Читать книгу Центробежные насосы, самоочищающиеся фильтры - Борис Колесников - Страница 6

Согласно ГОСТ 10272—87 центробежные насосы двустороннего входа предназначены для перекачивания воды не содержащих твёрдых включений по массе более 0,05%, размеру более 0,2 мм и микротвёрдостью более 6,5 Гпа (650 кгс/мм²). Последнее требование во многих случаях невыполнимо, так как в условиях Центральной Азии, особенно в бассейне реки Аму-Дарьи, вода, подаваемая на орошение сельскохозяйственных культур, имеет повышенную мутность (от 2500 до 4000 г/м3) и содержит значительное количество твёрдых абразивных частиц [11].

Под воздействием твёрдых абразивных частиц происходит интенсивный гидроабразивный износ проточной части насосов, сопровождаемый значительным уменьшением подачи и снижением КПД насосов, что приводит существенному ухудшению технико-экономических показателей эксплуатации насосных станций.

Износ – изменение размеров, формы, массы деталей или состояния их поверхностей в процессе эксплуатации механизмов и машин.

Износ лопастных гидромашин (насосов и гидротурбин) является следствием сложных физико-химических процессов, происходящих при их взаимодействии с окружающей средой, и характеризуется необратимыми изменениями первоначальных размеров геометрической формы базовых деталей.

Классификация видов износа лопастных гидромашин и технико-экономические последствия износа их проточной части подробно изложены в специальной технической литературе [12], [13], [14], [15], [16]. В зависимости от физико-химических явлений, вызывающих изменение формы и размеров деталей, общий износ лопастных гидромашин является следствием следующих видов износа: гидроабразивного, кавитационного, кавитационно-гидроабразивного, коррозионного, абразивного, контактного, а также износа (разрушения) от соударения с посторонними предметами.

а) Гидроабразивный износ, см. рис. 1.4, 1.5 и 1.6, обусловлен, главным образом, режущим воздействием на детали гидромашин твёрдых частиц, содержащихся в перекачиваемой жидкости. Интенсивность гидроабразивного износа зависит от концентрации, плотности, геометрической формы и размера твёрдых частиц, а также от механических свойств материала деталей и частоты вращения ротора гидромашины.

Интенсивность гидроабразивного износа возрастает при возникновении химической коррозии металла, возникающей от воздействия солей и растворённого воздуха, которые содержатся в перекачиваемой жидкости.

Рис. 1.4. Гидроабразивный износ спирального отвода центробежного насоса двустороннего входа

Рис. 1.5. Гидроабразивный износ стенок «боковой пазухи» и «языка» спирального отвода насоса 24НДс (Река Аму-Дарья, насосная станция «Аму-Занг I»

Рис. 1.6. Гидроабразивный износ уплотнительных колец щелевого уплотнения рабочего колеса насоса двустороннего входа

б) Кавитационный износ, см. рис. 1.6, происходит под воздействием кавитационных явлений, возникающих при эксплуатации лопастных гидромашин. Кавитация представляет собой процесс нарушения сплошности потока жидкости на тех участках пути, где местное давление, понижаясь, достигает критического значения, вследствие чего происходит холодное вскипание жидкости и в ней образуется пузыри-каверны, которые, попадая в зону повышенного давления, мгновенно захлопывается на обтекаемой поверхности при этом возникает гидравлический удар, превышающий прочность материала. Процесс кавитации сопровождается также целым рядом сопутствующих явлений, которые таже оказывают влияния на интенсивность кавитационного разрушения.

