ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Центробежные насосы применяют как при бурении скважин для подпора поршневых буровых насосов и для подачи глинистого раствора к гидроциклонам, так и при эксплуатации нефтяных месторождений для внутрипромыслового сбора нефти и на установках первичной обработки нефти.

Эти насосы перекачивают нефть, нефтепродукты, сжиженные газы, щелочи, кислоты и работают в широких диапазонах подачи, напора и температуры.

Все это говорит о многообразии конструкций центробежных насосов. Наиболее употребительны следующие конструкции: одностороннее расположение опор в консольных насосах при вертикальных разъемных корпуса; моноблочное исполнение, при котором рабочее колесо крепится на удлиненном валу электродвигателя, а подшипники последнего являются одновременно подшипниками насоса; с расположением подшипников по обе стороны насоса с горизонтальным разъемом корпуса: бескорпусное использование, при котором каждая ступень насоса выполняется в виде отдельной секции, а затем все ступени стягиваются длинными болтами вместе с концевыми секциями, в которых расположены опоры.

Все это не позволяет дать единую схему разборки и сборки центробежных насосов, а также единую схему чередования ревизий, текущих и капитальных ремонтов. Приведем лишь объем работ по видам ремонтов.

Техническое обслуживание насоса проводится через каждые 700—750 ч работы и предполагает следующие работы: проверку подшипников (при необходимости их смену или перезаливку; очистку и промывку картеров, смену масла, промывку масляных трубопроводов; ревизию, а при необходимости и смену сальников и защитных гильз; проверку муфты и уплотнений крышек подшипников; промывку и продувку паром труб системы гидрозапонты: проверку центровки агрегата и надежность его крепления на фундаменте.

При текущем ремонте, который производится через 4300 — 4500 ч работы, осуществляют: ревизию насоса, разборку насоса, проверку биения ротора в корпусе и зазоров в уплотнениях; проверку конусности и эллиптичности шеек вала (возможна их проточка и шлифовка), если насос работает в подшипниках скольжения; тщательный осмотр всех узлов и деталей насоса, устранение замеченных дефектов; смену подшипников качения; проверку состояния корпуса с помощью ультразвуковой или магнитной дефектоскопии.

Капитальный ремонт производится по мере необходимости (обычно через 25000—26000 ч работы), и предполагает: полный объем предыдущих ремонтов; тщательную ревизию всех узлов и деталей; вероятную замену по результатам контроля рабочих колес, валов, уплотняющих колец корпуса, грундбукс, распорных втулок, нажимных втулок сальника; снятие корпуса насоса с фундамента, наплавку и расточку посадочных мест корпуса; для секционных насосов замену отдельных секций; гидравлическое испытание насоса при избыточном давлении, превышающем рабочее на 0,5 МПа.

На нефтепромыслах широкое распространение получили многосекционные насосы МС или ЦНС. Остановимся на особенностях разборки и сборки этих насосов.

После снятия полумуфты с применением съемника, поставляемого заводом-изготовителем с насосом, подают ротор в сторону всасывания до упора разгрузочного диска во втулку пяты и помечают на валу положение стрелки указателя осевого сдвига. Только после этого разбирают подшипники и вынимают вкладыши.

На валу насосов с разгрузочным диском имеются три контрольные риски глубиной 0,2 мм, а на корпусе закреплен указатель. Первая риска со стороны всасывания насоса показывает положение ротора при упоре вала во втулку упорную. Средняя риска показывает, что разгрузочный диск касается подушки пяты. Третья риска — это положение ротора при допустимом износе гидропяты.

Разгрузочный диск гидропяты демонтируют с вала также специальным съемником, поставляемым с насосом. Снимать пяту с насоса без необходимости не рекомендуется. В случае ее износа, отвинчивая специальным ключом винты нажимного фланца, снимают фланец, а затем выпрессовывают из корпуса разгрузочного устройства пяту.

