ОТД_Краткий курс лекций_2010

и разрушением деталей и узлов.

Наличие значимого отклонения является основанием для вывода НА в ремонт.

Проверка адекватности базовых характеристик паспортным производится аналогично сравнению текущих и базовых характеристик. После определения причин неадекватности и доводки НА, согласно выявленным причинам, по ме-

тоду наименьших квадратов вводится обработка базовых характеристик, опре-

деляются коэффициенты аппроксимирующих уравнений, которые передаются в базу данных.

91

- - - - базовые характеристики

фактические (текущие) характеристики

Рисунок 3.5 Деформации характеристик

92

93

Содержание работ при диагностировании и периодичность их проведения представлены в таблице 3.7 [14].

Таблица 3.7 – Периодичность проведения диагностирования

Дальнейшее выполнение методики требует сбора и статистической обра-

ботки параметров с целью получения базовых и фактических характеристик на-

сосного агрегата. Более подробно процедура статистической обработки приво-

дится в [6,14].

После этого осуществляют пересчет усредненных параметров насоса при измерении вязкости нефти, частоты вращения ротора и наружного диаметра ра-

бочего колеса.

94

Для получения базовых характеристик (БХ) производится сбор и стати-

стическая обработка информации для получения БХ для всех режимов. Соот-

ветствие БХ паспортным характеристикам устанавливается исходя из условия,

что приведенные значения параметров насосного агрегата находятся в полосе,

составленной их допустимых отклонений и абсолютных погрешностей испыта-

ний.

Таким образом, порядок проведения диагностирования общего техниче-

ского состояния насосного агрегата сводится к следующему:

согласно предыдущим указаниям производится сбор и статобработка информации для получения характеристик НА для всех текущих стационарных режимов эксплуатации НА.

сравнение текущих и базовых характеристик производится с учетом технологического номера НА и основывается на проверке значимости отклоне-

ний приведенных значений параметров НА, характеризующих данный режим,

от базовых характеристик.

с учетом коэффициентов аппроксимации по приведенным в методике формулам [11] вычисляют приведенные базовые значения напора, мощности и КПД для приведенного к номинальной частоте вращения и базой плотности жидкости значения подачи.

определяют и сравнивают верхние и нижние границы базовых и теку-

щих параметров.

в соответствии с табл. 3.6 производится определение возможных при-

чин несоответствия текущих характеристик базовым и выдается диагностиче-

ское сообщение, при этом учитываются результаты вибродиагностики.

основным показателем, определяющим вывод НА в ремонт, является КПД. При эксплуатации НА его техническое состояние изменяется вследствие износа деталей и узлов. В результате износа растут все виды потерь, что ведет к снижению КПД. Таким образом, изменение именно этого параметра позволяет осуществить прогнозирование технического состояния насосного агрегата. Со-

95

гласно [10], снижение КПД относительно базовых значений на следующие ве-

личины:

НМ 500-300, НМ 710-280 на 4%;

НМ 1250-260 на 3,5%;

НМ 2500-230 на 3%;

НМ 3600-230, НМ 5000-210, НМ 7000-210, НМ 10000-210 и подпорные горизонтальные насосы на 2%;

подпорные вертикальные насосы на 3,5%,

говорит о необходимости ремонта НА. При этом проводится разборка насоса и обследуется проточная часть корпуса и рабочего колеса, что позволяет выявить следующие дефекты: зауженное горло; отклонения размеров и площади спи-

рального отвода от величин, указанных в конструкторской документации; де-

фект «языка»; большая шероховатость проточной части насоса и поверхностей рабочего колеса; несоответствие размеров рабочего колеса конструктивным па-

раметрам; несимметричное расположение колеса относительно спирального от-

вода; большой зазор между ободом колеса и уплотнительным кольцом или не-

симметричность зазора по окружности; наличие зазора между уплотнительным кольцом и корпусом насоса.

Следует отметить, что оценку текущих эксплуатационных параметров

(напора и КПД) необходимо выполнять по среднеарифметическому значению не менее трех замеров. Для построения любой характеристики необходимо об-

работать не менее пяти точек (режимов), чтобы полностью охватить режим ра-

боты насосного агрегата.

3.4 Термодинамический метод диагностики насосных агрегатов

Термодинамический метод основан на том, что рабочие процессы в гид-

равлической машине, которой является центробежный насос, характеризуются энтропией, представляющей совокупность преобразований энергии в тепло и рассеивания полезной энергии в окружающую среду. Таким образом, объем-

ные, гидравлические и механические потери в насосе преобразуются в тепло-

96

вую энергию, и, следовательно, определяют величину использования подве-

денной к насосу энергии, т.е. КПД. Разработкой термодинамического метода диагностики объемных гидромашин занималось достаточно много исследова-

телей. Однако, практическое применение метода для нефтяных насосов основа-

но на исследованиях ученых и специалистов ВНИИСПТнефть, результатом ко-

торых является методика определения КПД нефтяного магистрального насоса термодинамическим методом [7].

Следует напомнить, что с точки зрения параметрической диагностики на-

сосного агрегата, оценка его технического состояния производится на основе определения КПД. Согласно ГОСТ 6134-87 [4] и соответствующего РД [7] КПД определяется на основе измеряемых величин подачи насоса, давления на входе и выходе насоса, а также потребляемой мощности. Мощность, потребляемая насосом, находится путем умножения потребляемой электродвигателем мощ-

ности на его КПД. Определить КПД двигателя в условиях НПС является до-

вольно затруднительным, поэтому его обычно берут из паспортной характери-

стики насоса. В ряде случаев, на практике пользуются статистическим методом обработки замеряемых параметров и относительными изменениями КПД по мере наработки [14].

