Центробежные насосы являются наиболее распространенным видом оборудования для перекачки теплоносителя в системах холодоснабжения. В процессе эксплуатации можно наблюдать значительные изменения в их работе. Среди них – снижение производительности, шум, вибрации, нагрев. Для надежной и эффективной работы насоса следует на ранней стадии выявлять эти изменения и устранять причины их появления.

Как показывает практика, существует четыре основных признака выхода насоса из строя. Возможны и уникальные случаи, но в первую очередь исключить следующие типовые неисправности:

1. Повышенная вибрация и шум
2. Низкий расход жидкости
3. Перегрев насоса
4. Утечки в насосе и износ (поломка) уплотнений вала

Данная статья поможет выявить проблемные места в работе насосов как молодым специалистам по эксплуатации систем холодоснабжения, так и профессионалам по обслуживанию и ремонту климатической техники.

Подготовка к определению причин неисправностей

Для устранения неисправностей, прежде всего, необходимо сформулировать проблему с насосом. Далее, чтобы правильно диагностировать поломку, следует собрать следующую исходную информацию:

• Модель
• Технические характеристики (напор, производительность, мощность эл. двигателя)
• Заводской номер
• Давление на входе и выходе из насоса
• Расход жидкости
• Температура жидкости
• Уровень вибрации насоса
• Руководство и паспорт насоса
• Значения тока на обмотках электродвигателя

Повышенная вибрация и шум

Вибрация – это нормальный процесс при работе центробежного насоса. Пороговые значения вибрации указываются в технической документации. Обычно среднее квадратическое значение виброскорости насоса не должно превышать 7 мм/с.

Когда работа насоса выходит из нормальных параметров возникает повышенная вибрация и шум, которые появляются при следующих основных неисправностях:

• Кавитация
• Деформация вала
• Нарушение балансировки
• Неисправности подшипников
• Нарушение центровки вала насоса и электродвигателя
• Плохое основание насоса

Любая из них может отправить насос в долгосрочный ремонт и остановить перекачку жидкости

Кавитация

Кавитация в насосе возникает при недостаточном напоре на входе. Этот процесс происходит, когда перед насосом очень низкое давление и образуются пузырьки воздуха (газа), которые схлопываются в местах с более высоким давлением в корпусе насоса (рисунок 1). Схлопывание пузырьков вызывает местные гидравлические удары, разрушающие детали насоса. Такой процесс может возникать при снижении температуры рабочей среды и увеличении её вязкости.

Кавитацию насоса часто можно определить по звуку – например, грохот в насосе или характерный треск. Кроме чрезмерного шума, нередко наблюдается повышенное потребление энергии электродвигателем.

Как предотвратить кавитацию:

1. Проверять и очищать фильтры на входе в насос
2. Контролировать расход жидкости по манометрам или расходомеру
3. Контролировать температуру рабочей среды
4. Заменить насос или конфигурацию трубопроводов при недостаточном давлении на всасывании

Деформация вала

Насос с изогнутым валом вызывает сильную вибрацию. Изгиб вала возникает при неправильном изготовлении или монтаже деталей насосного агрегата. Обычно такой дефект можно наблюдать в местах установки подшипников, такое происходит, если износ поверхности шейки вала происходит не равномерно.

Для определения деформации вала используют проверку на биение индикатором часового типа.

Нарушение балансировки

При нарушении баланса массы ротора насоса повышается температура подшипников, возникает вибрация и перегрев. Чтобы не спутать проблемы балансировки с нарушением центровки рабочего насоса, следует сначала проверить центровку валов.

При значительном дисбалансе первым делом разрушается торцевое уплотнение, и выходят из строя подшипники. Кроме того повышенная вибрация передается приводу насоса, который в первоначально исправном состоянии начнет ломаться.

Самый распространенный способ балансировки заключается в перераспределении массы. После измерений на стенде (рисунок 2), выбирается место коррекции и добавляется или снимается масса. Такой подход позволяет сместить центр масс с осью вращения и отбалансировать деталь.

Неисправности подшипников

Типичная причина повышенной вибрации насоса – это неисправности подшипников. В основном проблемы с подшипниками могут быть связаны с неправильным его выбором, смазки, загрязнениями или его коррозией (рисунок 3). Не редко дешевые подшипники выходят из строя до регламентной замены при малых перегрузках и износе.