Рабочие колеса следует снимать с вала, не допуская заедания, поочередно с секциями, которые выводятся из заточки при помощи отжимных винтов, поставляемых с насосом. Направляющие аппараты из секций вынимать не рекомендуется во избежание ослабления посадки их в секциях. При необходимости секции следует подогреть и, воспользовавшись отжимными винтами, вынуть направляющий аппарат. При разборке ротора и секций нужно проверить наличие клейм, показывающих последовательность деталей, менять детали местами категорически воспрещается. Перед разборкой деталей необходимо помечать их взаимное расположение. Следует также помечать две стороны симметричных деталей. Категорически воспрещается наносить метки по посадочным, уплотняющим и стыковым поверхностям. Узлы и детали, снятые с машин, необходимо протереть насухо и смазать антикоррозионной смазкой. Уплотнительные кольца из резины, меди, паронита и картона, бывшие в употреблении, использованию не подлежат.

При разборке узлов и деталей следует контролировать состояние посадочных мест и уплотняющих торцов.

Перед сборкой насоса необходимо протереть все детали.

При замене деталей запчастями проверяют их соответствие чертежу и при необходимости производят подгонку по месту. При изготовлении запасных частей в ремонтной мастерской не допускается замена материалов и ослабление требований, предъявляемых чертежами завода-изготовителя.

Перед установкой деталей проверяют отсутствие забоин, заусенцев и рисок на уплотняющих и посадочных поверхностях. Дефекты устраняют шабрением, шлифовкой или притиркой.

Рабочие колеса и секции собирают на валу, проверяя осевой зазор в каждой ступени. Суммарный осевой разбег ротора должен быть в пределах 6—8 мм. Разгрузочное устройство должно быть собрано таким образом, чтобы после установки диска осевой разбег ротора составил половину замеренного до его установки.

Это может быть достигнуто либо установкой металлических прокладок толщиной 0,3 мм под пяту, либо подрезкой торца разгрузочного диска. Суммарную толщину прокладок, или величину подрезки торца, определяют замерами после пробной установки напорной крышки с пятой и установки разгрузочного диска на вал. С тем, чтобы обеспечить перпендикулярность торца пяты, винты нажимного фланца смазывают антифрикционной смазкой, а затем равномерно затягивают, применяя динамометрические ключи. Момент затяжки обычно оговаривает завод-изготовитель. Неперпендикулярность торца разгрузочного диска при его обработке не должна превышать 0,02 мм.

Прилегание торца разгрузочного диска к пяте проверяют по краске. Пятно касания должно быть равномерным по окружности и занимать не менее 70% опорной площади. Вновь устанавливаемый разгрузочный диск должен быть статически отбалансирован. Если на роторе насоса меняют только диск, чтобы избежать динамическую балансировку всего ротора, а также при отсутствии оборудования для динамической балансировки, вновь устанавливаемый разгрузочный диск статически балансируют с заменяемым. Для этого необходимо изготовить оправку, на которую установить симметрично заменяемый и новый разгрузочный диски.

При этом шпонки дисков должны располагаться под углом 180° друг к Другу. Очевидно, дисбаланс при статической балансировке следует снимать с вновь устанавливаемого диска.

Если при замене деталей насоса или перезаливке вкладышей оказалась нарушенной центровка ротора относительно статора, необходимо произвести перецентровку корпусов подшипников. Эту операцию осуществляют при снятых верхних половинах вкладышей регулировочными винтами, при этом гайки, крепящие корпуса подшипников к концевому уплотнению и входной крышке, следует ослабить так, чтобы 0,03-мм щуп между сопрягаемыми торцами не проходил. При смещении подшипников не допускать изгибы ротора излишним натягом регулировочных винтов. После центровки необходимо заштифтовать корпусы подшипников. Качество центровки проверяют проворачиванием ротора от руки. Без сальниковой набивки он должен легко проворачиваться.

Кольца мягкой набивки сальников следует устанавливать таким образом, чтобы разрезы были смещены на 90° по отношению друг к другу. Первый пуск насоса рекомендуется производить с ослабленной нажимной втулкой, а ее подтяжку осуществлять после достижения полного числа оборотов, доведя утечку до нормы.

