С каждым годом к насосам нефтехимических производств предъявляются все более высокие требования по безопасности и надежности. Однако на многих предприятиях отрасли еще находится большое количество насосов консольного типа, ресурс которых давно выработан, которые неоднократно подвергалось ремонту подшипниковых узлов, но вместе с этим имеют еще работоспособную проточную часть. В этой ситуации НПЦ «АНОД» предлагает модернизировать данные насосы, дать им фактически «вторую жизнь» при относительно невысоких материальных затратах.

Рис.1. Схема нефтяного консольного насоса НК

Модернизации могут быть подвержены практически любые консольные нефтяные насосы (рисунок 1), поскольку от исходного насоса остаются лишь спиральный отвод, который демонтировать с рамы и отсоединять от технологических трубопроводов вовсе не обязательно, крышка насоса и рабочее колесо.

В зависимости от условий эксплуатации, химического состава и свойств перекачиваемой жидкости НПЦ «АНОД» разработал несколько конструктивных схем модернизации насосов. В основе всех схем лежит один принцип. Вместо подшипников качения, широко использующихся в насосостроении, применяются подшипники скольжения, долговечность и надежность которых значительно превосходит подшипники качения. Первая схема, изображенная на рисунке 2, наиболее простая – для насосов, перекачивающих чистые неагрессивные нефтепродукты с температурой, не превышающей 120ºС, имеющие хорошие смазывающие свойства, такие как бензины, минеральные масла, дизельное топливо.

Рис. 2. Схема модернизированного консольного нефтяного насоса НК

Как видно из рисунка, опоры скольжения и упорный подшипник находятся в перекачиваемой среде. Приводной конец вала герметизируется двойным торцевым уплотнением или торцевым уплотнением тандем. В данном случае это серийные торцевые уплотнения НПЦ «АНОД» — уплотнения для нефтяных насосов УТД и УТТ соответственно.

Упорный подшипник, воспринимающий осевую нагрузку находится между значительно разнесенными опорными подшипниками. Расстояние между опорами (база вала) при такой схеме увеличивается практически вдвое по сравнению с традиционной конструкцией на подшипниках качения. Передний подшипник находится непосредственно около рабочего колеса, уменьшая консольный участок вала. Отношение длины консольного участка вала к величине базы при этом значительно уменьшается. Изгибающие усилия, действующие при работе насосе на вал снижаются.

В зависимости от конструкции насоса такая модернизация может потребовать доработки крышки насоса.

Рис. 3. Схема модернизации консольного нефтяного насоса НК

Вторая схема модернизации, изображенная на рисунке 3, применяется в тех случаях, когда перекачиваемая жидкость содержит большой объем механических частиц и нет возможности доработать крышку насоса.

Расположение опорных и упорных подшипников здесь такое же, главное отличие – компоновка торцевого уплотнения. Здесь не применяется классическое двойное торцевое уплотнение, имеющее две уплотнительные ступени, между которыми подается затворная жидкость под давлением, превышающим давление перекачиваемой жидкости. В нашем случае роль ступеней двойного торцевого уплотнения играют два одинарных торцевых уплотнения, герметизирующих подшипниковый блок с двух сторон. Подшипники размешены в камере образованной уплотнениями и корпусом, в которую и подается затворная жидкость. Такая схема обеспечивает стабильную работу подшипников скольжения на чистой среде.

Эта схема имеет и свой недостаток – увеличенную консоль (по сравнению с первой схемой), однако, она все же меньше, чем до модернизации.

Рис. 4. Схема модернизации консольного нефтяного насоса НК для высоких рабочих температур

Следующая схема (рисунок 4) применима к насосам, перекачивающим жидкости с температурой 200…450ºС. Отличие её от второй схемы лишь в том, что в сальниковую камеру насоса устанавливается теплообменник такой же конструкции, что и в двойных торцевых уплотнениях типа УТТХ и УТДХ. Данный теплообменник обладает достаточной эффективностью, чтобы снизить температуру в районе подшипникового блока до 70…80ºС. Такая температура уже приемлема для материала втулок подшипников, и резиновых колец.

Подшипники скольжения, разработанные в НПЦ «АНОД»  имеют как традиционные, так и оригинальные элементы. Конструкция упорного подшипника позволяет ему воспринимать значительные усилия. Невращающаяся ступень упорного подшипника состоит из нескольких колодок опирающихся на металлическое основание. Колодки укладываются в сепаратор, обеспечивающий незначительное их свободное перемещение. Конструкция вспомогательной ступени, работающая лишь при пуске – остановке, значительно упрощенна. Вращающиеся элементы подшипника состоят из металлических дисков, установленных на ступице, которая крепится на валу насоса.