Как продлить работу подшипников:

1. Устанавливать рекомендуемую изготовителем насоса модель подшипника (с проверенными характеристиками, как у SKF, Timken, FAG, KOYO и т.д.)
2. Обеспечить чистоту в рабочей зоне подшипника
3. Своевременно менять смазку
4. Следить за уровнем вибрации в подшипниковом узле

Нарушение центровки вала насоса и электродвигателя

Несносность вала приводит к преждевременному износу уплотнений и подшипников насоса. Такой процесс сопровождается повышенной вибрацией, шумом и падением производительности насоса.

Центровку выполняют с точным измерением положения валов привода и насоса (рисунок 4). После определения величин коррекции несоосности устанавливаются регулировочные пластины и устраняются вертикальные отклонения, в горизонтальной плоскости для выравнивания используют специальные болты закрепленные на раме.

Рисунок 4. Процесс центровки валов насоса и электродвигателя

Очень важно, чтобы центровка двигателя и насоса была выполнена при фактических условиях и температурах. Устройства могут потерять соосность при температурных изменениях. Центровка должна быть проверена после нагрева насосного агрегата до максимальной температуры под нагрузкой при эксплуатации.

Плохое основание насоса

Центробежные насосы устанавливаются вместе со всей трубопроводной обвязкой, опорами и рамами необходимыми для эксплуатации. Монтаж должен быть выполнен таким образом, чтобы основание насосного агрегата выдерживало все возникающие нагрузки.

Тип основания зависит от типа насоса, наиболее часто большие центробежные насосы устанавливают на фундамент. Когда технология заливки бетона и установки монтажных болтов нарушена или гайки крепления не затянуты, в работе насоса возникают повышенные вибрации. Если не устранить такую проблему, крепление насоса лопнет и насос перейдет в аварийный режим работы с последующей поломкой (рисунок 5).

Рисунок 5. Разрушение основания и крепления рамы насосного агрегата

Предотвратить такие проблемы можно обеспечив жесткое ровное основание. Масса которого должна быть минимум в три–пять раз больше насосного агрегата. Такой фундамент поглощает вибрации и предотвращает деформации фундаментных болтов. В фундаменте не должно быть трещин и раковин.

Исключить напряжения в насосном агрегате и основании можно путем монтажа обвязки от насоса. В таком случае нет дополнительных деформаций труб, которые вызывают напряжения и ухудшают работу насоса с увеличением вибрации.

Низкий расход жидкости

Работа центробежного насоса с недостаточным или низким расходом жидкости может вызвать проблемы со всем оборудованием в процессе холодоснабжения. Поэтому очень важно оперативно устранить возможные неисправности, причинами которых могут быть:

• Неправильное вращение электродвигателя
• Загрязнение фильтра
• Арматура на трубопроводных линиях
• Подсос воздуха в систему
• Низкая скорость вращения рабочего колеса
• Высокая вязкость жидкости
• Повреждение и загрязнения рабочего колеса

Неправильное вращение электродвигателя

Центробежные насосы могут работать правильно только в одном направлении. Для этого на корпусе насоса нанесена стрелка направления движения жидкости. В системах однофазного электропитания проблема неправильного вращения рабочего колеса исключена. А вот в трехфазных сетях ошибки подключения фаз очень часто встречаются при первых пусках электродвигателей, когда при монтаже перепутаны любые два провода (рисунок 6).

Чтобы исключить обратное вращение рабочего колеса в насосе, делают кратковременный пуск электродвигателя и следят за направлением движения вентилятора охлаждения (рисунок 7). Движение лопаток вентилятора должно совпадать со стрелкой на корпусе насоса, если это не так, делают смену фаз и повторно запускают двигатель.

Загрязнение фильтра

Если во входном трубопроводе сильно засорен фильтр, произойдет увеличение потерь давления и снижения расхода жидкости. Регулярный контроль и очистка фильтра поможет исключить засорение линии входа в насос. Хороший индикатор того, что загрязнения вызывают изменения потока через фильтр (рисунок 8) – это снижение давления по манометрам.

Арматура на трубопроводных линиях

Для эффективной работы насоса следует обеспечить достаточный проход жидкости через трубопроводы. Бывают неисправности с арматурой, перекрывающие или уменьшающие поток жидкости в системе. К примеру, застрявший и оторванный клин мешает проходу рабочей среды, а поднятый шток ошибочно указывает на открытие задвижки (рисунок 9).