Рис. 1.7. Кавитационный износ лопастей рабочего колеса центробежного насоса

в) Кавитационно-гидроабразивный износ характеризуется одновременным воздействием на рабочие органы гидромашин кавитации и твёрдых частиц, содержащихся в перекачиваемой воде. Так как, при этом виде износа твёрдые абразивные включения, как правило, затирают возникающие кавитационные каверны, то внешне кавитационно-гидроабразивный износ имеет вид, изображённый на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Кавитационно-гидроабразивный износ центробежного насоса двустороннего входа

г) Коррозийный износ происходит вследствие химических и электрохимических процессов, возникающих при взаимодействии деталей гидромашин с кислородом и другими химически активными веществами, содержащимися в атмосфере и в перекачиваемой жидкости. Коррозионный износ, рис. 1.9 проявляется в виде ржавчины и осповидных углублений на поверхностях деталей гидромашин.

Рис. 1.9. Коррозийный износ

д) Износ от трения контактирующих между собой при относительном движении деталей возникает вследствие:

– недостаточной смазки и охлаждения контактирующих поверхностей, например, в подшипниках скольжения;

– конструктивных особенностей, например,

сальниковых уплотнений валов;

– возникновения механического контакта между вращающимся рабочим колесом и неподвижным кольцом щелевого уплотнения из-за технологических погрешностей, допущенных при изготовлении и сборке гидромашины.

Рис. 1.10. Абразивный износ под сальниковой набивкой: а) вала; б) защитных втулок вала насоса [17]

е) Износ, точнее, разрушение, от соударения, рис. 1.11, возникает вследствие попадания в проточную часть насоса относительно крупных твёрдых включений, например, гравия и т. п.

Рис. 1.11. Разрушение выходных кромок лопастей и дисков рабочего колеса насоса при перекачивании воды содержащей твёрдые включения

Кроме обычного износа базовых деталей насоса в процессе эксплуатации, встречаются случаи разрушения чугунных деталей насосов при соударении с твёрдыми предметами или с твёрдой поверхностью, например, вследствие разгрузки сбрасыванием, рис. 1.12.

Рис. 1.12. Разрушение диска нового рабочего колеса насоса вследствие разгрузки сбрасыванием

Как показывает опыт приёмки насосного оборудования, поступающего на крупное ремонтное предприятие Узминводхоза, центробежные насосы двустороннего входа подвергаются воздействию всех перечисленных выше видам износа (см. рис. 1.13).

Рис. 1.13. Схема общего износа центробежного насоса двустороннего входа

Снижение основных параметров (характеристик) центробежного насоса при износе проточной части показано на рис. 14.

Рис. 1.14. Характеристики центробежного насоса до и после износа

Обозначения: Н – напор; N – мощность; η – КПД; Q – подача; Н_г – геометрическая высота подъёма; ΔН_изн – снижение напора в процессе износа насоса; Н_пред – предельный напор, при котором прекращается подача насоса; ΔН_пред – предельное снижение напора, при котором прекращается подача насоса вследствие износа; ΔQ_изн – снижение подачи в процессе износа насоса; ΔN_изн – потери мощности в процессе износа насоса

Из рассмотрения рис. 1.14 нетрудно установить, что при достижении запредельного износа щелевых уплотнений и проточной части насоса напор Н становится равным или меньшим геометрической высоты подъёма (Н ≤ Н_г), вследствие чего подача воды в оросительную систему прекращается и вся потребляемая из электросети энергия (N_пред) расходуется впустую.

Кроме того, прекращение подачи воды в оросительную систему приводит к грубому нарушению заданного графика водоподачи и водопотребления и может вызвать снижение урожайности сельскохозяйственных культур.

При отклонении напора насоса от паспортных значений в сторону уменьшения на 4% и более, а КПД насоса более 3% в зависимости от типоразмера необходимо провести техническое обследование проточной части насоса на предмет выявления степени износа рабочего колеса, спирального отвода, щелевых уплотнений и защитных втулок под сальниковой набивкой и принять решение о выводе в ремонт или о замене насоса.

По опубликованным в технической литературе [12], [13], [14], [15], [16] данным, уменьшение КПД в результате износа базовых деталей насоса может составить 10÷12%.

Таким образом, существенное повышение износостойкости насосов путём конструктивных улучшений и за счёт применения износостойких материалов является важной народно-хозяйственной проблемой.