Správné čerpadlo: Vyvarujte se předimenzování svých čerpadel
Správný výběr čerpadla je důležitější než kdy jindy, s drastickými důsledky pro údržbu, spolehlivost a účinnost. Výběrový proces zůstává pro běžné uživatele obtížný a ani zadání zakázky na dílo renomované strojírenské firmě nezaručí úspěch. V tomto sloupci se budeme zabývat konstrukcí odstředivého čerpadla, běžnými úskalími v procesu výběru a důsledky nevhodného výběru.
Technologie odstředivých čerpadel existuje po staletí bez jakýchkoli revolučních změn. Existují nové slitiny a povlaky, ze kterých lze sestavit skříně a oběžná kola, a účinnost se zvýšila. Bur základní design zůstává do značné míry nezměněn. Na rozdíl od jiných technologií 21. století je odstředivé čerpadlo z doby před 100 lety téměř totožné s moderními konstrukcemi. Pokud něco, starší konstrukce jsou robustnější, přičemž současný konkurenční trh nutí výrobce snižovat náklady odstraněním přebytečného materiálu.
Čerpadlo od renomovaného výrobce může v systému fungovat špatně bez ohledu na čerpadlo's specifickou kvalitou. Čerpadlo vyrobené z titanu a navržené pro 30letý životní cyklus, i když je drahé, by mohlo fungovat nedostatečně pro jiné průmyslové aplikace. Proto je zásadní nasadit správné čerpadlo pro správnou aplikaci. Abychom pochopili, proč může dojít k selhání's kopat do základních pracovních bodů odstředivých čerpadel.
Design čerpadla
Jak se hřídel čerpadla otáčí, otáčí oběžným kolem uvnitř skříně, což dodává energii do procesní kapaliny. To umožňuje, aby oběžné kolo fungovalo jako konzola s otěrovým kroužkem, těsněními a ložisky, které udržují vše na svém místě a kapalinu před únikem. Rotující oběžné kolo mění přiváděnou kapalinu's směrem, což může způsobit intenzivní radiální zatížení čerpadla. Ložiska nejen snižují valivé tření, ale také podporují hřídel čerpadla a absorbují tato radiální zatížení. To je vidět na detailním pohledu na odstředivé čerpadlo na obrázku 1.
Obrázek 1. Detailní pohled na odstředivé čerpadlo (Obrázky s laskavým svolením autora)
Všechna čerpadla mají konstrukční bod, kde je účinnost maximalizována, nazývaný bod nejlepší účinnosti (BEP). Zde čerpadlo běží nejplynuleji a radiální síly jsou minimalizovány. Čím dále od BEP, tím vyšší je radiální zatížení čerpadla. Čerpadlo bude mít obecně kritickou rychlost kolem 25 procent nad BEP, kde je dosaženo jeho vlastní frekvence a mohou se objevit nadměrné vibrace. Čerpadlo se v podstatě roztřese, nejprve projde třecím kroužkem, pak těsněním a nakonec ložisky. To je obvykle snadné zjistit, protože čerpadlo bude vibrovat a může začít unikat kapalina daleko před plánovanou údržbou.
Spolehlivost čerpadla
Křivky čerpadla ukazují silný vztah mezi životností čerpadla, spolehlivostí čerpadla a tím, kde čerpadlo na své křivce pracuje.
Výkon jednotlivých čerpadel je kombinací konstrukce čerpadla a provozních podmínek. Pumpa'Údaje o výkonu jsou uživateli poskytovány ve formě křivek čerpadla, přičemž primární funkcí je komunikovat nebo definovat vztah mezi průtokem a celkovou dopravní výškou pro konkrétní čerpadlo. Jsou poskytovány výrobcem a ukazují provozní charakteristiky konkrétního typu čerpadla, velikosti a rychlosti na základě výsledků standardizovaných zkoušek a zkušebních podmínek. Zdravé čerpadlo udržuje definovaný vztah mezi dopravní výškou a průtokem po celou dobu.
Křivka čerpadla je vyžadována pro:
· Správný výběr čerpadla. Použití křivky čerpadla zajistí, že zvolené čerpadlo odpovídá požadavkům systému.
