РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОГО І АЛГОРИТМІЧНОГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМИ ВІБРАЦІЙНОГО ДІАНОСТУВАННЯ НАСОСНОГО АГРЕГАТУ

В робочому колесі відцентрового насоса лопаті утворюють канали, направлені від осі насоса до периферії. Рідина, проходячи між лопатями, обертається між ними і під дією відцентрових сил викидається в нерухомий периферійний канал 8 для плавного її відводу і направлення в дифузор 9. Дифузор – це патрубок, що розширюється і в якому швидкість рідини знижується, а її тиск ще більше зростає. Внаслідок руху рідини від осі до периферії робочого колеса біля його входу (біля вала насоса) створюється зона пониженого тиску. В результаті цього відбувається постійний притік рідини до робочого колеса. Робоче колесо складається з заднього та переднього дисків, між якими встановлені лопаті 7, відігнуті від радіального напрямку в бік, протилежний напрямку обертання робочого колеса. За допомогою патрубків корпус насоса з'єднаний зі всмоктуючим і напірним трубопроводами. Робоче колесо - найважливіша деталь насоса. Воно призначене для передачі енергії від обертового вала насоса рідині. Розрізняють робочі колеса з одностороннім і двостороннім входом води, закриті, напіввідкриті, осьового типу.

Рисунок 1.3  Схема відцентрового насоса

1 – вхідний патрубок; 2 – робоче колесо; 3, 4 – диски; 5 – ступиця; 6 – шпонка; 7 – лопаті;  8 – периферійний канал (направляючий  апарат); 9 - дифузор

      Закрите робоче колесо з одностороннім входом води (рис.1.4, а) складається

Рисунок 1.4 – Робоче колесо відцентрових і осьових насосів

а- закритого типу з одностороннім входом рідини; б- напіввідкритого типу; в – двухстороннього входу (закритого типу); г – з імпеллером; д – колесо осьового насоса; 1 – передній диск; 2 – лопаті; 3 – основний диск; 4 – імпеллер; 5 – втулка.

з двох дисків: переднього (зовнішнього) і заднього (внутрішнього), між якими розташовані лопаті. Диск 3 за допомогою втулки закріплений на валу насоса. Зазвичай робоче колесо відливається цілком (диски й лопати) з чавуну, бронзи або інших металів. Але в деяких насосах застосовують збірні конструкції робочих коліс, в яких лопаті вварили або вклепани між двома дисками.

     Рух рідини в робочому колесі описується векторним рівнянням:

,

(1.1)

де  - вектор абсолютної швидкості;

    - вектор відносної швидкості;

    - вектор колової швидкості.

Дане рівняння справедливе  для будь-якої точки потоку рідини в робочому колесі.

Абсолютна швидкість  розкладається на радіальну (меридіальну) складову , що направлена за радіусом і тангенціальну складову - , що співпадає з напрямком колової швидкості (рис. 1.5).

 

Рисунок 1.5  Плани швидкостей рідини на вході і виході робочого колеса

 

       Робоче колесо характеризується конструктивними кутами і .

Радіальна (меридіальна) складова абсолютної швидкості:

,

(1.2)

де  – подача робочого колеса насоса, що включає об’ємні витрати;

     – площа прохідного перерізу каналів робочого колеса.

Тангенціальну складову абсолютної швидкості визначають за формулою:

.

(1.3)

Якщо вектор дорівнює вектору і співпадає з ним за напрямком, то вхід у насос називається "безударним". При "безударному" режимі виконується така умова: .

Сукупність гідравлічних явищ, що відбуваються у протічних  каналах при вказаних умовах називається "безударним" режимом роботи насоса. Даний режим найбільш бажаний при конструювання профілів лопатей, тому що він перешкоджає виникненню вихрів на вході в робоче колесо, що в результаті підвищує економічність відцентрового насоса.

Характеристикою відцентрового  насоса називається залежність між  його основними параметрами: напором ( ), подачею ( ), потужністю ( ) та коефіцієнтом корисної дії ( ) при .

Характеристика дозволяє визначати:

- Подачу насоса при  заданому корисному опорі  за кривою ;

- Витрати енергії за  кривою  .

Крива служить для оцінки економічності дії насоса.

Максимум кривої відповідає оптимальному режиму роботи насоса (рис. 1.6). Перетин кривих і називається робочою точкою гідравлічної системи.

Значення подачі, напору, потужності та ККД, що приводяться в довіднику, відносяться до оптимального режиму. Зона, в межах якої рекомендується експлуатація насоса, називається робочою частиною характеристики (поблизу максимуму ККД).

 

 

 

Рисунок 1.6  Характеристика насоса і вихідного трубопроводу.

  
    Консольні одноступінчасті насоси - найбільш масовий тип відцентрових насосів для подачі від 5 до 350 м ³ / ч. Консольні насоси застосовують для перекачування не тільки води, але і хімічно активних рідин, суспензій і емульсій. Технічна вода (крім морської), а також інші рідини, подібні з водою по щільності, в'язкості і хімічній активності з рН = 6:9, з вмістом твердих включень не більше 1% за масою і розміром не більше 0,2 мм.

