся) или NPSHa (available).
Таким образом, для обеспечения указанного выше условия исправной работы насоса необходимо выполнение условия NPSHm>NPSHp. В противном случае в насосе возникнет кавитация, и детали насоса получат повреждения.
Необходимое насосу значение NPSHp — это ответственность производителей насосов, которые пытаются удерживать это значение как можно более низким за счёт различных доработок и усовершенствований конструкции насосов. Однако снизить значение NPSHp у уже эксплуатируемого насоса очень сложно и дорого, и обычно это требует решений с очень низкой эффективностью. Поэтому вместо попыток снизить значение NPSHp гораздо проще и значительно дешевле увеличить значение NPSHm.
2. Снизьте потери на трение
Потери на трение снизят упомянутое выше значение NPSHm, а также приведут к росту наших энергозатрат. Поэтому, как и во всех системах, в насосных системах также очень важно поддерживать трение на минимальном уровне как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания.
Чтобы свести трение к минимуму, в первую очередь следует выбирать элементы трубопровода с такой структурой материала и техническими характеристиками, которые обеспечивают минимальное сопротивление потоку. Используемое оборудование и материалы (насколько это допускает перекачиваемая среда) должны иметь низкий коэффициент трения и располагаться так, чтобы не нарушать динамику трубопровода. Кроме того, чем длиннее путь, который жидкость должна пройти до входа в насос, тем больше энергии теряется на трение. Поэтому насос должен располагаться как можно ближе к источнику всасывания. Наконец, ограничение скорости жидкости, поступающей в насос, значением не более 1,5 м/с предотвратит возникновение дополнительных потерь на трение во всасывающем трубопроводе, поскольку с увеличением скорости жидкости растут и потери на трение в трубопроводе и оборудовании.
3. Колена (отводы)
Колена (отводы) — это элементы трубопровода, которые мы используем для изменения направления потока жидкости под разными углами в системах трубопроводов. Однако это изменение направления также вызывает изменение внутренней динамики потока жидкости, из-за чего она начинает течь неравномерно. Сегодня благодаря различным симуляциям и анализам потока мы знаем, что жидкость, проходящая через колено, создаёт неравномерный поток, порождающий турбулентность, что приводит к повреждению рабочего колеса насоса и вызывает вибрацию. Помимо повреждения рабочего колеса, возникающая в насосе вибрация также воздействует на подшипники и уплотнение насоса, вызывая проблемы и в этих узлах.
Чтобы избежать этого, необходимо обеспечить, чтобы жидкость, поступающая в насос, имела равномерный поток. В связи с этим по возможности приоритет отдаётся отказу от использования колен в трубопроводе. Однако если, как во многих системах, использование колена неизбежно, то для обеспечения равномерного потока на входе в насос после колена необходимо установить прямой участок трубы длиной не менее 5 и не более 10 диаметров всасывающей трубы до входа в насос. Таким образом, поток жидкости, выходящей из колена, выровняется на этом участке и не создаст проблем в насосе.
4. В насос должна поступать жидкость, а не воздух!
Из-за конструкции трубопровода некоторые высокие точки в трубопроводах создают полости, в которых могут скапливаться попадающие в систему газы. Когда газы, скопившиеся в этих полостях, попадают в насос сразу или через разные промежутки времени, они вызывают эффект кавитации из-за перепадов давления внутри насоса и могут повредить все детали, контактирующие с жидкостью. В то же время увеличение и накопление количества воздуха в этих карманах со временем ограничивает прохождение жидкости, и насос не может выполнять достаточное всасывание. Это, в свою очередь, сокращает срок службы насоса и приводит к поломкам.
