Свободновихревые насосы (стр. 2 )

Раздел 7 дополнен конструкциями насосов, выполнеными по всем трем конструктивным схемам: “Wemco”, “Turo”и “Seka”. Дополнительно описана конструкция двухступенчатого СВН, а также конструкции насосов свободновихревого типа, изготовленные по разработкам кафедры ПГМ СумГУ, АО «Сумский завод «Насосэнергоаш», Рыбницкого насосного завода и других отечественных и зарубежных фирм.        

ВВЕДЕНИЕ

В.1 Применение свободновихревых насосов

В последнее время во многих отраслях народного хозяйства для гидротранспорта абразивных и легкоповреждаемых веществ, гидросме­сей, содержащих твердые и волокнистые включения, газосодержащих жидкостей используют СВН, которые имеют простую и удобную в эксплуатации конструкцию, высокую надежность, долговечность работы на гидросмесях и обусловливают экономиче­скую эффективность их применения для перекачивания различных твердых веществ и продуктов [46] .

СВН являются новым, во многих отношениях прогрессивным типом насосного оборудования, поэтому многие воп­росы их рабочего процесса недостаточно изучены и широко исследу­ются в нашей стране и за рубежом (США, Японии, Швейцарии, Польше и др.). Они выпускаются многими крупными фирмами и находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности.

По конструктивным признакам и по характеру рабочего процесса СВН существенно отличаются от центробежных и имеют следующие особенности:

– РК СВН расположено в расточке задней стенки корпуса, имеюще­го свободную камеру, не пересекаемую вращающимися деталями. По­этому часть потока жидкости, поступающего в насос, проходит через свободную камеру, не соприкасаясь с лопатками РК;

– рабочий объем СВН – односвязный. Это означает, что любой замкнутый контур, взятый внутри объема, может быть стянут в точ­ку без пересечения границ объема. Рабочий объем центробежных насосов многосвязный – если взять замкнутый контур в жидком объеме вокруг лопасти, то он не может  быть стянут в одну точку без пересечения ее поверхности. В практике использования насосов это озна­чает, что волокна, взвешенные в жидкости при перекачивании загрязненных и волокнистых смесей,  могут наматываться на лопасти центро­бежного насоса, засоряя его;

  – благодаря  наличию свободной камеры обеспечивается минимальный контакт жидкости с РК, что позволяет перекачивать продукты без  их особого повреждения;

– в СВН нет передних уплотнений, следовательно, отсутствуют проблемы, связанные  с ними  (износ, закупоривание, регулировка, промыв­ка и т. д.);

– более простая форма проточной части снижает металлоемкость насоса, облегчает его сборку, создает лучшие условия для высокой степени унификации;

– высокая устойчивость к износу при перекачивании смесей с включением абразивных твердых частиц ввиду того, что основная часть потока перекачиваемой среды проходит через насос без контакта с РК;

– конструктивное исполнение СВН позволяет с неболь­шими затратами производить ремонт и изготовление запасных частей на месте эксплуатации;

– насос удобен в эксплуатации, практически не закупоривается и надежен в течение всего срока его службы.

Кроме этого, СВН обладают рядом положительных свойств: обеспечивают высокую надежность работы при перекачивании газооб­разных смесей с содержанием газа до 50 %, вязких жидкостей, крупных включений с размером до 0,8 ширины свободной камеры, имеют высокую всасы­вающую способность (высота всасывания до 8 м) и мало чувствительны к кавитации.

Основные недостатки СВН – низкая экономичность, которая в зависимости от конструктивного типа и размеров насоса составляет 35–58 %, и ограниченные напоры  (Н 100 м).

Насосы свободновихревого типа широко применяются [40] в коммуналь­ном хозяйстве для перекачивания фекальных жидкостей, грунтовых и сточных вод, канализационного ила; в сельском хозяйстве для гидро­транспорта органических удобрений, картофеля, фруктов, рыбы; в пищевой промышленности для перекачивания легкоповреждаемых продук­тов, соков, сиропов, суспензий и прочего, а также в целлюлознобумажной и химической промышленностях для транспортирования дре­весной массы, макулатуры, полимеров, вискозного сырья, газообраз­ных жидкостей и других продуктов. СВН перспективно применять в тепловой энергетике в системах шариковой очистки от загрязнений конденсаторов паровых турбин, в чер­ной металлургии для гидротранспорта шлама, золы, руд, хвостов на горно-обогатительных фабриках; в нефтяной промышленности для перекачивания отходов нефтехимического производства; в угольной промышленности для гидро­транспорта угля и угольного шлама и др. Эти насосы также можно использовать при подаче песка, грунта, гравия и других абразивных веществ.

