5 Технология ремонта насосного оборудования
Характер и интенсивность износа деталей и узлов насосов зависят от условий их работы: от агрессивности и температуры перекачиваемого продукта, наличия в нем механических примесей и правильности выбора материалов для изготовления тех или иных деталей и узлов. Продолжительность межремонтного пробега насосов и турбин определяется также квалификацией обслуживающего персонала и качеством ремонтных работ.
Насосы испытывают следующие основные виды износа [10]:
‒ коррозию внутренних полостей корпусов и деталей, находящихся в агрессивных перекачиваемых средах;
‒ эрозию внутренних полостей корпусов и деталей от воздействия механических примесей, находящихся в перекачиваемых средах;
‒ износ внутренних полостей корпусов и движущихся деталей вследствие трения о перекачиваемые жидкости, механический износ сопряженных деталей;
‒ кавитационный износ деталей.
Наибольшему эрозионному износу, т. е. износу, вызываемому действием твердых частиц механических примесей, находящихся в жидкости (для нефти и нефтепродуктов — это соли, песок, частицы кокса и т. д.), как правило, подвергаются насосы, перекачивающие темные нефтепродукты и промежуточные полуфабрикаты.
Совместно с эрозионным износом происходит износ вращающихся деталей центробежных насосов из-за трения их о перекачиваемую жидкость.
Механический износ сопряженных деталей является также основной причиной выхода из строя подшипников скольжения, валов, штоков, защитных гильз и других деталей.
Ремонт центробежных насосов сводится к демонтажу изношенных (вышедших из строя) и монтажу заранее подготовленных (новых или отремонтированных) агрегатов и узлов.
Техническое обслуживание осуществляет персонал службы механика.
Он включает в себя следующие работы:
‒ проверку состояния фланцевых и резьбовых соединений, приточно‒вытяжной вентиляции в блок‒боксе магистрального насоса;
‒ масла в маслобаках (и отбор пробы масла);
‒ герметичности торцовых уплотнений ротора насоса;
‒ проверку и поддержание в исправном состоянии подъемных устройств и ремонтных приспособлений;
‒ проверку герметичности сальниковых уплотнений разделительной стенки блок‒контейнера.
При первом текущем ремонте выполняют:
‒ все операции, предусмотренные ТО, а также остановку подлежащего ремонту насоса и обеспечение мероприятий по технике безопасности и пожарной безопасности;
‒ подготовку транспортных средств, подъемных механизмов и приспособлений, инструментов и т. п.;
‒ проверку герметичности запорной арматуры и вспомогательных трубопроводов.
При текущем ремонте первого вида проверяют состояние подшипников, торцовых уплотнений, зубчатой муфты насоса и заменяют смазку муфты. Для этого снимают кожух торцовых уплотнений, торцовую крышку опорно‒упорного подшипника, крышки подшипников скольжения и изменяют радиальные зазоры во вкладышах подшипника с помощью свинцовых оттисков, натяга крышки на вкладышах подшипника. Результаты измерений заносят в ремонтный формуляр. Помимо этого проверяют состояние всех деталей торцовых уплотнений, при необходимости заменяют их новыми или отремонтированными. Разборку, сборку и регулирование торцовых уплотнений проводят в соответствии с инструкцией завода‒изготовителя. По окончании ремонтных работ проверяют центровку и подготавливают насосный агрегат к пуску. Пуск и проверку работы его под нагрузкой проводят в установленном порядке. Вышедшее из текущего ремонта оборудование считается принятым в эксплуатацию после проверки его состояния и испытания в рабочем режиме в течение 8 ч.
При текущем ремонте второго вида выполняют все предыдущие операции и, кроме этого, производят вскрытие насоса с заменой ротора в сборке, подшипников скольжения, шарикоподшипников, независимо от состояния деталей, осуществляют пришабровку новых вкладышей по валу и проверку прилегания вкладышей к корпусу подшипника. Перед разборкой и после сборки ротора насоса замеряют радиальные зазоры между уплотнительными втулками ротора, уплотнительной втулкой рабочего колеса и самим рабочим колесом. Измерения проводят в четырех точках по периметру (вверху, внизу, слева, справа). Результаты измерений заносят в ремонтный формуляр. Полную разборку, дефектацию и восстановление деталей ротора, а затем его балансировку выполняют на ЦБПО [10].
При капитальном ремонте заменяют вал, рабочее колесо, подшипники скольжения и качения, уплотняющие втулки, проверяют состояние корпуса и патрубка насосов. При обнаружении трещин во фланцевых соединениях и разъемах чугунный корпус насоса заменяют новым. На насосах со стальным корпусом обнаруженные дефекты устраняют с помощью сварки.