Опорный подшипник состоит из вращающейся и неподвижной втулки. Вращающаяся втулка закреплена на валу, а невращающаяся запрессована в корпусе подшипника. Корпус подшипника имеет кольцевой поясок для самоустановки.

Материалы, используемые в подшипниковом блоке, позволяют модернизировать насосы, перекачиваемые слабоагрессивные жидкости. Корпусные элементы подшипникового блока изготовлены из стали 20Х13, вращающиеся втулки подшипников и диски упорного подшипника из стали 95Х18. Ответные втулки опорных подшипников, вкладыши и накладки упорного подшипника изготовлены из композиционного графито — фторопластового материала.

Одним из пунктов модернизации насосов является создание вспомогательных систем. В первой схеме подшипники работают на перекачиваемой среде, в состав обслуживающей системы входят: фильтр и теплообменник. Конечно, можно значительно упростить систему и исключить эти элементы, но это возможно лишь в случае, когда перекачиваемая жидкость имеет температуру ниже 70ºС и содержание механических примесей меньше 1%.

Насосы, модернизированные по второй и третьей схеме, имеют обвязку двойного торцового уплотнения. Разница лишь в том, что затворная жидкость подается к каждому подшипнику отдельно, что позволяет обеспечить более эффективный отвод тепла от подшипниковых поверхностей и контроль их температурного состояния. В «горячих» асосах дополнительно установлена система охлаждения сальниковой камеры.

В заключение стоит отметить, что насосные агрегаты, оборудованные подшипниками скольжения, несомненно, имеют ряд преимуществ перед традиционными конструкциями. Это простота обслуживания, высокая надежность, повышенный ресурс. К тому же, такая модернизация – один из путей обновления парка насосного оборудования.

Установленный в ООО «Лукойл – Нижегороднефтеоргсинтез» модернизированный насос НК 65/35-70 на перекачке бензина имеет очень низкие значения виброскорости (в 3 раза меньше традиционных), низкий шум и температуру затворной жидкости на выходе из блока агрегата не более 40ºС, что позволяет долго и безупречно работать подшипниковым уздам и торцевым уплотнениям.

Обращаем внимание, что ООО НПЦ «АНОД» не только модернизирует старые насосы, но и выпускает новые консольные насосные агрегаты серии 5-АНГК с блоками подшипниковыми уплотнительными (БПУ), с проточными частями как отечественного, так и зарубежного производства.

В составе предприятий энергетического и теплоэнергетического комплекса России и стран бывшего СССР часто встречаются насосы КС 50-55, КС 50-110 и
КС 80-155. Это семейство центробежных горизонтальных секционных насосов предназначено для перекачивания воды и водного конденсата в различных схемах теплосиловых и отопительных установок. Данный тип насосов производят несколько отечественных предприятий и предприятий ближнего зарубежья.

Основная проблема, возникающая при эксплуатации этих насосов, это малый межремонтный пробег. Причем после нескольких ремонтов, а на некоторых предприятиях количество ремонтов исчисляется десятками, насос попадает в состояние, когда его отремонтировать надолго невозможно. Причина этому целый комплекс качественных отрицательных изменений, произошедших с насосом. Прежде всего, в список причин входят: прогиб вала, износ посадочных мест подшипников, износ щелевых уплотнений, а, следовательно, и трудность точной центровки вала и деталей проточной части. Все это приводит к тому, что нарушается расчетное силовое воздействие на подшипниковые узлы, а силовые нагрузки многократно превышают нагрузки, заложенные конструктором. Штатный силовой узел насоса (с подшипниками качения) не создан для такого силового воздействия, начинается процесс его интенсивного разрушения. Следующий выход в ремонт становится вопросом времени. Обычные методы ремонта такой насос не восстанавливают в полной мере.

Модернизированный насос КС 80-155 с применением БПУ (блока подшипникового уплотнительного)

ООО НПЦ «АНОД» разработал и успешно применяет на практике решение указанной проблемы путем модернизации данного типа насосов с помощью установки БПУ (блока подшипникового уплотнительного). Первый этап модернизации — это восстановительные работы проточной части: заменяются изношенные детали, не поддающиеся восстановлению, зазоры щелевых уплотнений приводятся в норму, восстанавливаются диаметры дроссельных отверстий и посадочные поверхности корпусов. Целью первого этапа является создание силового уравновешенного состояния насоса.