В.2 Оценка стоимости жизненного цикла СВН

В разных отраслях народного хозяйства при подборе насосов большое внимание уделяется определению общей стоимости жизненного цикла (LCC) насосного оборудования [13] как основного показателя экономического использования.

Жизненный цикл насосов представляет полную стоимость насосного оборудования за весь срок эксплуатации, в том числе на приобретение и монтаж, расходы на обслуживание, ремонт и демонтаж насосной установки. Основная цель анализа жизненного цикла заключается не в приобретении необходимого оборудования по более низкой цене, а в том, чтобы использовать надежное и энергоэффективное оборудование с минимальными эксплуатационными затратами.

Оценка стоимости жизненного цикла основывается на расчете длительности срока эксплуатации насоса от момента приобретения до полной его утилизации и по данным Europump включает следующие составляющие расходов:

LCC = Синв + См + Сэл  + Сэксп + Стех + С + Сэк + Сд,                        

где LCC – стоимость жизненного цикла; Синв – инвестиционные расходы (стоимость приобретения  насосного оборудования); См – расходы на монтаж (стоимость монтажа и пусконаладочных работ); Сэл – расходы на электроэнергию; Сэксп – эксплуатационные расходы (расходы на оплату обслуживающего персонала при штатной работе насосного оборудования);  Стех – расходы на техническое обслуживание (стоимость обслуживания и ремонта); С – расходы, которые связаны с простоем (стоимость потерь от простоя оборудования); Сэк – экологические расходы (стоимость природоохранных мероприятий); Сд – расходы на демонтаж (стоимость работ для демонтажа и утилизации оборудования).

В первую очередь выделяют и анализируют актуальные и неизбежные статьи расходов каждого предложенного варианта насоса. Затем определяют статические и динамические статьи расходов, которым уделяется особое внимание, поскольку они имеют ключевое значение для эффективной и бесперебойной работы насоса. Основная цель анализа заключается в том, чтобы приобрести надежное и энергоэффективное оборудование, которое обеспечит минимальные расходы в процессе его срока эксплуатации.

На рис. 1 приведена типичная структура стоимости жизненного цикла насосной установки среднего размера, при помощи которой можно проанализировать работу насоса в технологических линиях промышленных предприятий.

Рисунок 1 – Типичная структура стоимости  жизненного

цикла насосной установки среднего размера

Часто для проведения технико-экономического обоснования или оценки срока окупаемости используют такой показатель, как начальная стоимость оборудования (иногда учитывают и стоимость монтажа). При этом абсолютно не берется во внимание то, что эта цена составляет лишь часть  общей суммы расходов, которые несет потребитель от момента приобретения до момента утилизации насосного оборудования, а сюда входят и стоимость потребляемой электроэнергии, и расходы на техническое обслуживание, и расходы на ремонт, и т. д.

Снижение стоимости жизненного цикла насосного оборудования проводится в двух направлениях.

Первое направление – это снижение потребления энергоресурсов. К нему можно отнести:

а)  повышение КПД как самих насосов, так и насосных установок;

б)  изготовление насосов непосредственно под потребителя;

в)  использование более эффективных электродвигателей;

г) широкое применение устройств оптимизации работы насосов, например изменения частоты вращения вала привода.

Второе направление – снижение расходов на эксплуатацию и ремонт (сервисное обслуживание, текущие ремонты и расходы на обслуживающий персонал), а это:

а)  минимизация влияния человеческого фактора на работу оборудования;

б) широкое использование приборов контроля и регулирования насосов в процессе эксплуатации в сочетании с системами ранней диагностики и предупреждения неисправностей;

в) уменьшение эксплуатационных и ресурсных расходов на использование оборудования в течение всего жизненного цикла;

г) квалификация обслуживающего персонала и минимизация времени на ремонт насосов (использование блочно-модульной конструкции, а это взаимозаменяемость деталей насосов, небольшая номенклатура запасных  частей, выгодность ремонта и удобство обслуживания).

Количество электроэнергии и материалов, которые используются насосной установкой, зависят от типа насоса, вида установки и способа эксплуатации. Эти факторы взаимоувязаны. Начальная цена приобретения насоса является малой частью стоимости его жизненного цикла.

При эксплуатации насосов для перекачивания чистых или малозагрязненных жидкостей в анализе стоимости жизненного цикла основное внимание уделяется первому направлению снижения расходов. Однако в сложных условиях, при перекачивании жидкостей с различными включениями, вязких или газонасыщенных жидкостей, затраты на устранение износа, обслуживание, запчасти, незапланированные простои, потерю производительности, замену уплотнений и устранение повреждения продукции в насосе будут составлять основную часть в стоимости жизненного цикла, преобладая над  инвестиционными и текущими эксплуатационными расходами.