Скачать статью (475 KB)

В чем причина успеха погружных центробежных насосов? Все просто. Погружные центробежные насосы в силу чисто конструктивных причин лишены большинства проблем и недостатков, характерных для центробежных насосов традиционной компоновки, состоящих из рабочего колеса, помещенного внутри литого корпуса, и соединенного с обычным электродвигателем через мультипликатор или без него. Между проточной частью насоса и двигателем или мультипликатором устанавливается механическое или лабиринтное уплотнение. В погружном центробежном насосе уплотнения нет, так как рабочее колесо или набор рабочих колес находятся в общем корпусе с электродвигателем. Погружной насос является герметичным – уплотнение ему не нужно. В погружном насосе полностью отсутствует не только уплотнение, но и система смазки подшипников. Это герметичный насос, в котором уплотнения не нужны, а смазкой подшипников является рабочая среда.

В целом, недостатки центробежных насосов с внешними электродвигателями таковы:

• Насосы с внешними моторами используют сложные механизмы уплотнения, которые трудно установить, обслуживать и которые могут выйти из строя.
• В дополнение к уплотнению, необходимо обеспечить смазку механического уплотнения или уплотнительный газ и оборудование для регулирования давления на лабиринтном уплотнении.
• Перед запуском насос необходимо заполнить жидкостью и охладить. На эту операцию обычно необходимо затратить время, а при ее проведении приходиться мириться с потерями продукта.
• Соединение между моторной секцией и насосом требует тщательной установки и юстировки. Если будет допущен какой-либо эксцентриситет, то уплотнение быстро выйдет из строя.
• Из-за необходимости установки узла уплотнения может потребоваться более мощный двигатель и система вала из двух частей, обслуживание будет более сложным и дорогостоящим.
• Для горючих сред внешний двигатель должен иметь взрывозащищенный корпус, и может быть больше в сравнении с погружным мотором той же мощности.
• Увеличение размера двигателя будет увеличивать нагрузку на опорную конструкцию, что приведет к более дорогой и сложной раме.
• Увеличенный размер рамы требует больше места для установки насосной установки и приводит к увеличению затрат на техническое обслуживание.
• Внешний двигатель может использовать маслонаполненные подшипники и требовать систему смазочного масла с насосами для подачи масла.
• Вспомогательные системы требуют электропитания, которое следует учитывать при расчете общей эффективности насоса.
• Наиболее распространенная причина отказа насоса – выход из строя механических уплотнений.
• Запуск насосов вне предпочтительного рабочего диапазона производительности (от 80% до 110%) имеет значительное влияние на срок службы механического уплотнения и в некоторых случаях может уменьшить среднее время наработки на отказ в десять раз.
• Исключение механических уплотнений из конструкции насоса имеет потенциал снижения стоимости обслуживания на 65-90%.

Герметичный насос построен на конструктивной концепции единого вала, на котором установлены все гидравлические компоненты насоса (рабочие колеса, импеллеры), а так же ротор и подшипники двигателя. Погруженный вал обеспечивает охлаждение шариковых подшипников рабочей средой, так как насос установлен внутри сосуда, работающего под давлением, и полностью погружен в перекачиваемую жидкость.

Погружные насосы гораздо менее шумные, чем насосы с внешней установкой двигателя, так как рабочая среда действует как поглощающий шум буфер. Это значительно уменьшает общий уровень шума, передаваемого на наружную поверхность корпуса. Обычно для погружных насосов применяют корпуса с экранно-вакуумной изоляцией, и уровень шума при этом стремится к нулю. Это понятно - вакуум не может передавать звуковые колебания. Вакуумная изоляция помимо своей основной функции резкого снижения теплопритоков создает дополнительный эффект звукоизоляции и дает дополнительный бонус для службы эксплуатации.

После того, как погружной насос охлаждается, он переходит в непрерывный режим ожидания и готов для быстрого пуска в любое время.

Стоит только взглянуть на конструктивную схему насоса ТС34 и становится понятно, что погружной насос отличается от традиционных насосов тем, что его базовая конструкция исключает причины, связанные с большинством сбоев традиционных насосов, которые эксплуатируются сегодня во всем мире:

• Нет уплотнения вала. Как механические, так и бесконтактные (лабиринтные) уплотнения изнашиваются или могут быть выведены из строя при ошибках персонала, а в режиме ожидания уплотнения могут быть источником утечки, таким образом, загрязняя окружающую среду или создавая риск аварийной ситуации. Утечки через уплотнение могут привести к проблемам потери холода, образования холодных пятен и проблем обледенения. Ясно, что лучшее решение - это полностью устранить необходимость в уплотнении, как в излишней причине контакта перекачиваемого продукта с воздухом окружающей среды.
• Нет упорных подшипников и связанной с ними системы смазки подшипников. Упорные подшипники по самой своей природе являются причиной ограничения времени работы оборудования. Продолжительность их работы зависит от необходимости регулярного технического обслуживания и контроля обслуживающим персоналом, а также затрат, связанных с потреблением смазочных материалов. Для криогенных установок помимо расходов на смазочные материалы надо защищать этот узел от замерзания или обледенения, добавив еще и эти дополнительные расходы. В погружном насосе все силы, действующие на подшипники, уравновешиваются с помощью соответствующей конфигурации расположения ротора и рабочих колес, позволяя подшипникам работать в более благоприятных условиях и увеличивая операционную продолжительность жизни насоса. Практически нулевая нагрузка на подшипники погружного насоса обеспечивает теоретически их бесконечный срок службы.
• Нет вала между насосом и теплым двигателем и, соответственно, нет критических проблем выравнивания нагрузок на насос во время монтажа. Тепловая деформация может привести к эксцентриситету вращающегося узла и в результате к дополнительному трению во время захолаживания или к высокой вибрации во время работы.

Долгий срок службы и надежность двигателя погружного насоса обусловлены отсутствием поломок, которые обычно приводят к ухудшению работы и преждевременному выходу из строя двигателей обычных насосов. Сейчас можно найти насосы с погружными двигателями, которые работают уже около 40 лет. Двигатель полностью погружен в перекачиваемую жидкость и постоянно омывается технологической средой, проходящей через зазор между ротором и статором, что обеспечивает однородное и полное охлаждение. Перекачиваемая жидкость, обеспечивая достаточное охлаждение, приводит к эксплуатации двигателя при очень низкой рабочей температуре. Работа при криогенных температурах также означает, что двигатель имеет меньшие размеры, чем эквивалентные обычные двигатели из-за улучшенных электрических свойств материалов, связанных с низкими температурами. Поскольку двигатель полностью погружен в перекачиваемую жидкость, он не подвергается негативным воздействиям внешней среды, которые приводят к ухудшению условий работы или отказам системы изоляции. При эксплуатации в тяжелых условиях срок работы обычных двигателей не велик. Короткое время жизни двигателей в тяжелых условиях неизбежно: в условиях морского климата; из-за влажности и конденсации влаги; при воздействии солевых туманов; коррозийных и эрозионных сред; колебаний температуры окружающей среды; воздействии химических реагентов; атмосферных осадков и солнечного излучения; физического повреждения в результате удара от внешнего оборудования и конструкций. Высокая температура сокращают срок службы двигателя. Хорошо известно, что при повышении температуры на каждые 10°С скорость диффузионных процессов и химических реакций увеличивается в два раза. Эти обстоятельства приводят к тому, что повышение рабочей температуры на каждые 10 градусов сокращает жизнь электрической изоляции вдвое.

Погружные насосы является универсальными. Основная конфигурация насоса со всеми его особенностями и преимуществами может быть адаптирована для различных приложений как в статических, так и в динамических условиях, включая стационарные, передвижные и мобильные применения: процессные насосы технологических установок; топливные системы судовых и железнодорожных силовых установок; перекачивание криогенных жидкостей при сливе конечным потребителям; заправка автомобильных топливных баков сжиженным природным газом; системы хранения и т.п.

Погружной насос в своей основе безопасен. Чаще всего погружные центробежные насосы применяют для самых опасных и ответственных случаев работы с пожаровзрывоопасными средами. Такой средой является, в первую очередь, сжиженный природный газ или этилен. При работе с погружным насосом нет необходимости устанавливать взрывозащищенный двигатель. Внутри резервуара всегда имеется избыточное давление рабочей среды, которое обусловлено низкой температурой кипения жидкости. Это исключает возможность попадания в резервуар воздуха из окружающей среды. Исключение самой возможности контакта рабочей среды с кислородом устраняет один из ключевых элементов треугольника пожароопасной ситуации. Действительно, для возникновения риска возгорания необходимо одновременное сочетание трех факторов: наличие окислителя, восстановителя и источника возгорания. Исключение возможности попадания в корпус насоса окислителя устраняет риск возгорания. Соблюдение этих мер приводит к безопасной не взрывоопасной операционной среде. Поскольку погружной насос полностью находится внутри сосуда, работающего под давлением, риск ненамеренного повреждения оборудования или персонала значительно снижается.

Новые стандарты на ограничение выбросов приводят к повышенному вниманию к преимуществам решений с нулевыми выбросами. Погружные насосы обеспечивают такое экологически безупречное решение с выбросами равными нулю. Эта конструкция с нулевыми выбросами является «Зеленым Решением» и приводит к очень простым и экономически эффективным средствам для обеспечения и соблюдения текущих и будущих стандартов ограничения выбросов по всему миру. Включение погружного насоса в ваш новый проект будет способствовать достижению высоких стандартов снижения выбросов вашего завода или производства сейчас и в будущем.

