專家談|正確安裝:泵可靠運(yùn)行的第一步
專家談|正確安裝:泵可靠運(yùn)行的第一步
當(dāng)談到泵的可靠性時,任何行業(yè)或運(yùn)營商都不能忽視一些基礎(chǔ)知識。看看這篇由該領(lǐng)域最著名的專家之一撰寫的枯燥乏味的復(fù)習(xí)讀物。
是否具有正確和完善的安裝實(shí)踐,可能意味著可以提供多年無故障服務(wù)的泵與需要持續(xù)和重復(fù)維護(hù)的泵之間的區(qū)別。雖然由于文章篇幅的限制使我們無法提供關(guān)于如何安裝所有類型泵的詳細(xì)說明,但本文中的大多數(shù)信息都是指單級端吸設(shè)計(jì)。
必須滿足三個特定區(qū)域的要求,以確保泵在系統(tǒng)內(nèi)提供長期可靠的運(yùn)行:
1)基礎(chǔ)
2)管路布置
3)對中
基礎(chǔ)
通常,泵應(yīng)該安裝在由堅(jiān)固的混凝土基礎(chǔ)支撐的堅(jiān)固底座/底板上。還需要通過將泵與管道系統(tǒng)以及驅(qū)動機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確地對中,然后再將泵正確地連接到系統(tǒng)。
堅(jiān)固的基礎(chǔ)和灌漿可以使裝置提供可靠的、不間斷的服務(wù),而不是需要不斷調(diào)整的裝置。每個人都應(yīng)該關(guān)心的是,在安裝泵時,只使用最適合的材料和正確的設(shè)計(jì)。
圖1:J型和套筒地腳螺栓
混凝土基礎(chǔ)必須足夠堅(jiān)固,以吸收任何振動,并為底座形成永久的剛性支撐。一個常用的經(jīng)驗(yàn)法則是,基礎(chǔ)應(yīng)為泵/驅(qū)動機(jī)組件重量的五倍左右,比底座長約6"、寬約6"。地腳螺栓通常為圖1中所示的“J”型或套筒型,并且必須按照經(jīng)確認(rèn)的底座外形圖進(jìn)行定位。
在安裝底座之前,應(yīng)通過鑿掉任何有缺陷的混凝土來平整基礎(chǔ)的整個表面,使其保持粗糙但平整。然后必須清除表面上的所有油、油脂和松散的顆粒。雖然各個行業(yè)的做法各不相同,但大多數(shù)領(lǐng)先公司都傾向于在安裝前將泵和驅(qū)動機(jī)從底座上拆下。這有助于調(diào)平底座并消除任何變形。
底座應(yīng)支撐在調(diào)平螺釘、墊片或靠近地腳螺栓(帶有小斜度的成對使用)的金屬楔形塊上。所有調(diào)平螺釘和其它需要防止?jié){液飛濺的地方都應(yīng)該涂覆一層蠟,以防止灌漿粘附在它們上。通過調(diào)整調(diào)平裝置和使用精密水準(zhǔn)儀檢查底座上的機(jī)加工安裝表面。確保底座的機(jī)加工安裝表面水平、平坦且平行。為了防止設(shè)備受力不均而變形,同一平面內(nèi)的所有表面高度偏差必須在0.002"范圍內(nèi)。
當(dāng)?shù)鬃幱谒綘顟B(tài)時,檢查所有支撐楔形塊或墊片是否與基礎(chǔ)和底座完全接觸。均勻地擰緊基礎(chǔ)地腳螺栓,并復(fù)查水平度。
灌漿期間,底座、灌漿和基礎(chǔ)的溫度應(yīng)保持在 40 °F 到 90 °F之間 - 之后至少保持24小時。使用水泥基灌漿時,請?jiān)敿?xì)遵循灌漿供應(yīng)商的說明,并確保快速連續(xù)地完成灌漿,以防止底座下方出現(xiàn)冷接縫和空隙。灌漿應(yīng)按照制造商的說明進(jìn)行硬化。
環(huán)氧灌漿的使用在許多行業(yè)中變得越來越普遍。增加的粘接強(qiáng)度有助于保持泵和驅(qū)動機(jī)之間的對中,從而減少不對中故障和維護(hù)成本。由于環(huán)氧灌漿的表面是無孔的,因此在泵發(fā)生意外泄漏時,它的使用也便于進(jìn)行清理。