Методы определения КПД центробежного агрегата, разработанные в ВНИИСПТнефть, позволяют определить данный параметр при отсутствии ин-

формации по подаче, если имеются значения перепадов температур жидкости на входе и выходе гидромашины и теплофизические константы перекачиваемой жидкости.

В своих исследованиях, специалисты ВНИИСПТнефть исходили из того,

что вся энергия, потерянная в насосе, нагревает рабочую жидкость и корпус на-

соса и может быть оценена по перепаду температур жидкости на входе и выхо-

де насоса.

Потери энергии в насосе, за исключением механических потерь трения в подшипниках и торцовых уплотнениях ротора (внешних утечек), определяются внутренним КПД, равным отношению адиабатного напора к внутреннему

97

мый насосом; iпот – потерянная внутренняя работа.

Произведение V р соответствует гидравлической энергии потока, кото-

рую можно выразить через произведение Ср на перепад температур T, соот-

ветствующий полному расширению потока от конечного давления насоса до начального давления. Гидравлическую энергию потока можно преобразовать в тепловую с помощью адиабатного расширения потока в специальном дросселе,

а количественно оценить по перепаду температур жидкости на входе и выходе

его. Тогда выражение (3.5) можно записать

где Ti – перепад температур, соответствующий полному дросселирова-

нию давления насоса, К; Tад - изменение температуры жидкости от адиабати-

ческого расширения ее на дросселе, К.

При дросселировании потока нефти температурный перепад на входе и выходе дросселя складывается из положительного прироста температуры нефти от тепла трения и отрицательной, поправки от адиабатического расширения по-

тока

98

Температурный перепад Tдр фиксируется термодатчиками дроссельного устройства при дросселировании, Tад определяется отдельно.

Подставив выражение (3.6) в (3.5), получаем

Из формулы (3.8) видно, что определение внутреннего КПД насоса сво-

дится к определению соотношения трех перепадов температур.

Определению указанных перепадов температур были посвящены специ-

альные исследования, выполненные в ИПТЭР.

Внутренний КПД насоса отличается от полного КПД на величину, зави-

сящую от механических потерь и внешних утечек. Кроме того, при определе-

нии КПД насоса термодинамическим методом возникает дополнительная по-

грешность из-за влияния теплообмена между корпусом насоса и окружающей средой. Специалистами ИПТЭР была произведена оценка соответствующих потерь для наиболее крупного магистрального насоса НМ 10000-210[7].

Потери на трение в подшипниках ротора оценивались по изменению тем-

пературы масла на выходе и входе подшипниковых узлов.

Измерение температуры масла проводилось на заднем подшипнике насо-

са с учетом нагрева масла и от упорного подшипника.

В результате проведенных исследований был сделан вывод о том, что влияние поправки значения КПД от механических потерь и потерь наружного теплообмена лежит ниже порога чувствительности приборов, применяемых при определении КПД термодинамическим методом, поэтому ею можно пренеб-

речь, принять ηвн = η и по значению внутреннего КПД однозначно судить об экономичности работы насоса в эксплуатации.

Необходимо отметить, что не следует путать термодинамический метод диагностики НА с термическими (т.е. тепловыми) методами диагностики, кото-

рые рассматриваются в главе 2.

99

3.5 Диагностика валов насосных агрегатов

Валы насосных агрегатов при эксплуатации подвергаются основной на-

грузке, возникающей при передаче крутящего момента от привода насоса к его рабочему колесу, а также испытывают воздействие изгибающего момента, осе-

вой нагрузки и вибрации.

Разрушение вала в процессе работы машины приводит, в первую очередь,

к выходу из строя подшипниковых узлов, торцовых уплотнений, соединитель-

ной муфты, и, как результат, к поломке насосного агрегата в целом. Более того,

разрушение вала является причиной возникновения возгораний и пожаров в помещении насосного цеха.

Исследования, выполненные в ИПТЭР [5,6], показали, что причинами разрушения валов являются:

наличие дефектов металлургического характера;

растягивающие остаточные напряжения;

высокие локальные напряжения в отдельных участках вала;

неоптимальность радиусного перехода между стенками и дном шпоночной канавки; дефекты, возникающие при ремонте валов и пр.

Этому способствуют дополнительные нагрузки на вал при расцентровках,

от гидравлических сил в проточной части насоса (особенно при изменении ре-

жима работы) от неравномерности теплового расширения и пр.

Дефекты или поломки валов имеют место в районе галтели при переходе конусной части вала в цилиндрическую, на резьбовой части валов, в месте кре-

пления гайками радиально-упорных подшипников. Многие дефекты возникают по причине образования усталостных микротрещин в районе шпоночных пазов,

развития микротрещин в области внутренних пор, имеющихся в материале вала флокенов или поверхностных трещин. При изготовлении валов могут возник-

нуть такие дефекты, как шлифовочные и термические трещины, обусловленные нарушениями режимов соответственно шлифовки и термообработки.

При эксплуатации валов могут появиться усталостные трещины. Причи-

нами их появления, в основном, являются дефекты металлургического характе-

100