Компания «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) – официальный дистрибьютор и сервисный центр компании ACD в странах Таможенного союза предлагает насосы и насосные установки типа ТС-34 и ТС-34.2. Базовая модель ТС-34 выпускается в трех исполнениях: двухступенчатые – ТС-34-1.5х2.5х6-2 Stage, ТС-34-1х2х6-2 Stage и четырех-ступенчатый ТС-34-1х2х6-4 Stage. Все насосы оснащаются рабочими колесами одинакового диаметра - 6 дюймов. Расходные характеристики этих насосов приведены на рисунке.

Двухступенчатый насос ТС-34-1х2х6-2 Stage может работать в диапазонах частот вращения от 1500 до 7200 оборотов в минуту, а две другие модели в диапазоне от 1500 до 6000 оборотов в минуту. Самой популярной моделью является насос ТС-34-1х2х6-2 Stage. Этот насос применяется обычно на автомобильных LNG заправочных станциях.

Эта же модель хорошо подходит для циркуляционных криогенных контуров (криостатирование сверхпроводящих электрических кабелей и других специальных систем). Компания MV&F изготавливает как корпуса насосов с экранно-вакуумной изоляцией, так и конструирует и собирает по индивидуальным требованиям заказчиков насосные установки с насосами ТС-34.

Обычно вместе с насосной установкой поставляются шкафы управления с частотными преобразователями, так как все преимущества этого насоса раскрываются именно при применении частотного регулирования. Это высокооборотный насос, у которого максимальный КПД и максимальный напор обычно реализуются при повышенной скорости вращения и соответственно при увеличенной частоте вращения двигателя. Шкафы управления поставляются как в общепромышленном, так и в специальных (взрывозащищенное, взрывозащищенное рудничное или герметичное) исполнениях. Режим эксплуатации насоса всегда учитывается при конструировании шкафа управления и при программировании, как частотного преобразователя, так и управляющих контроллеров. В зависимости от решаемой задачи насосная установка может работать непрерывно годами или включаться и выключаться каждые 10-15 минут. ТС-34 проявляет себя одинаково хорошо в этих, казалось бы, противоположных режимах. Герметичное исполнение шкафов управления, обусловленное требованиями взрывозащиты или иными причинами (агрессивная внешняя среда) предъявляет ряд особых требований к конструкции, как самого шкафа, так и системы охлаждения электронных устройств и компонентов управления.

Для расширения областей применения центробежных погружных насосов компания ACD разработала и постоянно развивает новую инновационную серию насосов типа ТС-34.2 с двигателями на постоянных магнитах.

Эти насосы доступны в исполнениях с рабочими колесами диаметром от 90 и до 210 мм и с различным количеством ступеней от 2 до 14. Такие решения и специальные компактные двигатели на постоянных магнитах с мощностью от 2.5 до 200 кВт позволяют обеспечивать как экстремально малые подачи от 3 литров в минуту, так и очень большие до 800 литров в минуту при напорах до 900 метров. Для такой плотной криогенной жидкости, как аргон дифференциальный напор может достигать 125 бар, а для сжиженного природного газа практически до 40 бар. Ранее такие возможности никогда не были доступны для центробежных насосов. Часто для относительно малых подач и относительно больших напоров применяли только поршневые насосы, которые имеют еще меньший ресурс работы, чем традиционные центробежные насосы и очень дороги в обслуживании при непрерывной эксплуатации. Поршневые насосы быстро изнашиваются при частых пусках и остановах, а так же на больших частотах вращения. Теперь пришло время отказаться от поршневых насосов там, где важен ресурс и длительная непрерывная эксплуатация систем даже при частых пусках и остановках оборудования.

За последний год уже куплено 60 насосов ТС-34.2 и заказано более 70. В том числе для нужд железнодорожного транспорта реализовано 16 насосов ТС-34.2. Совершенно очевидно, что для низкого и среднего рабочего давления погружной многоступенчатый центробежный насос является предпочтительным, так как его ресурс выше, а вес, размеры и уровень шума существенно ниже, чем у близкого по производительности поршневого многоплунжерного насоса.

Если у вас есть вопросы по выбору, применению и обслуживанию центро-бежных насосов и криогенных систем с применением центробежных насосов, вы всегда можете обратиться за помощью и консультацией к инженерам компаний ACD и «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F). Мы всегда помогаем как проектным, научно-исследовательским и монтажным организациям, так и газовым компаниям и конечным потребителям криогенных жидкостей и технических газов. Накопленный нами практический опыт конструирования самых разнообразных систем и установок поможет вам создавать и эксплуатировать самое надежное и самое экономичное оборудование.

Отгружена криогенная насосная установка сжиженного природного газа