Второй этап – это замена штатного силового узла на более мощный силовой узел БПУ. БПУ состоит из подшипников скольжения и торцового уплотнения. Смазка и охлаждение рабочих поверхностей БПУ осуществляется проливкой сторонним конденсатом. При одних и тех же габаритах несущая способность подшипника скольжения в несколько раз больше несущей способности подшипника качения. Кроме того, подшипники скольжения значительно лучше гасят вибрацию и при расчетных нагрузках эксплуатируются практически без износа.

Так, суть модернизации сводится к приведению насоса в силовое равновесие и одновременно установке более мощного силового узла. Данное компоновочное решение дает блестящие результаты. Надежность работы насоса повышается многократно. Примером может служить проведенная НПЦ «АНОД» модернизация наоса КС 80-155 на Тобольской ТЭЦ. Установка с модернизированным насосом находилась в эксплуатации с 2005 по 2009 год. Безремонтный период работы насоса составил более 40 000 часов.

Таким образом, можно уверенно сказать, что существует комплексная технология восстановления работоспособности насосов группы КС, не сводящаяся к простой замене изношенных частей. Технические решения, заложенные в основу модернизации, проводимой НПЦ «АНОД», затрагивают причинно-следственные изменения в схеме силовых нагрузок, действующих на насос, а не борются с их последствиями. Итогом усовершенствования насоса является многократное повышение надежности, улучшение герметичности насоса (исключен подсос воздуха и активная кислородная коррозия) и как следствие увеличение межремонтного периода. А этот фактор позволяет экономически окупить данную модернизацию за три – четыре года. Причем, принципы, заложенные в основу модернизации, универсальны и успешно использованы в проектах для других типов центробежных насосов применяемых в энергетике (КСВ 125-140, КСВ 320-160, КСВ 500-220, 2КОШ80-250).

Подавляющее большинство насосов, находящихся в настоящее время в эксплуатации, разработано в середине ХХ века, а производство насосов ведется по десятилетиями отработанным конструктивным решениям и технологиям с достаточно ограниченной номенклатурой и рабочими полями насосов.

Однако на сегодняшний день развитие технологических процессов идет по пути постоянного увеличения требований к насосам, повышения их экономичности при работе в широких диапазонах полей Q – H. Это вызывает необходимость решить вопрос работоспособности насосов в условиях повышенных механических и тепловых нагрузок подвижных соединениях деталей, в том числе, при разработке и использовании новых антифрикционных материалов, совершенствовании конструкции узлов трения.

Важность работ по данному направлению подтверждается повышенным интересом к данной теме зарубежных фирм. Так, компания John Crane в 2009г. объявила о покупке Orion Corporation – ведущего американского разработчика и производителя гидродинамических подшипников для предприятий различных секторов промышленности, в связи с чем можно ожидать скорого появления насосов, оборудованных торцовыми уплотнениями и подшипниками скольжения. Компания SULZER реализует концепцию реконструкции питательных насосов, которая предусматривает совершенствование проточных частей насосов, внедрение торцовых уплотнений, разгрузочных поршней и подшипников скольжения, работающих на перекачиваемой воде.

Благодаря накопленному опыту работы по проектированию и эксплуатации пар трения, в том числе и в торцовых уплотнениях, специалисты ООО Научно-производственного центра «АНОД» получили возможность разработать насосы нового поколения с увеличенным межремонтным пробегом при жестких условиях эксплуатации. Взамен штатного силового узла насоса с подшипниками качения были разработаны несколько модификаций блоков подшипниковых уплотнительных (БПУ) на подшипниках скольжения и торцовых уплотнениях. БПУ применяются на насосах нефтегазовой, нефтехимической и энергетической отраслей промышленности.

Результатами применения БПУ стали следующие показатели:

• улучшаются вибрационные характеристики насосов (жесткость вала увеличилась);
• исключается масляная система подшипников качения;
• сокращаются затраты на обслуживание и ремонт;
• достигается межремонтный период не менее 3…5 лет;
• повышается КПД (экономичность) насосных агрегатов на 3…7%;
• уменьшаются габариты насоса.Результаты эксплуатации насосов новой модификации на предприятиях энергетического комплекса, нефтепереработки и химических производств показали высокую надежность агрегатов. Данный вид насосов приобретает заслуженную репутацию, спрос на них постоянно растет.
  

  Насосный агрегат 5-АНГК

Пронин Игорь Константинович, начальник отдела маркетинга ООО НПЦ «АНОД»
Скворцов Николай Васильевич, технический консультант ООО НПЦ «АНОД»