Хотя свести количество воздуха в трубопроводе к нулю невозможно, мы можем как минимум снизить его до уровня, не создающего проблем. Во-первых, после завершения монтажа трубопровод уже полностью заполнен воздухом. Перед подачей жидкости в систему этот воздух необходимо полностью удалить. Кроме того, в активно эксплуатируемой системе движения клапанов и различного оборудования, а также колебания жидкости могут создавать локальные зоны пониженного давления. Эти зоны пониженного давления вызывают испарение воздуха, содержащегося в жидкостях, несущих даже очень небольшое количество растворённого воздуха, и его повторное скопление в высоких точках трубопровода. Этот воздух также необходимо периодически удалять из системы.
Для защиты от воздушных карманов в первую очередь следует оставлять как можно меньше высоких точек в трубопроводе. При необходимости такие подъёмы можно выполнить, немного удлинив трассу трубопровода за счёт переходов с малым углом. Другая мера — установка воздухоспускных клапанов в местах, где уклон трубопровода резко увеличивается или уменьшается. Таким образом, эти клапаны можно использовать при необходимости для выпуска воздуха из трубопровода. Наконец, для предотвращения образования воздушного кармана на всасывающем патрубке насоса всегда следует использовать эксцентрический переход, а всасывающую трубу следует располагать с уклоном, поднимающимся в сторону насоса.
5. Насос не является опорной точкой трубопровода.
К сожалению, на многих предприятиях трубопроводы насосов не имеют надлежащей опоры. Более того, в некоторых случаях сами насосы используются в качестве опорного элемента трубопровода. Однако такая ситуация может иметь весьма негативные последствия для насоса.
Насосы — это машины, предназначенные для перекачивания жидкостей из одной точки в другую. Поскольку насос осуществляет эту перекачку, создавая перепад давления в жидкости, он подвергается воздействию возникающего давления, из-за чего на его деталях возникают радиальные и осевые усилия. Конструкция насоса и используемые материалы рассчитаны на то, чтобы выдерживать эти усилия и обеспечивать безотказную работу насоса на протяжении всего срока службы при определённом техническом обслуживании. Однако если трубопровод насоса недостаточно поддерживается и весь его вес, а также периодически возникающие в нём напряжения передаются на насос, насос будет пытаться перекачивать жидкость под воздействием значительно бо́льших усилий, чем предусмотрено. Аналогичным образом, если трубопровод неправильно выровнен и его элементы соединены друг с другом «с натягом», трубопровод точно так же передаст это напряжение на фланец насоса, и насосу снова придётся работать под воздействием внешней силы.
Эти внешние силы, воздействующие на насос, вызывают вибрацию, шумную работу и частые поломки. В результате срок службы насоса значительно сокращается, а затраты на обслуживание растут. Особенно на линиях, где используются высокотемпературные жидкости, расширение и сжатие трубопровода вызывает появление прерывистых нагрузок как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. В системах, где используются такие жидкости, трубопровод обязательно должен иметь внешнюю опору, а на всасывающем и напорном фланцах насоса должны быть установлены компенсаторы, способные поглощать нагрузку трубопровода.
6. Заключение
- Проверяйте значения NPSH и поддерживайте высокое значение NPSHm.
- Располагайте насос как можно ближе к источнику всасывания.
- Не допускайте превышения скорости жидкости на всасывании более 1,5 м/с.
- Правильно определяйте диаметры всасывающего и напорного трубопроводов.
- По возможности избегайте использования колен.
- Если использование колена неизбежно, обеспечьте после него прямой участок длиной не менее 5 диаметров всасывающей трубы до входа в насос.
- Создавайте как можно меньше высоких точек в трубопроводе.
- Устанавливайте воздухоспускные клапаны в местах трубопровода с резким изменением уклона.
- Обязательно используйте эксцентрический переход на всасывающем трубопроводе насоса.
- Обеспечьте, чтобы всасывающая труба подходила к входу насоса с восходящим уклоном.
- Обеспечивайте внешнюю опору для всасывающего и напорного трубопроводов насоса независимо от самого насоса.
- Убедитесь, что трубопровод насоса выровнен и детали не были смонтированы с натягом.
- Используйте компенсаторы на фланцах насоса, особенно в системах с высокотемпературными жидкостями.