近年來,通過使用預(yù)灌漿底座來消除現(xiàn)場底座找平和灌漿中發(fā)現(xiàn)的許多傳統(tǒng)問題,已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成功。底座在工廠中以倒置位置進(jìn)行灌漿,從而減少環(huán)氧樹脂漿液的體積收縮,否則會導(dǎo)致底座變形。事實(shí)證明,這些預(yù)灌漿的單元可以很好地移動,并且到達(dá)現(xiàn)場時是平整的,就像它們離心工廠時一樣。它們還可以在現(xiàn)場與泵和電機(jī)一起安裝。
管道布置
毫無疑問,這是泵安裝中被濫用最多的一個領(lǐng)域。事實(shí)上,可以毫不含糊地說,大多數(shù)泵的管道連接都不正確。
即使在今天,許多裝置也像是“水管工的噩夢”。在這種情況下,泵看起來好像被擠到了一個角落里,被擋在一邊,管道穿進(jìn)穿出,而沒有考慮流體流動模式或未來維護(hù)活動的通道。因?yàn)檫@不是泵供應(yīng)商的供貨和工作范圍,因此,通常被忽視。然而,在用戶或安裝公司缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下,有必要尋求泵供應(yīng)商/制造商的技術(shù)支持。
大多數(shù)人都會參考泵制造商的安裝、操作和維護(hù) (IOM) 手冊。不幸的是,這并不能提供很多詳細(xì)的信息,因?yàn)榇蠖鄶?shù)泵公司都贊同將責(zé)任限制在泵的吸入和排出管口范圍內(nèi)的態(tài)度。盡管這種態(tài)度正在迅速消失,但這種變化尚未影響到大多數(shù)IOM手冊 - 這意味著來自該來源的準(zhǔn)確和完整的信息仍然受到嚴(yán)重限制。因此,在大多數(shù)行業(yè)中,很大一部分泵安裝的管道布置不當(dāng),導(dǎo)致泵過早失效。
遺憾的是,故障很少被追溯到不正確的管道布置,因?yàn)槊芊夂洼S承故障還有許多其它原因。主要的困難在于,管道方面的缺陷將許多泵故障的根本原因定位在泵本身的物理范圍之外,因此對于不謹(jǐn)慎和缺乏經(jīng)驗(yàn)的人來說很難發(fā)現(xiàn)。
圖2:推薦的泵吸入管路設(shè)計(jì)
泵相對于其吸入源的位置對其最終的可靠性至關(guān)重要。每臺泵都需要盡可能靠近其吸入源,以減少摩擦損失對NPSHA的影響。然而,它也必須離吸入源足夠遠(yuǎn),以確保可以遵循正確的管道實(shí)踐(見圖 2)。
這些管道實(shí)踐涉及許多簡單的規(guī)則,如果遵循這些規(guī)則,將消除很大一部分潛在的泵問題。
泵管道的5條規(guī)則如下:
1)在吸入口異徑管和管線中的第一個障礙物之間,為吸入側(cè)提供一條直管,其長度相當(dāng)于該管道通徑的5至10倍。否則可能會產(chǎn)生諸如葉輪中水力不穩(wěn)定等問題,這些問題會轉(zhuǎn)化為額外的軸載荷、更高的振動水平以及密封和軸承的過早失效。
2)泵入口和出口側(cè)的管道直徑應(yīng)至少比管口本身尺寸大一個等級。泵吸入側(cè)水平入口的管道直徑必須通過偏心異徑管縮小到管口直徑,偏心異徑管的位置應(yīng)使平面位于頂部。出口側(cè)的異徑管可以是標(biāo)準(zhǔn)的同心設(shè)計(jì)。
3)拆除安裝在泵吸入管口上的彎頭。不這樣做可能會導(dǎo)致上述規(guī)則1)中提到的水力不穩(wěn)定性。
4)消除吸入源中出現(xiàn)渦流或空氣夾帶的可能性。這些情況會導(dǎo)致經(jīng)常與汽蝕相混淆的問題。
5)如以下關(guān)于對中的章節(jié)所述,管道的布置方式應(yīng)確保不會對泵殼體施加應(yīng)力。
對中
工業(yè)界的進(jìn)步,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了良好的對中對旋轉(zhuǎn)設(shè)備安全和無故障運(yùn)行至關(guān)重要這一說法的討論。當(dāng)我們討論泵行業(yè)的“對中”時,我們通常討論的是“管道對齊”或“軸對中”。必須指出的是,術(shù)語“聯(lián)軸器對中”一詞用詞不當(dāng)。
軸對中