При проблемах с арматурой могут возникнуть следующие симптомы:

1. Низкое давление на выходе с насоса
2. Увеличение шума и вибраций
3. «Сухой ход» насоса

Как избежать проблем с арматурой:

1. Использовать арматуру по назначению (для регулирования потока использовать клапан или затвор, для перекрытия потока – кран, задвижку или затвор)
2. Перед запуском системы несколько раз открыть и закрыть задвижки, убедиться в плавности вращения штурвала без заедания
3. Обеспечить регулярное обслуживание и испытания на стенде
4. Своевременно менять смазку

Попадание воздуха в систему

При попадании воздуха с жидкостью во всасывающий трубопровод, снижается производительность насоса, и появляются симптомы кавитации.

Такое происходит когда – не удален воздух из системы, не закрыты вспомогательные вентили (воздушники), соединения трубопроводов не герметичны и возникает подсос воздуха через уплотнения.

Как предотвратить попадание воздуха в насос:

1. Подтянуть все фланцевые соединения
2. Удалить воздух из верхних точек системы
3. Проверить закрытие воздушников, вентилей
4. Провести гидравлическое испытание трубопроводов на герметичность рабочей средой
5. Перед запуском заполнить насос перекачиваемой жидкостью

Низкая скорость вращения рабочего колеса

Современные станции управления насосом оснащены устройствами плавного пуска и регулированием частоты вращения электродвигателя.  Плавный запуск позволяет избежать больших пусковых токов и рывков влияющих на долговечность насоса и привода.

Для электродвигателей центробежных насосов частота вращения составляет примерно 3000 об/мин (рисунок 10).  Когда эти устройства не правильно запрограммированы, вращение вала электродвигателя может быть ниже требуемого в результате снижение расхода жидкости будет неизбежным.

Перед запуском следует проверить правильность работы системы автоматизации и соответствие параметров работы электродвигателя.

Высокая вязкость жидкости

Многие центробежные насосы предназначены для перекачки жидкостей с низкой вязкостью. Если посмотреть документацию на насос, то напорно–расходные характеристики там приведены на жидкость с кинематической вязкостью воды. По мере увеличения вязкости снижается эффективность насоса и одновременно уменьшается напор и расход (рисунок 11).

Низкую производительность можно объяснить изменением вязкости рабочей среды, при снижении температуры или замене жидкости.

Важно знать фактическую вязкость перекачиваемой жидкости. Часто персонал ждет от насоса производительность и напор как на заводской табличке, которые указаны при перекачке воды, но на деле все по–другому. Когда вязкость используемой жидкости выше воды, следует использовать поправочный коэффициент и заново сформировать график напорно–расходных характеристик. Благодаря компьютерным программам это не занимает много времени и позволяет объективно сказать низкий расход насоса или нет.

Повреждение и загрязнение рабочего колеса

После исключения неисправностей указанных выше. Следует приступить к разборке насоса и осмотра внутренних деталей. Как правило, низкий расход жидкости будет связан с износом или повреждением рабочего колеса (рисунок 12). В таком случае потребуется заменить дефектные детали. После замены комплектующих, измерьте зазоры между деталями, они указаны в документации на насос. При слишком больших зазорах жидкость будет циркулировать внутри насоса, а производительность будет ниже номинальной.

В редких случаях после разборки насоса можно увидеть забитое грязью или мусором рабочее колесо (рисунок 12). Скорее всего, проблема будет в отсутствии фильтра. Если же он установлен, это означает, что размер ячеек сетчатого фильтра слишком большой, чтобы удержать опасные загрязнения.

Рисунок 12. Повреждение и загрязнение рабочего колеса

Перегрев насоса

Производители указывают рабочую температуру насоса в технической документации. Максимальным считается значение температуры в подшипниковых узлах до 70 ⁰С, за исключением устройств перекачки горячих сред. Это связано с используемой смазкой, которая при высоких температурах меняет вязкость и вытекает, оставляя трущиеся детали без защитного смазывающего материала. Металл также при высоких температурах начинает расширяться и увеличивается трение с последующим выходом из строя насоса. Поэтому так важно следить за температурой подшипниковых узлов.

Температура насоса сильно увеличивается в следующих случаях:

• Перегрев и повреждение подшипника
• Плохая смазка
• Работа насоса без рабочей среды и трение деталей
• Высокая температура жидкости

Перегрев и повреждение подшипника

Первое, на что необходимо обратить внимание при высокой температуре в подшипниковом узле это центровка. Если есть несоосность между валами мы будем наблюдать повышенную вибрацию и дополнительную нагрузку на узел c увеличением температуры.

