Tyumenskiy industrial'nyy universitet
Nizhnevartovsk, Khanty-Mansiysk, Russian Federation
Tomsk, Tomsk, Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 55.03 Машиноведение и детали машин
The investigation purpose is life increase of clutch couplings in rotary pump units by means of designing an advanced clutch coupling. For that there were defined the reasons of failure and short life of an elastic sleeve-pin clutch for joining a rotary pump and electromotor. As a result of industrial tests of a rotary pump unit there were revealed the following factors decreasing life and hence equipment reliability: a wrong alignment with the pump; half-coupling imbalance (pin wear, non-coaxiality (misalignment) of holes for pins or half-coupling misalignment); bearing unit gaps (bearing defects); pump and electromotor rotor balancing; mounts and abutments of a frame base. For elimination of drawbacks revealed there was developed an updated design of an elastic sleeve-pin clutch for the rotary pump of 200D90 type having no counterparts in Russia. During the investigation there were carried out industrial tests at PC “Samotlorneftegas”. Due to the updated design offered the clutch ensures life increase and a more reliable working capacity in the course of operation.
: clutch couplings, sleeve-pin clutch, centrifugal units
Введение
При эксплуатации центробежных насосных агрегатов для транспортировки скважинной продукции и технической воды возникает проблема, связанная с небольшим сроком эксплуатации муфт, которые служат для передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу электроцентробежного насоса.
Муфта является самым изнашиваемым звеном центробежного насосного агрегата. В настоящее время для соединения центробежных насосов с электродвигателями применяют следующие муфты: МУВП ЦНС 60/198 ГОСТ 21424-75, МУВП 200Д/90, МУВП ЦН 1000/180 ГОСТ 21424-93 [1,5]. Представленные муфтовые соединения обладают рядом недостатков, требуется много времени для монтажа муфт. При установке и снятии муфт можно деформировать детали соединения, нарушить целостность конструкции муфтового соединения, получить большие вибрации при эксплуатации и, как следствие, снижение наработки на отказ (повышенная степень риска при проведении огневых работ в насосном блоке на технологических установках; устаревшая конструкция используемых муфтовых соединений).
Также основной причиной уменьшения срока службы эксплуатации и преждевременного выхода из строя муфт является вибрация насосного агрегата [2]. Перечислим параметры, влияющие на уровень вибрации насосного агрегата:
- расцентровкой привода и насоса;
- дисбалансом рабочего колеса;
- неправильной посадкой рабочего колеса на вал;
- неправильное подсоединение трубопроводов;
- влиянием соединительных муфт;
- нарушением геометрии элементов подшипника;
- дефектами подшипниковых опор;
- кавитацией перекачиваемой среды;
- ослаблением крепления деталей;
- тепловым расширением элементов конструкции насоса;
- повреждениями фундаментов и опор;
- недостаточностью или не качественностью смазки и др.
Целью исследования является увеличение срока службы муфтовых соединений центробежных насосных агрегатов посредством проектирования модернизированного муфтового соединения.
Задачи исследования:
- сокращение непроизводственного времени при проведении работ по замене электродвигателя насосных агрегатов;
- уменьшение степени риска при проведении монтажа и демонтажа муфтовых соединений;
- исключение возможности разрушения муфтового соединения;
- сокращение затрат, связанных с использованием сварочной техники;
- упрощение проведения процедуры замены муфтовых соединений;
- возможность проведения реставрации в связи с модульностью предлагаемой конструкции изделия;
- упрощение проведения ремонтных работ по текущему ремонту и техническому обслуживанию, а так же операций по замене подшипниковых узлов;
- сокращение затрат на проведение работ по ремонту и техническому обслуживанию.
Методы исследования. Были проведены измерения уровня вибрации в соответствии с международным стандартом ISO 10816-3:1998 «Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» [8]. Также контроль работы центробежных насосов проводился по состоянию подшипников, муфт, валов в соответствии со стандартами на муфты упругие [3].
В результате промышленных испытаний центробежного насосного агрегата были выявлены следующие факторы, уменьшающие надежность работы оборудования:
- неправильная центровка с насосом;
- дисбаланс полумуфт (износ пальцев, несоосность отверстий под пальцы или несоосность полумуфт);
- зазоры подшипниковых узлов (дефекты подшипников);
- балансировка роторов насоса и электродвигателя [4];
- крепления и прилегание основания рамы.
При отклонении одного или нескольких факторов работы насоса, подшипники выходят из строя, как у насоса, так и у электродвигателя.
Мероприятия по увеличению срока службы муфты
Предложены мероприятия по повышению работоспособности и безопасной эксплуатации насосных агрегатов. Проводился контроль вибрационного состояния насосных агрегатов посредством определения зон и границ вибрационного состояния, измерения виброскорости, виброускорения и построения их спектральных графиков. Также изучалась эксплуатация насосных агрегатов в неноминальных режимах работы. Была проведена установка элементов виброизолирующей компенсирующей системы и увеличена несущая способность фундаментов насосных блоков. В исследовании первоначально была рассмотрена существующая конструкция используемого муфтового соединения, представленная на рис. 1.
Рис. 1. Стандартное заводское
исполнение муфт
По результатам исследования были выделены следующие недостатки:
1. Непроизводственные временные затраты на проведение операций по монтажу и демонтажу муфтовых соединений [6,7].
2. Использование при демонтаже съемников приводит к образованию задиров по внутреннему диаметру полумуфты, на валу насоса и роторе электродвигателя.
