Вибродиагностика

Вибродиагностика – очень эффективный метод неразрушающего контроля, который основан на анализе целого комплекса параметров вибрации с целью определения состояния оборудования.

Основные преимущества метода контроля на основе вибродиагностики:

-колебательные силы возникают в месте появления дефекта

-вибрация в силу своей природы содержит очень большой объем диагностической информации;

-проводить диагностику можно прямо на месте, причем без разборки и остановки оборудования.

Вибродиагностика оборудования позволяет выявлять самые разнообразные дефекты: дисбаланс, нежесткость и ослабление опор, несоосность и непараллельность валов, обрыв анкерных болтов, изменения геометрии линии вала. В результате, благодаря своим высоким возможностям современные системы вибродиагностики оборудования (подшипников, насосов и т.д.) доказали свою востребованность и высочайшую эффективность в самых различных отраслях народного хозяйства. На основании полученной при данном методе неразрушающего контроля информации, можно осуществлять планирование капитального и текущего ремонта, увеличивать межремонтный интервал, а также уменьшать затраты на закупку расходных материалов и запчастей.

Анализ возможных методов неразрушающего контроля в рабочих условиях на первое место ставит виброконтроль, т.е. измерение частотных спектров вибрации и их сравнение с "эталонными" величинами, которые устанавливают текущее техническое состояние и позволяют оценить динамику регрессирования, а также прогнозировать остаточный ресурс центробежных насосов.

Вибромониторинг центробежных насосов благодаря проведенному предварительно кинематическому анализу основных частот возбуждения вибрации, отслеживанию уровня спектральных составляющих, как на кинематических частотах, так и в полосах частот с привлечением вибростандартов ISO и UDF позволяет оперативно выявлять техническое состояние и прогнозировать остаточный ресурс составных частей и всего насосного агрегата в целом.

Уровни отдельных спектральных составляющих или их совокупности нормируются международными и отечественными стандартами.

Полученная группа данных является идентификационным кодом при виброметрии и анализе технического состояния центробежных насосов типа ЦНС 300 или ЦНСШм 300. К ней должно быть присоединена информация о нормах на уровни вибрации и выделена зона предельно допустимых ее величин для различных действующих источников. Проведенный анализ по нормированию вибрации в динамических насосах показал их равнозначность. Поэтому базовой принята оценка вибронагруженности насосных агрегатов согласно стандартам ISO 2372 и VDI 2056

При агрегатировании на общей раме насоса и приводного электродвигателя, а также подсоединении напорного и всасывающего трубопроводов необходимо для понижения виброактивности агрегата выполнение следующих условий:

- трубопроводы подсоединяются к насосу таким образом, чтобы они передавали на патрубки минимальные усилия и не вызывали бы дополнительную вибрацию насоса. Запрещается притягивать трубопроводы к насосным агрегатам. Допустимая непараллельность фланцев в соединении на каждые 100 мм диаметра трубопровода и давления 60 МПа должна быть не более 0,05мм.

- около 50% дефектов промышленного оборудования связанно с некачественной центровкой роторов машин агрегатов. Измерение виброскорости в радиальном и осевом направлениях с фиксацией спектральных составляющих на оборотной частоте и ее первой гармонике - чувствительные диагностические признаки расцентровки. Для скорости вращения n = 1000 - 2000 об/мин нормируется относительное расположение полумуфт: угловая несоосность (мм/100мм) "отлично" - 0,05мм, "допустимо" - 0,08мм; параллельное смещение (мм) "отлично" - 0,05мм, "допустимо" - 0,1мм.

- необходимо обеспечить жесткое крепление насоса и двигателя к монтажной раме и фундаменту. Динамическая жесткость фундамента и подшипника считается удовлетворительной, если величина виброскорости, измеренная на лапе насоса (двигателя) не превышает 50% величины виброскорости подшипника, причем оба измерения проводятся в одном и том же направлении (вертикальном и поперечном)

При выполнении вышеперечисленных условий необходимо приступать к собственно вибромониторингу. Точки измерения вибропараметров (места установки пьезоакселерометра) приведены на рисунке 18, где:

· П – направление установки пьезоакселерометра для замера поперечных колебаний;

· В - направление установки пьезоакселерометра, для замера вертикальных колебаний;

· О – направление установки пьезоакселерометра для замера осевых колебаний.

Рис.18

 

Вибромониторинг собственно центробежного корпусно-секционного насоса осуществляется в точках 1В...11О. 14В, 16В, 18П, 19П. В первую очередь проверяется состояние подшипников по уровню ударных импульсов генерируемых ими, измерение которого обеспечивается применением специального датчика на его резонансной частоте. Спектральный анализ вибрации позволяет отслеживать кинематические несовершенства насосного агрегата, в оперативном порядке определять и устранять их.