我們并不關(guān)心將兩半聯(lián)軸器對中,唯一的標(biāo)準(zhǔn)是確保泵的軸及其驅(qū)動機(jī)的軸將在一個共同的軸(系)上旋轉(zhuǎn)。如果軸不是同軸的,由此產(chǎn)生的力矩將增加泵軸和軸承上的力,導(dǎo)致其加速磨損和過早失效。
當(dāng)兩條相互疊加的線形成一條線時,就可以實(shí)現(xiàn)對中。不對中是衡量兩條線離形成一條線有多遠(yuǎn)的指標(biāo)。我們在這里關(guān)注的兩條線是泵軸和驅(qū)動軸的中心線。
在一種不對中的情況下,兩條線可以相互平行,但相距恒定的距離,這被稱為偏移或平行不對中。在另一種情況下,一條線將與另一條線成一定角度,這被稱為角度不對中(見圖3)。
圖3:軸偏移和角度不對中
平行不對中 可以被認(rèn)為是沿長度方向任何給定點(diǎn)的驅(qū)動機(jī)軸中心線與泵軸中心線之間的距離 - 這種不對中可能發(fā)生在任何平面上。因此,對于垂直偏移,需在頂部和底部進(jìn)行必要的測量;而對于水平偏移,需在每側(cè)進(jìn)行必要的測量。
角度不對中 是指兩個軸的斜率差。如果泵、底座和基礎(chǔ)已正確安裝,則可以將泵的軸中心線視為水平線,因此可以將其視為參考線或基準(zhǔn)線。驅(qū)動軸的斜率可以通過確定兩個不同點(diǎn)的偏移測量值,從一個點(diǎn)中減去另一個點(diǎn),然后將結(jié)果除以兩點(diǎn)之間的軸向距離來計(jì)算。這種不對中需要在垂直面和水平面上進(jìn)行測量和計(jì)算。
軸聯(lián)軸器
值得一提的是,彈性聯(lián)軸器不一定是解決軸不對中問題的答案。當(dāng)不對中時,所有聯(lián)軸器都無法良好地運(yùn)行,而這種阻力所產(chǎn)生的恢復(fù)力和力矩可能會損壞軸承、密封和軸本身。這些恢復(fù)力與不對中成正比。換句話說,軸的不對中越大,軸承上的力就越大等等。因此,泵的軸和驅(qū)動機(jī)應(yīng)該盡可能準(zhǔn)確地對中,以提供泵的最佳可靠性。
管道不對中
在擰緊聯(lián)接螺栓之前,管道法蘭必須準(zhǔn)確對中,所有管道、閥門和相關(guān)配件都應(yīng)獨(dú)立支撐,而且不應(yīng)對泵施加任何應(yīng)力。管道對泵殼體施加的任何應(yīng)力都會降低令人滿意的可靠性和性能的可能性,并可能導(dǎo)致高昂的維護(hù)成本。
傳統(tǒng)流程泵中管道應(yīng)變的影響也會傳遞到聯(lián)軸器。憑借激光對中技術(shù)的精度,可以像軟腳一樣測量管道應(yīng)變,并應(yīng)將其集成到軸對中的程序中。在進(jìn)行正確的軸對中后,通過松開管道連接,聯(lián)軸器處的任何移動都將表明存在管道應(yīng)變,因此可以進(jìn)行糾正。
由于幾乎所有規(guī)則都有例外,石油工業(yè)中使用的API 610泵規(guī)范確定了允許施加在泵法蘭上的最大力和力矩水平。這些必須是適用于使用該規(guī)范銷售到任何行業(yè)的任何泵。因此,所有API泵的設(shè)計(jì)都比ANSI尺寸的同類產(chǎn)品更堅(jiān)固,更重。
在高溫應(yīng)用中,由于運(yùn)行期間的熱膨脹,一些管道不對中是不可避免的。在這些情況下,通常會引入熱膨脹接頭,以避免將任何管道應(yīng)變傳遞到泵上。然而,如果膨脹接頭最靠近泵的一端沒有牢固地支撐/懸吊,則管道應(yīng)變就會傳遞到泵上,從而無法實(shí)現(xiàn)膨脹接頭的目的。
結(jié)論
泵安裝不當(dāng)會導(dǎo)致過早失效并增加維護(hù)成本。相反,當(dāng)它們正確安裝并得到合理的維護(hù)和保養(yǎng)時,您的泵將能夠長時間令人滿意地運(yùn)行(并為您提供服務(wù))。
作者簡介:Ross Mackay是國際知名的泵送可靠性專家,著有《實(shí)用泵送手冊》。他專門通過一系列泵培訓(xùn)項(xiàng)目幫助公司提高泵資產(chǎn)的可靠性,降低運(yùn)營和維護(hù)成本。
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