· Sledování stavu čerpadla. Pokud čerpadlo nepracuje podle zveřejněné křivky, je něco špatně.
· Odstraňování poruch provozu celého potrubního systému. Čerpadlo dodává energii do systému a znalost vstupující energie je kritickým vodítkem pro identifikaci problémů. Bez křivky čerpadla je extrémně obtížné určit, co způsobuje problém v systému a co je třeba udělat pro nápravu problému.
Pro přesnost je důležité mít křivku čerpadla pro každé čerpadlo.
Obrázek 2 ukazuje stylizovanou křivku čerpadla v černé barvě s účinností v zelené barvě. Aby systém fungoval na BEP, musí buď řídit tlak na výstupu z čerpadla, nebo průtok systémem, aby udržoval provozní bod čerpadla (označený červenou šipkou).
Obrázek 2. Křivky a spolehlivost čerpadel
Pokud například systém způsobí, že tlak na výtlaku převýší tlak na BEP, pracovní bod se posune po křivce doleva a průtok se sníží. Pokud systém způsobuje tlak na čerpadle'Pokud výboj klesne, pracovní bod se posune dolů a doprava. Pohyb nalevo nebo napravo od BEP způsobuje zvýšení sil na oběžné kolo a tyto síly způsobují namáhání, která mají významný negativní vliv na životnost a spolehlivost čerpadla.
Pokud překryjeme očekávanou životnost čerpadla v závislosti na tom, kde čerpadlo pracuje, dostaneme a"Barringerova křivka,"který ukazuje střední dobu mezi poruchami (MTBF) jako funkci průtoku BEP. Tuto křivku vytvořila společnost Barringer & Associates při studii poruch těsnění u odstředivých čerpadel.
Při použití obrázku 2 platí, že čím blíže je čerpadlo provozováno ke svému BEP, tím vyšší je MTBF. Jak se provozní průtok čerpadla pohybuje dále doleva nebo doprava od BEP, dochází k poruchám častěji.
MTBF se sníží na polovinu, když čerpadlo běží 20 procent pod BEP nebo 10 procent nad ní, jak je znázorněno. Při provozu nalevo od BEP vedou problémy jako vysoký nárůst teploty, kavitace nízkého průtoku, problémy s ložisky, snížená životnost oběžného kola, recirkulace sání a výtlaku k selhání těsnění a odstávce čerpadla. Napravo od BEP je ovlivněna životnost ložisek a těsnění a dochází k problémům s kavitací.
Klíčové je pochopení toho, jak systém ovlivňuje čerpadlo na jeho křivce, a spolehlivost a životnost čerpadla se zvyšuje, když čerpadlo pracuje v blízkosti BEP.
Kavitace čerpadla
Kavitace je hlavním problémem; dokáže velmi rychle zdemolovat čerpadla. Pokud je nízký sací tlak nebo čerpadlo pracuje na vzdáleném konci své křivky, táhne kapalinu tak rychle, že tlak kapaliny klesne pod tlak par a může způsobit její var.
Například na hladině moře voda vře při 212 stupních Fahrenheita (F). Na vrcholu Mount Everestu, kde je tlak mnohem nižší, voda vře při 160 F. V čerpadle může tlak klesnout dostatečně nízko,"vaří"při 60 F nebo jakékoli okolní teplotě.
Může se zdát obtížné, aby vzduch v čerpadle odstranil ocel. Ve skutečnosti jsou to miliony výtvorů parních bublin a imploze, které mohou způsobit škodu. Tento efekt je zřetelný, jakmile je čerpadlo v provozu a může znít jako čerpání štěrku bez ohledu na základní kapalinu. Z tohoto důvodu může utrácení dalších peněz za příliš velké čerpadlo stát více peněz na údržbu a opravy.
Proces návrhu
Protože proces jednotlivých potrubí je obecně neznámý, inženýři mají tendenci čerpadla předimenzovat. Nevědí přesně, jakým způsobem bude dodavatel vést potrubí, a tak zahrnout do výpočtů bezpečnostní faktor. Tento bezpečnostní faktor se obecně přidává k nejhoršímu scénáři návrhu.
