Тюменский индустриальный университет
Нижневартовск, Ханты-Мансийский автономный округ, Россия
Томск, Томская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 55.03 Машиноведение и детали машин
Исследовано увеличение срока службы муфтовых соединений центробежных насосных агрегатов посредством проектирования модернизированного муфтового соединения. При эксплуатации центробежных агрегатов возникает проблема, связанная с небольшим сроком эксплуатации муфт из-за дисбаланса полумуфт неправильной балансировки ротора и др. Проведен объективный и всесторонний анализ работы упругой муфты. По результатам исследования существующей конструкции была проведена модернизация муфтового соединения на примере муфты упругой втулочно-пальцевой для центробежного насоса 200Д90. Создана конструкция упругой муфты, не имеющая аналогов в России.
муфтовые соединения, втулочно-пальцевая муфта, центробежные агрегаты
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. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т. / под ред. И.Н. Жестковой. Изд. 8-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2001. Т.2. 912 с. ISBN 5-217-02964-1.
2. Владимиров А. И. Испытания нефтегазового оборудования и их метрологическое обеспечение: учебное пособие / под ред. А.И. Владимиров, В.Я. Кершенбаум. Москва, Проспект, 2016. 608с.
3. ГОСТ 21424-93. Муфты упругие втулочно-пальцевые. Параметры и размеры.
4. Ласуков Р Я. Анализ причин преждевременных отказов при эксплуатации ЭЦН в пластах группы ЮС Восточно-Сургутского месторождения и методы борьбы с ними //Науки о земле. 2015. № 11.
5. Поляков В. С., Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам. М.: Машиностроение, 1974. 352 с.
6. Савельева Н. Н., Соколова И.Ю., Беляев О.В. Нефтегазопромысловое оборудование: учеб.-метод. пособие. Тюмень, ТИУ, 2018. 100 с.
7. Сафиуллин Р.Р., Матвеев Ю.Г., Бурцев Е.А. Анализ работы установок электроцентробежных насосов и технические методы повышения их надежности. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011 90с.
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. Рр. 12-29.
