Повышение эффективности работы центробежных насосов, находящихся в эксплуатации - Статья

Повышение эффективности работы центробежных насосов, находящихся в эксплуатацииСущественное влияние на гарантированное обеспечение потребителей тепловой и электрической энергией оказывает устойчивая, высокоэффективная работа насосных агрегатов, составляющих значительную часть оборудования теплоэнергетических объектов. Вопросы повышения надежности эксплуатации насосов являются весьма актуальными и требуют проявления повышенного внимания как проектирующих, так и эксплуатирующих организаций. Следует отметить, что данная область существенно отличается от оптимальной рабочей зоны, на которую насос был спроектирован. Отмеченные обстоятельства показывают актуальность разработки методов, способных с повышенной достоверностью определять реальный ресурс насосного агрегата с учетом особенностей эксплуатации конкретных технологических циклов, а также модернизации эксплуатирующихся насосов с целью повышения их КПД. Анализ работопригодности насосных агрегатов возможно осуществить путем создания физико-математических моделей, описывающих процессы, которые происходят в проточной части и в основных узлах насоса и учитывают взаимовлияние параметров насоса или группы насосов друг на друга и того конкретного технологического цикла, в составе которого они работают.

Существенное влияние на гарантированное обеспечение потребителей тепловой и электрической энергией оказывает устойчивая, высокоэффективная работа насосных агрегатов, составляющих значительную часть оборудования теплоэнергетических объектов. Вопросы повышения надежности эксплуатации насосов являются весьма актуальными и требуют проявления повышенного внимания как проектирующих, так и эксплуатирующих организаций.

По различным оценкам, на привод насосных агрегатов затрачивается до 10% вырабатываемой на энергоблоке электроэнергии. Отметим, что в суммарной оценке затрат на обслуживание насосов величина оплаты электроэнергии на привод, для отдельных отраслей промышленности, достигает более 85%, поэтому вопросы повышения КПД насосного оборудования являются актуальными и перспективными.

1. Статистические данные по повреждаемости насосного оборудования

В настоящее время основное направление технической политики в области совершенствования функционирования гидравлических систем связано в основном с модернизацией эксплуатируемого насосного оборудования и повышением согласованности используемых насосов с гидравлической сетью. По данным Europump, до 60% насосных станций, эксплуатирующихся в мире, работают с КПД всего лишь 10-40%, что обусловлено широким диапазоном реальной рабочей зоны, в которой вынуждены работать насосные агрегаты. Следует отметить, что данная область существенно отличается от оптимальной рабочей зоны, на которую насос был спроектирован. Второе обстоятельно, негативным образом воздействующее на энергоэффективность гидравлических систем, связано с невозможностью регулирования требуемого расхода экономичными способами, что в итоге также приводит к большим потерям энергии и значительному сокращению располагаемого ресурса гидромашины.

Отмеченные обстоятельства показывают актуальность разработки методов, способных с повышенной достоверностью определять реальный ресурс насосного агрегата с учетом особенностей эксплуатации конкретных технологических циклов, а также модернизации эксплуатирующихся насосов с целью повышения их КПД.

Определение наиболее эффективных путей повышения надежности эксплуатации насосного оборудования на первых этапах должно основываться на результатах анализа повреждаемости насосного оборудования, эксплуатируемого на различных энергетических объектах.

Изучение персоналом теплоэлектростанций статистических данных по повреждениям насосов может явиться одним из первоначальных мероприятий в направлении повышения надежности работы энергообъектов. Анализ этой информации позволяет выявить наименее надежные узлы и детали насосного оборудования, на которые действуют наибольшие статические и динамические нагрузки, а также выработать стратегию и тактику борьбы с отказами насосного оборудования.

На рис. 1 представлены результаты статистического анализа повреждаемости насосного оборудования [1]. Было проанализировано более 1100 единиц насосов, работающих на 34 теплоэнергетических объектах центральной части РФ. За двухлетний период на этих объектах были зафиксированы повреждения отдельных элементов у 750 насосов, что составляет 68,4% общего количества рассматриваемых насосов. Повреждения касались практически всех основных элементов насосных агрегатов. В отдельные группы были выделены повреждения корпуса, подшипников, рабочих колес, вала и уплотнений. На рис. 2 приведена диаграмма, на которой показано долевое распределение повреждений по элементам конструкции насосов.

Ликвидация причин, порождающих эти повреждения, одна из важнейших задач персонала теплоэнергетического объекта, направленная на снижение аварийности насосного оборудования и повышения надежности его работы.

Оценка работоспособности насосного агрегата необходима для принятия корректных, обоснованных решений по ряду вопросов, возникающих в процессе эксплуатации. Состояние насоса в любой момент времени характеризуется располагаемым ресурсом, обеспечивающим надежную безотказную работу насосного агрегата до капитального ремонта, в процессе которой его основные технические параметры и характеристики, указанные в паспорте, остаются в пределах установленных допусков.