3. Mуфтовые соединения поставляются без балансировки, из-за чего увеличивается коэффициент вибрации, и как следствие, снижение наработки на отказ.
4. Уменьшается срок службы и увеличивается дисбаланс муфтовых соединений за счет операций по монтажу и демонтажу муфты.
5. Увеличенная степень риска при проведении огневых работ в насосном блоке на технологических установках.
6. Небольшой срок службы от 3 до 5 лет.
Модернизированное исполнение упругой муфты
В проводимых конструкторских работах было создано модернизированное муфтовое соединение, представленное на рис. 2, 3. Конструкторские работы проводили с использованием прикладной профессиональной программы Компас 3DV18 [9]. В существующую конструкцию добавлены установочные штифты, которые установлены в специальные фрезерованные отверстия, которые позволяют проводить операции текущего ремонта, быстрый монтаж, разбор и замену муфтовых соединений.
Модернизированное исполнение муфт:
Рис. 2. Модернизированное исполнение
муфты в сборе
Модернизированная конструкция муфты. На рис. 3 изображена в разборе модернизированная полумуфта электродвигателя МУВП ГОСТ 21424-93. Рассматриваемая конструкция муфтового соединения позволяет исключить неправильную центровку насоса и электродвигателя, будет обеспечиваться надежная работа подшипниковых узлов, исключен изгиб валов. Таким образом, мы упрощаем методы монтажа и демонтажа данного типа муфты МУВП (муфта упругая втулочно-пальцевая ГОСТ-21424-93 на центробежный насос 200Д90).
На рис. 5 изображена модернизированная упругая втулочно-пальцевая муфта. Достоинствами предложенной модели является: простота конструкции, а также допускается смещение валов относительно горизонтальной оси от 1 до 5 мм, радиальное смещение валов 0.1 до 0.4 мм. Достигается такая возможность за счет применения компенсаторов, изготовленных из резины и дающих возможность компенсировать вышеприведенные смещения. Наиболее значимым достоинством является возможность монтажа муфты без операции напрессовки, что существенно упрощает установку и демонтаж муфтового соединения. Недостатком конструкции является проведение балансировки на фальшвалах при монтаже муфты.
Испытания показали, что применение модернизированной упругой втулочно-пальцевой муфты увеличивает ее срок службы, работоспособность и безопасность эксплуатации центробежных насосных агрегатов. Результаты опытных образцов подтверждают повышение уровня вибрационной скорости до уровня «хороший», повышение несущей способности свайных оснований, фундаментов насосных блоков.
Выводы
- Сокращение временных затрат на проведение операций по монтажу и демонтажу муфтовых соединений при применении разъемной конструкции с установочными штифтами.
- Уменьшение времени демонтажа модернизированной муфты при применении модернизированной конструкции.
- Сокращение непроизводственного времени и снижение затрат на проведение текущего ремонта и капитального ремонта насосных агрегатов вследствие сокращения времени на разбор и сбор модернизированной втулочно-пальцевой упругой муфты.
- Удобство монтажа и демонтажа полумуфты при проведении операций по обслуживанию и ремонту центробежных агрегатов вследствие съёма верхней части полумуфты.
- Уменьшение уровня вибрации насосных агрегатов благодаря балансировке муфтового соединения, увеличение межремонтного периода.
- Уменьшение степени риска при отказе от огневых работ в насосном блоке на технологических установках.
Конструкция упругой втулочно-пальцевой муфты, предлагаемая в работе, позволяет усовершенствовать технологическое обслуживание насосных агрегатов, упростить текущий и капитальный ремонт. При этом увеличивается надежность насосных агрегатов, что очень актуально для объектов нефтяного комплекса, перекачивающих большие объемы жидкости.
1. Anur'ev V. I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelya: v 3t. / pod red. I.N. Zhestkovoy. Izd. 8-e pererab. i dop. M.: Mashinostroenie, 2001. T.2. 912 s. ISBN 5-217-02964-1.
2. Vladimirov A. I. Ispytaniya neftegazovogo oborudovaniya i ih metrologicheskoe obespechenie: uchebnoe posobie / pod red. A.I. Vladimirov, V.Ya. Kershenbaum. Moskva, Prospekt, 2016. 608s.
3. GOST 21424-93. Mufty uprugie vtulochno-pal'cevye. Parametry i razmery.
4. Lasukov R Ya. Analiz prichin prezhdevremennyh otkazov pri ekspluatacii ECN v plastah gruppy YuS Vostochno-Surgutskogo mestorozhdeniya i metody bor'by s nimi //Nauki o zemle. 2015. № 11.
5. Polyakov V. S., Barbash I.D., Ryahovskiy O.A. Spravochnik po muftam. M.: Mashinostroenie, 1974. 352 s.
6. Savel'eva N. N., Sokolova I.Yu., Belyaev O.V. Neftegazopromyslovoe oborudovanie: ucheb.-metod. posobie. Tyumen', TIU, 2018. 100 s.
7. Safiullin R.R., Matveev Yu.G., Burcev E.A. Analiz raboty ustanovok elektrocentrobezhnyh nasosov i tehnicheskie metody povysheniya ih nadezhnosti. Ufa: Izd-vo UGNTU, 2011 90s.
8. Graham Kelly S. Mechanical vibrations. Sieditions / Theuniversityof Akron. Seala. 2012. 876 p.
9. Savelyeva N.N. Creationofanautomation system for engineering calculation of preparation for the production at high-technology enterprises of mechanical engineering // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018. Rr. 12-29.