Валы. Основными дефектами валов центробежных насосов являются прогиб вала, износ шеек, шпоночных канавок и резьб [3, 6]. Изогнутые валы можно править термически, механически и термомеханически.
Для термической правки вал устанавливают на две опоры или в патрон токарного станка выпуклостью вверх. Участок вала, имеющий наибольший изгиб, закрывают асбестовым листом, который имеет окно для нагрева дефектного участка. Нагрев ведется интенсивно горелками № 5 или № 6 до 500 ‒ 550°С (нагреваемый участок должен принять едва заметный темно‒красный цвет). Во время нагрева вал еще больше искривляется. При охлаждении деформация изгиба исчезает. Нагретое место вала закрывают на 15 ‒ 20 мин асбестом во избежание закалки. После правки необходимо произвести отжиг при температуре 350°С.
Сущность механической правки заключается в растягивании сжатых волокон металла с вогнутой стороны. Для этого вал устанавливают в центрах токарного станка вогнутостью вверх, а под вал в этом месте подводят деревянную подкладку. Порядок нанесения ударов при механической правке вала показан на рисунке 5.
а - установка вала при правке наклепом; б - порядок нанесения ударов; 1 - вал; 2 - опора; 3 - индикатор
Рисунок 5 - Механическая правка вала
При термомеханическом способе вал нагревают до 500 - 550 °С, при помощи траверс производят нажим и оставляют в таком состоянии в течение 3 - 4 ч (рисунок 6).
Рисунок 6 - Правка вала термомеханическим способом
После правки вал разрешается использовать, если его биение не больше 0,015 мм (т. е. прогиб вала не более 0,0075 мм).
Сильному износу подвержены шейки валов. Если конусность или эллиптичность шеек валов не превышает 0,04 мм, их можно устранить обточкой на токарном станке и последующей шлифовкой. Исправление шеек валов этим способом применимо до тех пор, пока их размеры не отличаются на 2—3% от номинальных размеров.
Если изменение размеров диаметра шейки превышает 2 ‒ 3% от первоначальных или конусность (эллиптичность) больше 0,04 мм и имеются глубокие царапины, то изношенные участки вала необходимо проточить на глубину повреждений и на эти места наплавить валики.
Для предупреждения тепловой деформации (коробления) вала сварку выполняют по спирали при постоянной скорости вращения вала. При продольном наложении швов окружность делят на четыре части и сварку ведут поочередно через 180° (рисунок 7).
1 - 6 и т. д. - последовательность наплавки
Рисунок 7 - Наплавка изношенной шейки вала продольным наложением швов
Подшипники скольжения. Если при проверке подшипников установлены большой радиальный и торцовый износ баббитовых вкладышей, а также образование в них трещин и отставание баббита от тела вкладыша, необходимо вновь залить подшипники.
Степень износа баббита, при которой требуется перезаливка вкладышей, определяют путем измерения толщины оставшегося слоя баббита на вкладыше и толщины прокладок между корпусом и крышкой подшипника.
Толщину оставшегося слоя баббита проверяют сверлением в местах наибольшего износа. Если толщина слоя баббита оказалась менее 1,5 мм, а для двигателя внутреннего сгорания менее 4 мм, перезаливка вкладышей обязательна. При толщине прокладок между корпусом и крышкой подшипника 0,5 мм также требуется перезаливка вкладышей. Толщина прокладок 0,5 мм берется при номинальном радиальном зазоре.
Увеличение торцовых зазоров в процессе эксплуатации может быть допущено до 1 мм, после чего необходимо произвести напайку торцов с последующей их пригонкой.
Перезаливку вкладышей из-за торцевого износа обычно совмещают с перезаливкой по радиальному износу.
Часто в заливке вкладышей образуются трещины. Основная причина этого ‒ некачественная заливка, при которой был допущен пережог баббита, некачественно выполнено лужение вкладышей, большой радиальный зазор и др.
Трещины в баббите вкладыша не всегда ликвидируют перезаливкой. Если их образование не сопровождается отставанием баббита, можно ограничиться хорошей пропайкой трещин баббитом того же состава, что и основная заливка. При этом необходимо добиться, чтобы пропайка достигала тела вкладыша. При выкрашивании баббита, следовательно, и при его отставании перезаливка вкладышей обязательна.
Вкладыши перед ремонтом тщательно промывают в керосине и очищают. Для выплавки старого баббита их нагревают с наружной стороны паяльной лампой.
После выплавки баббита вкладыши очищают от окалины путем травления в 50%‒ном растворе соляной кислоты или 10 ‒ 15%‒ном растворе серной кислоты в течение 10 мин. Затем их промывают горячей водой.
Чугунные вкладыши после травления следует кипятить в течение 20 минут в 20 ‒ 30%‒ном растворе щелочи (NaOH или КОН).