Анализ работопригодности насосных агрегатов возможно осуществить путем создания физико-математических моделей, описывающих процессы, которые происходят в проточной части и в основных узлах насоса и учитывают взаимовлияние параметров насоса или группы насосов друг на друга и того конкретного технологического цикла, в составе которого они работают. Основной задачей этого анализа является выявление ограничений и допустимых воздействий на исследуемый насосный агрегат, а также определение реального ресурса с учетом тех увеличенных нагрузок, которым он подвергается в нештатных режимах эксплуатации.

2. Повышение экономичности центробежных насосов на основе гидрофобизации поверхностей рабочих колес

Решение вопросов энергосбережения является приоритетным для повышения эффективности теплогенерирующих объектов. По данным Министерства образования и науки, в сфере потребления энергии лежит 70% возможности энергосбережения и только 30% - в сфере выработки энергии. В этой связи возрастает важность вопроса разработки и внедрения технологий, обеспечивающих снижение энергопотребления при более качественном обеспечении работы конкретных технологических циклов.

Одной из таких технологий является метод модернизации поверхности проточных частей центробежных насосов на основе модификации функциональных поверхностей проточных частей рабочих колес (РК) насосов. Изменение свойств поверхности проточной части насоса обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик насосного агрегата с помощью гидрофобных покрытий. Создание гидрофобных пленок на поверхностях, имеющих пространственную геометрию, представляет сложную для реализации задачу и является одним из сдерживающих факторов широкого применения данной технологии для повышения рабочих характеристик насосов.

Реализация такого метода возможна на основе использования тефлонов. Тефлонирование поверхностей эффективно осуществляется на основе использования фторопласта-4, являющегося уникальным материалом, который обладает рядом свойств, определяющих его применение во многих отраслях промышленности. Фторопласт-4 обладает химической стойкостью практически ко всем агрессивным веществам [3].

Экспериментальные исследования по использованию фторопластовых покрытий для создания гидрофобных поверхностей в РК центробежных насосов осуществлялись на энерго-кавитационном стенде МЭИ на примере исследований насоса КМ 65-50-160а (имеющий коэффициент быстроходности равный 88). Данный тип насоса наиболее распространен в коммунальной энергетике и используется в технологических циклах систем отопления, холодного и горячего водоснабжения.

На рис. 3 показан внешний вид исходного и модернизированного рабочего колеса исследуемого насоса КМ 65-50-160а.

На рис. 4 представлена напорная характеристика насоса КМ 65-50-160а с исходным и модернизированным РК, а на рис. 5 приведена сравнительная характеристика КПД (для рабочей зоны) исследуемого насоса.

Результаты энергетических испытаний по исследованию влияния гидрофобного фторопластового покрытия на поверхностях РК демонстрируют: повышение напорной характеристики насоса после создания гидрофобного покрытия, что объясняется снижением потерь гидравлического трения, приводящих к увеличению напора;

обеспечение работоспособности насоса, т.е. выполнение требуемого закона H=f(Q);

снижение потребляемой мощности приблизительно на 90 Вт, в основном в рабочей зоне, что объясняется уменьшением потребной мощности на компенсацию гидравлических потерь (потери на трение и вихреобразования); насосный гидрофобизация теплоэнергетический повышение КПД насоса на 1,5-2% в рабочей зоне работы.

По результатам исследований можно сделать вывод о том, что модернизация центробежного насоса КМ 65-50-160а на основе создания гидрофобного фторопластового покрытия на поверхностях РК привела к повышению энергоэффективности при обеспечении сохранения работоспособности насоса. Такое покрытие одновременно защищает поверхность РК от коррозии и от образования отложений, что обеспечивается отсутствием контакта перекачиваемой среды и металла, из которого изготовлена проточная часть [4]. Кроме того, покрытие обладает повышенной прочностью и химической стойкостью.

Результаты проведенных исследований наглядно показывают: важность интегральной оценки работы гидросистемы в целом, а также анализ функционирования и выхода из строя ее отдельных элементов;

необходимость разработки подходов, позволяющих с повышенной достоверностью прогнозировать остаточный ресурс насосного агрегата;

перспективность создания технологий, позволяющих обеспечивать повышение КПД и надежности насосного оборудования на основе гидрофобизации поверхности проточной части рабочих колес с помощью тефлонирования.

1.Волков А.В., Панкратов С.Н. Анализ повреждений насосного оборудования на тепловых энергетических объектах// Тяжелое машиностроение. 2005. № 10. С. 2-6.

2.Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. - М.: Машиностроение, 1977.

3.Носов Э.Ф., Маркевич А.М., Клейменов Н.А. Энциклопедия полимеров. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - Т. 3. - 1152 с.

4.Акользин А.П. Противокоррозионная защита стали пленкообразователями. - М.: Металлургия, 1989. - 192 с.

Размещено на .ru