Температура рідини, що перекачується:

- для насосів 1К80-50-200, 1К100-65-250, 1К150-125-315, К100-65-200 - від 263 до 378К (від мінус 10 ° С до 105 ° С);

- для насосів 1К50-32-125, 1К65-50-160 - від 263 до 358К (від мінус 10 ° С до 85 ° С). Тому конструкції і вузли таких насосів більш уніфіковані і стандартизовані, ніж конструкції насосів інших типів. Промисловість випускає насоси на окремій стійці (рис. 1.7) і моноблочні, тобто закріплені на опорному фланці електродвигуна. Робоче колесо консольного насоса закритого типу Літос закріплено на валу. Корпус насоса спіральний литий кріпиться до опорного кронштейна. Вал насоса обертається в двох підшипникових опорах. Ущільнення насоса - м'який сальник. Насос і електродвигун закріплені на загальній фундаментній плиті. Привід від електродвигуна здійснюється через пружну муфту з монтажною приставкою, що дозволяє демонтувати насос без від'єднання його від трубопроводу і демонтажу електродвигуна, Підведення рідини-осьовий, відведення - вертикально вгору; напірний патрубок розташований по осі насоса.

Рисунок 1.7  Схема консольного насоса типу К

 

      Насос типу К (рис. 1.7) складається з корпусу 2, кришки 1 корпусу, робочого колеса 4, вузла ущільнення валу і опорної стійки. Кришка корпусу відлила за одне ціле зі всмоктуючим патрубком насоса. Робоче колесо закритого типа закріплене на валу 9 насоса за допомогою шпонки і гайки 5. В насосів потужністю до 10 кВт робочі колеса нерозвантажені, а в насосів потужністю 10 кВт і вище розвантажені від осьових зусиль. Розвантаження здійснюється через розвантажувальні отвори в задньому диску робочого колеса і поясочок ущільнювача на робочому колесі з боку вузла ущільнення. Завдяки розвантаженню знижується тиск перед вузлом ущільнення валу насоса.

        Робоче колесо найчастіше виконується литим з чавуну або бронзи, рідше з литої сталі, а в спеціальних випадках, для перекачування їдких рідин, зі свинцю, каучуку, ебоніту, кераміки і тому подібних матеріалів. Унаслідок малої доступності внутрішніх каналів робочих коліс обробка їх можлива лише ручним способом, а тому вельми важливо мати чисте лиття. Від того, наскільки ретельно може бути вироблена обробка і зачистка робочих поверхонь колеса, залежить ККД і міра кавітаційної стійкості насосу. З цього боку вживання бронзи переважає. Вона краще ллється і обробляється. За умовами міцності в чавунних колесах окружні швидкості допустимі не більше 40—50 м/сек. У бронзових вони можуть бути декілька великими і при хорошій її якості досягають значень 80 м/сек.

За  своєю конструкцією робочі колеса бувають закритими або відкритими, тобто без покривного диска з відкритими лопатками. Лопатки можуть бути циліндровими або просторовими з поверхнею подвійної кривизни. Відкриті колеса, як правило, застосовуються при низькому тиску і особливо густих або забруднених рідинах, що зручно в плані доступності каналів робочого колеса для очищення. У нормальних відцентрових насосах колеса виконуються закритого типу, оскільки відсутність покривного диска знижує напір, що створюється колесом. У закритих колесах обидва його диски зазвичай відливаються разом з лопатками, хоча зустрічаються клепані колеса, переважно в малих розмірах. У крупних насосах робочі лопатки інколи виготовляються штампованими із сталі і заливаються в чавунний обід. У колесах швидкохідністю до ns=l00 лопатки колеса мають вигин в одній плоскості, тобто їх поверхні циліндричні. Із збільшенням міри швидкохідності і зменшенням відношення — в цілях збільшення робочої поверхні лопатки її вхідна кромка починається майже від втулки. Оскільки при цьому всі точки кромки володітимуть різними окружними швидкостями, поверхня лопатки виходить складної кривизни. На валу робоче колесо закріплюється зазвичай однією або двома шпонками, рідше за допомогою різьблення.

   Вал насоса зазвичай виготовляється з кованої мартенівської сталі, а у відповідальних випадках з легованої з додаванням хрому, нікелю, ванадію. Для захисту валу від зносу або безпосередньої дії рідини він інколи облицьовувався втулками, а в середовищі з сильною корозією виконується із спеціальних сортів неіржавіючої сталі. Зважаючи на високі оберти відцентрових насосів їх вали розраховуються на критичне число обертів. Вали бувають жорсткі, якщо їх робочі числа обертів лежать нижче критичних, і гнучкі, якщо вони вище критичних. Гнучкі вали в насосах застосовуються рідко. Для забезпечення спокійного ходу, а також можливості переходу через критичне число зворотів ротор насоса, тобто вал з насадженими на нього деталями (колеса, муфта, диски), має бути ретельно статично, а інколи і динамічно збалансований на особливих станках. Вистачає дуже невеликої неврівноваженості мас, що обертаються, щоб виникли коливання валу, що викликають додатковий його прогин, небезпечний для міцності валу.