Для обезжиривания внутренней поверхности вкладышей их опускают на 5 ‒ 10 мин в 10%‒ный раствор NaOH или КОН при температуре 80 ‒ 90° С, после чего промывают в горячей воде.
Для лучшего сцепления слоя заливаемого баббита с вкладышем внутреннюю поверхность последнего лудят. Лужение можно осуществлять погружением вкладыша в ванну с расплавленной полудой, растиранием третника о нагретый вкладыш или с помощью порошкообразной полуды.
Для лужения растиранием третника вкладыш с тыльной стороны нагревают до 60 ‒ 70° С. Поверхность, подвергаемую лужению, смачивают соляной кислотой, протирают, промывают горячей водой и вытирают насухо. Затем ее смачивают травленой кислотой (НСl), посыпают порошком нашатыря и нагревают вкладыш до 300 ‒ 320° С. Палочкой третника наносят тонкий слой расплавленной полуды, которая должна дать ровную блестящую поверхность.
К моменту окончания лужения баббит должен быть подготовлен к заливке. Его расплавляют в специальных тиглях. Для предотвращения окисления поверхность расплавленного баббита следует покрывать слоем высушенного древесного угля кусочками 8 ‒ 10 мм. Толщина слоя угля 2 ‒ 3 см. Перед заливкой температура вкладыша и формы должна быть 200 ‒ 250° С. Заливку производят непрерывно.
Для получения более плотного слоя баббита применяют также центробежную заливку (рисунок 8).
Перед обточкой обе половинки вкладышей стягивают хомутом. Толщина снимаемого слоя баббита зависит от припуска при заливке.
Баббит растачивают на токарном станке. При расточке дают некоторый припуск на шабровку (0,15 - 0,2 мм). Расположение и форму канавок во вкладышах принимают по заводским образцам. При шабровке вкладыша необходимо добиться полного прилегания шеек вала.
1 - планшайба, насаженная на шпиндель токарного станка; 2, 4 - диски для зажима вкладыша; 3 - вкладыш подшипника; 5 - камера для радиального и упорного подшипников; 6 - воронка для заливки баббита.
Рисунок 8 - Центробежная заливка подшипников
Для нормальной работы между валом и подшипником должен быть зазор, величина которого зависит от диаметра вала. Зазор между верхним вкладышем и валом при диаметре вала 50 - 80 мм принимается 0,1 ‒ 0,16 мм, при диаметре 80 - 120 мм, 0,12— 0,20 мм, при диаметре 180 -250 мм ‒ 0,20 ‒ 0,40 мм боковой зазор между нижним вкладышем и валом должен быть равен половине верхнего зазора (рисунок 9).
Рисунок 9 - Зазоры между валом и вкладышем подшипника
Муфты. У зубчатых муфт износу подвержены зубья. Ремонт зубьев сводится к устранению вмятин и заусенцев.
У полуэластичных муфт износу подвержены резиновые кольца на пальцах. По мере износа резиновые кольца заменяются новыми.
Статическая балансировка ротора. Причинами вибрации центробежного насоса при работе являются статическая и динамическая неуравновешенность ротора.
Перед сборкой необходимо проверить статическую балансировку (уравновешенность) каждой детали ротора отдельно на специальных призмах, изготовленных из стали Ст 5 с последующей термообработкой и шлифовкой рабочей поверхности. Длину призм принимают такой, чтобы вал мог сделать три-четыре оборота (рисунок 10).
Рисунок 10 - Станок для статической балансировки ротора
Ширину острия призм (ножа) принимают в зависимости от веса балансируемой детали.
Ножи устанавливают параллельно и строго горизонтально с точностью до 0,2 мм на 1 м.
Для проверки рабочее колесо насоса насаживают на короткий вал и устанавливают на ножи. Затем легким толчком приводят его в движение и дают свободно остановиться. У неотбалансированного колеса центр тяжести всегда расположен ниже оси, поэтому колесо останавливается тяжелой частью вниз. На противоположной стороне небалансированного рабочего колеса укрепляют груз, который полностью должен уравновесить его.
Груз, уравновешивающий рабочее колесо, взвешивают. Для достижения статической балансировки колеса необходимо из его тяжелой части удалить эквивалентное количество металла высверливанием или фрезерованием стенки рабочего колеса на небольшую глубину (ближе к наружной окружности). Толщину рабочего колеса при этом оставляют не менее 3 мм.
Затем вся операция повторяется сначала, пока не будет достигнута полная балансировка. Собранный из предварительно отбалансированных деталей ротор подвергают проверке на биение, установив его в центрах токарного станка. Биение устраняют обточкой. Максимально допустимое биение собранного ротора по рабочим колесам должно быть не более 0,2 мм. Допускаемое биение защитных втулок вала составляет 0,03 мм [10, 11].