Следующим вариантом перегрева является не достаточное количество или качество смазки. Масляная пленка на поверхности деталей скольжения и трения предотвращает прямой контакт металла с металлом и отводит тепло. Слабый контроль за состоянием смазки приводит к повышению температуры подшипника и поломке. Исключив следующие проблемы со смазкой, можно продлить срок службы подшипников:

1. Слишком много или мало смазки
2. Неподходящий тип смазки
3. Попадание загрязнений
4. Смешения разных типов смазки
5. Несвоевременная замена (использование после отработки ресурса)

Случаи перегрева также возникают после деформаций при монтаже подшипника. В таких случаях происходит неравномерная нагрузка и износ тел качения или скольжения с выделением повышенного тепла. Для правильной установки следует использовать рекомендации производителей и специальный инструмент.

Работа насоса без рабочей среды и трение деталей

Во многих конструкциях насосов охлаждение уплотнений и подшипниковых узлов происходит за счет циркуляции рабочей среды. Если арматура на выходе из насоса закрыта и насос продолжает работать, жидкость будет циркулировать внутри корпуса постепенно нагреваясь из-за трения и превратится в пар. Или другой пример, когда персонал не открыл входную задвижку и насос работает без жидкости. Оба варианта не обеспечивают необходимого охлаждения деталей насоса, возникнет сильное трение, перегрев и дальнейшая поломка насоса (рисунок 13).

Важно, что центробежные насосы запускаются только с заполненным корпусом рабочей средой и закрытой задвижкой на выходе, которая после запуска постепенно открывается и открывает проход потока из насоса.

Когда детали насоса деформированы, например при монтаже насоса на корпусе появилась вмятина. Вращающиеся детали будут задевать замятый участок корпуса и создавать трение и перегрев.

Установив в системе управления насосом защиты по температуре или автоматическое регулирование потока, можно предотвратить дорогостоящий ремонт.

Высокая температура жидкости

Параметры перекачки, такие как температура и давление рабочей среды являются важным фактором при работе насоса. Изменение технологического процесса или перемещение насоса в другие системы должны учитывать рабочие параметры. Не рассчитанная конструкция насоса на высокую температуру при нагреве будет расширяться. Изменение зазоров между комплектующими насоса приводит к снижению производительности или поломке.

Утечки в насосе

Старые и не дорогие модели еще оснащают сальниковой набивкой, через которую жидкость бежит из насоса для охлаждения и является нормальным процессом.

Для большинства современных устройств, пропуск среды в насосе – это признак неисправности и сигнал к незамедлительным действиям.

Повышенное давление, температура могут ослабить уплотнения и привести к утечкам. Во многих случаях достаточно произвести подтяжку гаек корпуса.

Существуют более значительные причины утечек которые мы рассмотрим подробнее:

• Неисправность уплотнений корпуса
• Неисправность торцевого уплотнения вала

Неисправность уплотнений корпуса

Нередко можно увидеть утечки через уплотнительные элементы корпуса насоса (рисунок 14), такое бывает, когда насос подбирали без учета температуры рабочей жидкости.

Для перемещения жидкости с высокой температурой требуется использовать уплотнения из специальных материалов FFKM, FEPM и подобных.

Неисправность торцевого уплотнения вала

Торцевое уплотнение – это уплотнительный узел вала насоса, состоящий из подвижного и неподвижного кольца (рисунок 15). В большинстве центробежных насосов установлены именно такие уплотнения. Однозначным преимуществом торцевого уплотнения служит минимальное количество утечек во внешнюю среду.

Причинами утечек в торцевом уплотнении выше нормы (указание в паспорте на уплотнение) можно назвать:

1. Перегрев
2. Недопустимые напряжения
3. Отложения
4. Коррозия

Рисунок 15. Общий вид торцевого уплотнения и его разрушение

Производители торцевых уплотнений утверждают, что 90% поломок связаны не с износом уплотнения, а более серьезной неисправностью насоса. Чтобы действительно найти проблему, персонал должен снять уплотнение и сделать анализ возможных проблем в насосе или системе.

Заключение

Рассмотренные в это статье возможные неисправности насосов позволят значительно сэкономить время и усилия в поиске решения проблем с перекачкой жидкостей центробежными устройствами.

 

Ведущий инженер по насосному оборудованию
Голдобин Александр Сергеевич