   Сальники встановлюються в просторі між кожухом і валом в місці його виходу з насоса назовні і служать для ущільнення. Сальник, розташований з боку всмоктування, не повинен пропускати в насос повітря. Сальник з боку нагнітання повинен запобігати витоку рідини з насоса. Переважно сальники відцентрових насосів мають м'яке набивання, матеріалом для якої служить прядиво, бавовна, паперова пряжа, азбестовий шнур, просочені салом разом з графітом. Сальник з боку всмоктування забезпечується водяним затвором, що складається з кільця, до якого підводиться рідина з напірної лінії, чим закривається доступ повітря всередину насоса. У кислотних насосах подібний затвор здійснюється спеціальною рідиною. При нагнітанні рідини з підвищеною температурою сальники обов'язково мають охолодження.

   Підшипники відцентрових насосів мають переважно чавунні вкладиші з бабітовою заливкою. Кільцеве мастило, інколи з охолоджуванням масла водяною сорочкою або змійовиками. Широко застосовуються також кулькові і роликові підшипники з рідким або густим мастилом. Тут мають місце також підшипники з водяним мастилом: гумові, текстильні і ін. Осьові сили, що діють на ротор насосу, сприймаються кульковими п'ятами, а при значних зусиллях—п'ятами тертя типу Кингсбері або Міччеля.

   Корпус насоса зазвичай виконується з чавунного лиття і лише при тиску вище 40—50 am застосовують сталеве. Внутрішні канали корпусу повинні мати можливо гладкі стінки, оскільки велика шорсткість при значних швидкостях руху рідини може значно знизити ККД насосу. Як вже вказувалося, корпус насосу може бути цілісним з роз'ємом лише по осі насоса або у вигляді окремих секцій, що кріпляться стяжними болтами. У першому випадку лиття складніше, але значною мірою полегшений монтаж насоса, оскільки не вимагається розбирання трубопроводів і при знятті кришки ротор цілком може бути вийнятий з корпусу. Для приєднання арматури—манометра, вакуумметра, повітряних кранів для випуску повітря при заливці насоса, заливальних пристосувань, спускових кранів—корпус забезпечується відповідними отворами.

 

Умовні  позначення

 

  1К80-50-200 У3.1 ТУ 3631-096-05747979-97

 де 1К-консольний;

80 - діаметр вхідного патрубка, мм;

50 - діаметр вихідного  патрубка, мм;

200 - діаметр робочого колеса (умовний), мм;

 У3.1 - кліматичне виконання  і категорія розміщення.

 При поставці насоса  з одним з варіантів робочих  коліс по зовнішньому діаметру  додається індекс:

"М" - збільшений діаметр; 

"А", "б" - зменшений  діаметр. 

   Відповідно  до прийнятих позначень насосна установка К - 65- 50 -160-С-У3 розшифровується:

К - тип насоса, консольний;

65 - діаметр вхідного  патрубка, мм;

50 - діаметр вихідного  патрубка, мм;

160 - номінальний діаметр  колеса, мм;

С - сальникове ущільнення одинарне;

У - кліматичного виконання для району з помірним кліматом;

3 - експлуатація в закритих  приміщеннях з природною вентиляцією.  Електродвигуни в насосному агрегаті  К 65 50 160 загальнопромислового виконання. 

Консольні насоси К-65-50-160 мають наступні технічні параметри:

подача - 25 м3/год;

напір - 32 м;

допустимий запас (ДКЗ) кавітації - 3,8 м;

тиск на вході - не більше 3,5 кг/ см2 (по ГОСТ 22247);

Патрубки Ру-10(16);

ККД - 60%;

маса насосу - 68 кг, насосного  агрегату - 110 кг.

5.   Аналіз методів діагностування відцентрових насосних агрегатів

 

            При діагностуванні насосних  агрегатів в першу чергу структурну  організацію і характер взаємозв’язку  елементів при їх сумісній  роботі. Технічний стан насосу  характеризується значеннями структурних  параметрів. Але в більшості випадків виявлення структурних параметрів без розбирання агрегату або вузла неможливо. Тому інформацію про технічний стан  агрегату його вузлів і деталей слід шукати в параметрах процесів, породжуваних працюючим механізмом і доступних для вимірювання [2]. Параметри внутрішніх процесів називають діагностичними параметрами. Із багатьох параметрів стану магістрального насосу або його вузлів діагностування розглядається тільки два: справний і несправний. Кожна несправність визначається відхиленням якогось структурного параметру за допустимі параметри, які виявляються через визначені ознаки під час роботи агрегату [12]. Перелік дефектів встановлюється з врахуванням критеріїв експлуатаційної надійності, отриманих при статистичному аналізі. Із можливої множини структурних параметрів розглядаються тільки ті, які в процесі експлуатації виходять за допустимі межі [1] .