После каждого поворота гаек на 1/6 оборота необходима обкатка сальника продолжительностью 1—2 мин. При быстром подтягивании сжимаются только наружные кольца и не происходит равномерного распределения усилия затяжки вдоль сальника. После полной сборки насоса следует подать ротор в сторону всасывания до упора разгрузочного диска в пяту и установить указатель осевого положения ротора. Положение ротора должно быть такое же, как перед разборкой, если не заменялись детали гидропяты. При замене деталей гидропяты необходимо установить указатель против средней риски на валу насоса.

При неправильной регулировке осевого зазора или вследствие износа пяты центробежные колеса смещаются в сторону всасывания и их передние диски начинают тереться о направляющие аппараты и выходят из строя. Кольцевые выработки стальных колес восстанавливают наплавкой с последующей проточкой на токарном станке. Сильно изношенные диски удаляют механической обработкой и с помощью электрозаклепок приваривают-новые.

Далее осуществляют чистовую токарную обработку восстановленной части колеса.

Чугунные колеса заменяют новыми или заплавляют медным электродом с последующей проточкой.

Срок службы рабочих колес, а также подачи и к. п. д. насоса зависят от качества изготовления колес и правильности выбора материала для них.

В зависимости от назначения насоса рабочие колеса изготовляют из серого чугуна, из кремнистого сплава ферросилид для перекачки кислот, из хромистых сталей 1X13; 2X13; 3X13; 1Х18Н9Т.

Колеса бывают литые из стали или стальные сварные. Кроме механического износа, колеса подвержены кавитации, коррозионному и эрозионному износам.

Если содержание солей в обессоленной нефти составляет менее 50 мг/л, то чугунные колеса и колеса из углеродистой стали работают примерно 4500—5000 ч. Дольше находятся в эксплуатации рабочие колеса из нержавеющих сталей, но почти не подвергаются износу под химическим воздействием рабочие колеса из капрона.

Кавитационные и эрозионные раковины заваривают электросваркой. Обнаруженные трещины рассверливают по концам, их кромки разделывают и заваривают электросваркой. Дефекты колес, изготовленных из нержавеющих сталей 2X33 или 1Х18Н9Т, устраняют сваркой электродами 0Х18Н9Т. Х18Н12М или Х25Н15. После заварки трещин и глубоких раковин колесо подвергают термической обработке при следующем режиме: нагрев до температуры 600—650° С, выдержка при этой температуре в течение 2—6 ч и охлаждение до температуры 150" С.

После ремонта рабочее колесо подвергают статической балансировке.

Как показывает зарубежный опыт, в абразивных средах очень хорошо работают насосы с обрезиненными рабочими органами, применяемыми первоначально для перекачки кислот.

Защитные гильзы служат для предохранения вала насоса от разрушения в местах работы сальниковых уплотнений и относятся к числу наиболее быстро изнашивающихся деталей центробежных насосов. Материалом для изготовления защитных гильз в условиях ремонтного цеха обычно служат кузнечные и трубные заготовки, прокат углеродистых сталей, литые чугунные втулки или болванки, прокат легированных сталей.

Для повышения износоустойчивости втулок рабочие поверхности гильз наплавляют сормайтом или стеллитом. В случае невозможности наплавки рекомендуется подвергнуть втулки термообработке, достигнув для легированных сталей твердости НВ 350—400 и для углеродистых НВ 260—320.

Гильзы, наплавленные твердыми сплавами, следует хромировать. Опыт показывает, что хромированные гильзы более долговечны. Хорошо зарекомендовали себя защитные гильзы с железненной рабочей поверхностью, твердость которой достигает HRC 50—56. Необходимо отметить, что в случае качественной подготовки поверхности по твердое железнение и самого нанесения слоя железа защитные гильзы с железненной поверхностью работают без видимого износа на холодных нефтях 12000— 15 000 ч. При этом после шлифовки гильзы могут снова находиться в эксплуатации.

Хорошие результаты дает метод борирования или электролитической обработки в расплавленной буре поверхности защитных гильз.