 

4 Расчетная часть

Исходные данные:

1. Частота вращения вала – n = 40, сек ^-1;

2. Размеры рабочего колеса (рисунок 5.1):

D1 = 0,100 м – диаметр входа жидкости в рабочее колесо;

D2 = 0,25 м – диаметр выхода жидкости из рабочего колеса;

b1 = 0,015 м – ширина канала на входе жидкости в рабочее колесо;

b2 = 0,010 м – ширина канала на выходе жидкости из рабочего колеса;

z = 9 – число лопаток на выходе;

δ2 = 0,004 – толщина лопатки на выходе (по срезу);

β1 = 35⁰, β2 = 27⁰ – конструктивные углы лопатки на входе и выходе.

3. Принимаем:

α1 = 90⁰ – угол входа жидкости в колесо.

4. Коэффициенты полезного действия при оптимальном режиме:

η_о = 0,96 – объёмный КПД;

η_г = 0,92 – гидравлический КПД;

η_д = 0,92 – дисковый КПД;

η_м = 0,90 – механический КПД.

5. Параметры перекачиваемой жидкости:

n^’₁=30 – измененная частота вращения вала.

 

Рисунок 5 – Расчетная схема рабочего колеса

Ход расчёта

Расчёт ведётся для оптимального режима, полагая, что при этом режиме углы потока совпадают с конструктивными углами рабочего колеса.

1. Строится треугольник скоростей на входе в рабочее колесо (рисунок 6) по углам β_1к = β₁ и окружной скорости U₁:

(5.1)

м/сек

 

 

Рисунок 6 – Треугольник скоростей на входе в рабочее колесо

м/сек;

W₁ = 9,4 м/сек;

2. Расход жидкости внутри колеса:

, (5.2)

где C_1m – меридиональная скорость на входе, определяемая по треугольнику скоростей на входе (рисунок 6), м/сек;

F₁ – площадь проходного сечения рабочего колеса на входе, м²:

(5.3)

м²

3. Производительность насоса при оптимальном режиме:

(5.4)

м ³/сек

4. Строится план скоростей на выходе жидкости из рабочего колеса (рисунок 7) по скоростям и углу .

Окружная скорость:

(5.5)

м/сек

Меридиональная скорость на выходе из колеса:

, (5.6)

где - площадь проходного сечения рабочего колеса на выходе, м²

(5.7)

м²

м/сек

Окружная составляющая относительного межлопаточного вихря определяется по формуле А.Стодола:

(5.8)

м/сек

 

 

Рисунок 7 – Треугольник скоростей на выходе из рабочего колеса

5. Вычисляется удельная работа лопаток:

, (5.9)

где С_2u – проекция абсолютной скорости С₂ на окружную. Определяется по треугольнику скоростей на выходе (рисунок 7).

м²/сек²

Полезная удельная работа насоса:

(5.10)

м²/сек²

Полезный напор насоса:

, (5.11)

где м/с²

м.

 

6. Вычисляется коэффициент быстроходности насоса для оптимального режима:

(5.12)

7. Расчёт уточнённых значений производительности и удельной энергии. По ns и рисунку 8 находят вероятные значения коэффициентов полезного действия для оптимального режима, по которым вычисляются уточнённые значения производительности и полезной удельной энергии, полезного напора.

Рисунок 8 – Уточнённые оптимальные значения коэффициентов полезного действия

Уточнённые коэффициенты полезного действия при оптимальном режиме:

η_о = 0,96 – уточнённый объёмный КПД;

η_г = 0,89 – уточнённый гидравлический КПД;

η_д = 0,92 – уточнённый дисковый КПД;

η_м = 0,9 – уточнённый механический КПД.

Уточнённая производительность насоса при оптимальном режиме:

м³/с;

Полезная удельная работа насоса:

м²/сек²

Полезный напор насоса:

м

8. Мощность на валу насоса

Используя уточнённые значения Q и Li, определяем мощность на валу насоса:

, (5.13)

где - общий КПД насоса (уточненный):

(5.14)

кВт

9. Построение комплексной характеристики насоса при работе на воде.

Зная коэффициент быстроходности ns, находим по рисункам 9, 10, 11, соответствующие данному насосу кривые в относительных координатах.

Номера у кривых на рисунке 9, 10, 11, соответствуют:

1 – ns = 40÷80;

2 – ns = 80÷150;

3 – ns = 150÷300;

4 – ns = 300÷600;

5 – ns – более 600.

 

Значения берем по кривой №1,так как ns=61,27

Требуется построить эти кривые в размерных координатах. Для чего необходимо относительные координаты умножить на соответствующие значения рассчитанных выше оптимальных параметров насоса. Для удобства значения в относительных и размерных координатах свести в таблицу 4.

 

Рисунок 9 – Зависимость Q-H в относительных величинах

 

Рисунок 10 – Зависимость Q-N в относительных величинах

 

Рисунок 11 – Зависимость Q-η в относительных величинах

Таблица 4 – Значения Q, H, N, для постройки комплексной характеристики насоса при работе на воде

Относительные координаты	Q		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
H		1,1	1,15	1,15	1,08		0,85
N	0,25	0,4	0,6	0,7	0,85		1,15
		0,42	0,68	0,84	0,92		0,98
Размерные координаты	, м3/сек		0,0076	0,0152	0,024	0,0304	0,038	0,0456
, м		103,4	108,1	108,1	101,52		79,9
, кВт	11,525	18,42	27,63	32,23	39,14	46,057	52,96
		0,28	0,476	0,588	0,644	0,7	0,686

Используя полученные значения, строим комплексную характеристику насоса при работе на воде.