Strojírenské firmy jsou motivovány tím, že nechtějí být obviňovány z poddimenzovaného čerpadla, pokud není schopno splnit požadavky procesu. Představte si pobouření a poškození firmy'pověst, pokud jejich klienti nedostávali dostatečný tlak vody ze sprchy, chlazení z topení, ventilace a klimatizace (HVAC) nebo proudění z kanalizace.
Obecné pravidlo pro bezpečnostní faktory je 10 procent. Mladší inženýr obecně předpokládá určité množství požadované energie na základě očekávaného potrubí, procesu a ovládacích prvků a poté k tomuto číslu přidá 10 procent.
Vedoucí inženýr může práci zkontrolovat a přidat dalších 10 procent. Věci se stále komplikují, protože koncoví uživatelé mohou mít nerealistická očekávání ohledně výrobní kapacity vzhledem k požadovaným vysokým číslům nebo mohou chtít infrastrukturu pro potenciální expanzi v průběhu let. Když je čerpadlo konečně objednáno, výrobce'Zástupce vám pomůže vybrat čerpadlo, které je dostatečně velké, aby zvládlo tyto operace a pak některé.
Tyto bezpečnostní faktory se nakonec vzájemně spojí a ponechávají skutečný proces něco jiného, než co bylo požadováno.
Koncový uživatel může být obtěžován neefektivním čerpadlem a možností dalších stovek tisíc dolarů na další energii a údržbu. Proto se důrazně doporučuje používat software k modelování očekávaných podmínek průtoku v různých provozních bodech.
Výsledky skutečného světa
Podle Hydraulického ústavu's"Optimalizace čerpacího systému,"hodnocení 1 690 čerpadel ve 20 zpracovatelských závodech odhalilo některé alarmující výsledky. Zjistili, že průměrná účinnost čerpání je pod 40 procenty. Navíc více než 10 procent čerpadel z této studie mělo účinnost nižší než 10 procent.
Bylo zjištěno, že hlavní příčinou byl nesprávný výběr čerpadla. Obecným pravidlem je, že kombinace čerpadla a motoru bude stát asi 1 $ za den na koňskou sílu motoru. I když se náklady na energii liší podle místa, je to dobrý výchozí bod, abyste pochopili, jaké potenciální náklady vám hrozí.
U čerpadel s většími koňskými silami, která fungují neefektivně, je promarněný kapitál ohromující. Náklady na energii samy o sobě jsou jen zřídka důvodem ke změně, tím méně transformace odvětví.
Jakmile jsou čerpadla nainstalována a spuštěna, náklady na energii jsou v nedohlednu a v mysli. Existuje mnoho dalších nákladů v průmyslových zařízeních a objevování skutečných nákladů na čerpadlo
je těžké, když je pohřbeno v účtu za průmyslovou energii spolu s vysokými náklady na vytápění, chlazení a provoz zařízení.
Optimalizovaný systém přináší i další výhody než jen úspory energie—kvalita a kvantita procesu pro začátečníky. V mnoha případech byly systémy ponechány na pokoji, protože fungují a manažeři nechtějí ohrozit proces.
To funguje, pokud jste spokojeni se současným stavem. Drobné změny v systému však mohou mít za následek značné zvýšení výroby. Když se tyto změny zvažují po mnoho let, přinášejí dramatické výsledky.
Spolehlivost systému a omezená údržba generují jedny z největších úspor, když čerpací systém běží správně.
Z Barringerovy křivky vidíme, že musíme pracovat v blízkosti čerpadla's BEP s cílem maximalizovat naši účinnost a střední dobu mezi selháním čerpadla.
Renomovaní výrobci čerpadel konstruují svá čerpadla tak, aby fungovala po dobu 20 nebo více let provozu, pokud jsou provedena správně, přesto jsou koncoví uživatelé často spokojeni s pouhými pěti lety. Náklady se také snáze sledují v dílech a práci. Příležitost k úsporám díky lepší údržbě a spolehlivosti sama o sobě zaručuje druhý pohled na vaše čerpadla a systémy.
https://www.pumpsandsystems.com/