Технология обработки заключается в следующем. Тщательно обезжиренную, промытую и просушенную деталь подвешивают

над ванной и нагревают до 60—80° С. Затем деталь опускают в ванну на 15—20 мм ниже зеркала расплавленной буры (t — = 920 — 950° С) и выдерживают в течение 10 мин. Деталь в процессе борирования является анодом, а корпус ванны — катодом. Включают ток, плотность которого обычно колеблется в преде­лах 0,1—0,15 А/см², и держат деталь в ванне в течение 4 ч. Далее ее вынимают, охлаждают на воздухе до 60—80° С, промывают, сушат и шлифуют пастой ГОИ. Толщина слоя борирования составляет 0,2 — 0,45 мм.

Технические условия на гильзы предусматривают обычно очень жесткие допускаемые биения торцов гильз относительно осей, внутренних посадочных мест и рабочих поверхностей, так как это является одним из основных условий нормальной работы сальниковых уплотнений. Указанные допуски колеблются в пределах 0,015—0,025 мм.

Наружный диаметр защитной гильзы выдерживают в пределах допусков скользящей или ходовой посадки третьего класса точности. Основными дефектами защитных гильз после их эксплуатации обычно бывают кольцевые задиры и наружный износ. Для их устранения наружную поверхность гильзы рекомендуется обрабатывать по наружному диаметру на токарном или шлифовальном станке. Эта операция производится при помощи специальной разжимной оправки, фиксирующей концентричность диаметров гильзы и предохраняющей ее ось от искривления. Гильзы обязательно шлифуют, если величина конусности их превышает 0,1 мм, а величина эллиптичности или волнистости равна 0,03— 0,04 мм. Для гильз, наплавленных сормайтом или стеллитом, допускается уменьшение наружного диаметра шлифовкой до величины, обеспечивающей после проточки толщину наплавленного слоя не менее 0,5—0,6 мм при обычной его толщине 1,8—2 мм. Для ненаплавленных гильз проточка по наружному диаметру допускается не более чем по 1,5 мм на сторону.

Наиболее вероятными дефектами валов являются искривления, износ шеек и резьбы, а также поломка.

Аварии с валами насосов, перекачивающих нефтепродукты, приводят, как правило, к серьезным последствиям. Поэтому к выбору материалов, технологии изготовления и ремонту валов надо подходить очень тщательно.

Если износ посадочных мест, шпоночных канавок и резьб вала ротора незначительный, то вал проверяют на изгиб. Допустимое биение шеек вала центробежного насоса под подшипники равно 0,025 мм, биение посадочных мест под защитные гильзы и полумуфты 0,02, а под рабочие колеса — 0,04 мм. Изогнутые валы насоса можно исправить при помощи наклепа или термо­механическим способом. После правки вал можно допустить к сборке в том случае, если его биение не превышает 0,015 мм.

Посадочные места под подшипники скольжения с элипсностью и конусностью менее 0,04 мм рекомендуется шлифовать до уменьшения номинального диаметра на 2—3%. При большом искажения геометрической формы шеек, а также при ослаблении посадки подшипников качения и износе других посадочных мест вал протачивают до выведения износа, а затем наплавляют электросваркой и подвергают механической обработке.

Изношенные шпоночные канавки заплавляют и фрезеруют новые, резьбы стачивают, наплавляют, а затем после обточки нарезают нормального размера.

При наплавочных работах тип и марку электродов выбирают в зависимости от материала вала ротора. Так, для валов, изготовленных из стали 40Х, рекомендуются электроды типа Э55А марки УОНИ-13/55, из стали ЗОХМА — электроды типа ЭП-6-0 марки ЦЛ-7.

В центробежных насосах применяют как опоры качения, так и опоры скольжения. Ревизию опор качения должны производить через каждые 700—750 ч работы насоса.

Подшипники заменяют, если зазор между шариками и обоймой превышает 0,1 мм — для подшипников с внутренним диаметром до 50 мм, 0,2 мм — для подшипников диаметром 50—100 мм и 0,3 мм — для подшипников диаметром свыше 100 мм.