Пересчет характеристики насоса с воды на нефть

1. Пересчет ведется по поправочным коэффициентам , которые определяются по рисунку 12 в зависимости от числа Рейнольдса:

, (5.15)

где - производительность насоса при оптимальном режиме и работе на воде;

- коэффициент кинематической вязкости, м²/сек;

- эквивалентный диаметр, вычисляемый из соотношения:

, (5.16)

м

Рисунок 12 - График коэффициентов пересчета характеристик центробежных насосов с воды на вязкие жидкости

 

Согласно рисунку 12:

2. Из соотношений:

(5.17)

определяются оптимальные значения полезной удельной работы, КПД при работе на нефти.

3. Полезная мощность при работе насоса на нефти вычисляется по формуле (5.13), по и плотности нефти.

4. Построение сводной комплексной характеристики насоса при работе на нефти и воде.

Комплексная характеристика строится по точкам, близким к оптимальной 0,8Qопт, Qопт,1,2Qопт. и нулевой точке (Q=0). Известно, что при Q=0 напор насоса при работе на нефти равен напору насоса при работе на воде. Для нахождения значений используем уже известные безразмерные координаты.

Полученные значения сводим в таблицу 5.

Таблица 5 – Значения Q, H, N, для постройки комплексной характеристики насоса при работе на нефти

Относительные координаты	Q		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
H		1,1	1,15	1,15	1,1		0,85
N	0,25	0,4	0,6	0,7	0,85		1,15
		0,42	0,68	0,84	0,92		0,98
Размерные координаты	, м3/сек		0,0068	0,0136	0,0207	0,0272	0,034	0,0408
, м	89,3	98,23	102,695	102,695	98,94	89,3	75,905
, кВт	15,2	24,36	36,54	42,63	51,765	60,9	70,035
		0,189	0,306	0,378	0,414	0,45	0,441

 

По полученным значениям строим комплексную характеристику для насоса при работе на нефти.

 

5. Делаем сравнительную характеристику.

6. Суммарная характеристика параллельного и последовательного соединения насосов при перекачке воды.

При параллельном подключении насосов, подача увеличивается в 2 раза, а напор останется неизменным, занесем данные в таблицу 6.

Таблица 6 – Значения напора и подачи при параллельном подключении насосов

, м		103,4	108,1	108,1	101,52		79,9
, м3/с		0,0076	0,0152	0,024	0,0304	0,038	0,0456
, м3/с		0,0152	0,032	0,048	0,0608	0,076	0,0912

 

По полученным значениям строим суммарную характеристику при параллельном подключении насосов.

При последовательном подключении насосов, напор увеличивается в 2 раза, а подача останется неизменной, занесем данные в таблицу 7.

Таблица 7 – Значения напора и подачи при последовательном подключении насосов

 

 

, м		0,0076	0,0152	0,024	0,0304	0,038	0,0456
, м3/с		103,4	108,1	108,1	101,52		79,9
, м3/с		206,8	216,2	216,2	203,04		159,8

 

По полученным значениям строим суммарную характеристику при параллельном подключении насосов.

 

 

 

Заключение

 

В процессе выполнения курсового проекта были закреплены знания полученные при изучении теоретического курса, изучена конструкция насосного агрегата и основных его узлов, принцип работы и назначение насосного агрегата, его достоинства и недостатки. Для эффективной работы насосного агрегата необходимо четко следовать инструкциям по его эксплуатации и подбирать оптимальные режимы работы, своевременно проводить техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Практика показывает, что при перерасчете работы насоса с воды на нефть значительно понижаются оптимальные характеристики агрегата (напор и производительность), а также КПД насоса, при этом значительно увеличивается мощность на валу насоса.

Так же в данном проекте были рассмотрены режимы работы при параллельном и последовательном соединении насосов с одинаковыми характеристиками. При параллельном подключении насосов, подача увеличивается в два раза, а напор останется неизменным. При последовательном подключении насосов, напор увеличивается в два раза, а подача останется неизменной.

 

Список литературы

1. Елин В.М. и др. Насосы и компрессоры /Елин В.И., Солдатов К.Н., Соколовский С.М. – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Гостоптехиздат, 1960. – 398 с.

2. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

3. Беззубов А.В. Насосы для добычи нефти. Справочник рабочего. – М: Недра, 1986. – 224 г.

4. Дурнов П.И. Насосы и компрессоры. – М: Машгиз, 1960. – 938 с.

5. Копырин М.А. Гидравлика и гидравлические машины. - М.: Высшая школа, 1961. - 302 с.

6. Осипов П.Е. Гидравлика, гидравлические машины и и гидропривод: Уч. Пособие. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесная промышленность. 1981. - 424 с.

7. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины. - М.Л: Государственное энергетическое издательство, 1953. - 359 с.