При диаметральном зазоре между обоймой и корпусом подшипников более 0,1 мм их также заменяют. Если такая мера недостаточна, то корпуса подшипников растачивают и в него запрессовывают гильзу. Гильзы изготовляют из стали или чугуна и на легкопрессовой посадке на сурике собирают с картером. Для прохода смазки в гильзе на долбежном или строгальном станке делают канавку. Проворачивание гильзы в картере предотвращают креплением ее стопорной шпилькой МЗ или М5.

При ревизии подшипников необходимо тщательно проверить поверхность обойм и шариков на отсутствие повреждений, трещин, выкрашивания, следов ржавчины). При наличии их и появлении цветов побежалости, что указывает на перегрев подшипников, их заменяют.

Если при проверке подшипников скольжения обнаружен большой радиальный и торцовый износ, образование в них трещин или отслаивание баббита, то их необходимо перезалить. Для заливки вкладышей можно использовать баббиты Б-83, БН, Б-6 и Б-16. Лучший из них баббит Б-83.

Торцовые уплотнения широко применяются в химических насосах. Износ подвижных втулок торцовых уплотнений может быть компенсирован наплавкой твердыми сплавами с последующей шлифовкой, полировкой и притиркой. В последнее время вместо наплавки используют также железнение. Твердость наплавленных поверхностей должна быть в пределах 40—50 HRC для стеллита ВЗК и 45—55 HRC для сормайта N° 1. На поверхностях втулок не допускаются никакие дефекты.

При изготовлении неподвижных втулок из углеграфита на токарных станках применяют резцы с острыми углами между гранями. Пропитку углеграфитовых втулок или гальваническое покрытие медью наружных поверхностей этих втулок производят после их токарной обработки. Заключительной операцией также является притирка. В кислотных насосах неподвижную втулку можно выполнить из фторопласта-4. Этот материал имеет низкий коэффициент трения по металлу и надежен в условиях сухого трения.

Вместо оптического метода контроля качества притирки в условиях ремонтных цехов сопрягаемые поверхности проверяют «на карандаш». Для этого на рабочие торцы деталей торцового уплотнения наносят восемь-двенадцать радиальных рисок. Затем одну из деталей под легким нажимом проворачивают относительно другой на пол-оборота. Детали считаются хорошо притертыми, если риски карандаша вытираются по всей окружности. Торцовые уплотнения, как правило, испытывают непосредственно на насосах.

Наиболее вероятными дефектами корпуса центробежного насоса являются: коррозионный износ отдельных мест внутренней поверхности; износ посадочных мест; забоины и риски на плоскости разъема, местные трещины.

Коррозионный износ рекомендуется устранять при помощи наплавки металла электросваркой. Дефектные места под сварку подготавливают зачисткой их от нефтепродукта и следов коррозии при помощи пневматических зубил и пневмошлифовальных машинок с абразивным кругом или металлической щеткой. Стенки вырубленного и подготовленного под сварку участка корпуса должны быть скошены под угол. Для наплавки корпусов из углеродистой стали используют электроды Э-42 или Э-42А. Корпуса с толщиной стенок до 25 мм перед сваркой не подогревают; при толщи­не стенок свыше 25 мм завариваемый участок нагревают до 50—70°С.

Для корпусов насосов из стали Х5М-Л вне зависимости от толщины стенок рекомендуется местный подогрев завариваемых участков до 200—250° С. В этом случае сварку ведут электродами типа Э-Х5МФ марок ЦЛ-16 и ЦЛ-17. После наплавки производят отпуск при 650° С. Корпуса насосов из чугуна заваривают медно-стальными электродами или специальными электродами для чу­гуна. Трещины в корпусе заваривают электросваркой аналогично рабочим колесам.

Риски, забоины и вмятины на плоскостях разъема корпусов насосов устраняют зачисткой шабером или заваркой отдельных мест с последующей зачисткой. При значительном износе привалочных поверхностей или большом числе дефектов плоскости разъема следует проточить или профрезеровать. После исправления дефектов корпуса все посадочные места в нем проверяют на расточном или токарном станке и, если нужно, растачивают до указанных в чертеже размеров. Коррозионный износ посадочных мест корпуса восстанавливают аналогично.