ДИАГНОСТИКА
И ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ВЕРТИКАЛЬНОГО НЕФТЯНОГО НАСОСА НПВ 3600-90
В.А.
Смирнов
Приведено описание процесса диагностирования и прогнозирования остаточного
ресурса радиально-опорного подшипника вертикальных насосов, применяемых
на нефтеперекачивающих станциях на подпорных линиях. Кратко даны особенности
объекта, принципы его диагностирования, краткое описание диагностической
программы. для системы ДСА-2001

Рис.1.
Нефтеперекачивающий насос НПВ 3600-90
ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА.
Вертикальные нефтеперекачивающие насосы типа НПВ 3600-90 применяются
на подпорных линиях подачи нефти к магистральным насосам, установленным
на нефтеперекачивающих станциях (НПС). В состав агрегата входят одноступенчатый
вертикальный насос производительностью 3,6 м3/с и приводящий его во вращение
вертикальный 3-х фазный асинхронный электродвигатель типа ВАОВ-710/L-4
с короткозамкнутым ротором, выполненный во взрывозащищенном исполнении
мощностью 1250 кВт. Двигатель предназначен для работы на открытых площадках
от сети переменного тока с номинальным напряжением 10000 В и частотой
50 Гц (ток статора-130А) во взрывоопасных помещениях и наружных установках.
Соединение двигателя с насосом осуществляется посредством шлицевых муфт,
компенсирующих осевые усилия, действующие на вал двигателя.
УСТРОЙСТВО
ДВИГАТЕЛЯ.
-
Основные узлы двигателя: статор, ротор, подшипниковые узлы взрывозащиты,
крышки подшипников, подшипники, внутренние и наружные центробежные вентиляторы,
подставки.
Статор состоит из станины, пакета статора, обмотки.
Станина состоит из двух торцевых плит, стянутых между собой продольными
ребрами, и наружного цилиндра, приваренного к плитам. От осевого перемещения
пакет статора зафиксирован при помощи шпонки.
Ротор состоит из вала с напрессованным на него сердечником,
пазы которого залиты алюминием. Сердечник ротора состоит из отдельных
пакетов. Сам ротор динамически отбалансирован совместно с внутренними
вентиляторами, насаженными на вал двигателя.
Подшипниковый узел взрывозащиты состоит из двух неподвижных
крышек, образующих кольцевой паз, в котором размещены три "плавающих"
латунных кольца, свободно установленных на валу.
На двигателе в верхней его части установлен сдвоенный
шариковый радиально-упорный подшипник серии 6-44633ОЛ, в нижней части
- роликовый подшипник серии 70-32330. На насосе в верхней части установлены
два радиально-упорных шарикоподшипника серии 46330, а в нижней части -
упрочнённый подпятник. В промежуточной части насоса установлена опора
скольжения.
Конструктивной особенностью агрегата является наличие
высоконагруженного радиально-упорного подшипника двигателя, который определяет
межремотный ресурс агрегата в целом.
В настоящее время период между осмотрами и заменами
смазки подшипников двигателя установлен равным 2000 часам, но, как правило,
в силу объективных причин этот срок в среднем выше на 1000...2000 часов,
поэтому основной задачей диагностирования агрегатов данного типа является
оценка степени износа подшипников и выдача рекомендаций по сроку и объему
ремонта.
Характерные частоты проявления некоторых неисправностей подшипников агрегата
НПВ-3600-90 приведены в табл.1.
ОСНОВНЫЕ
УЗЛЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВИБРАЦИЮ АГРЕГАТА:
- подшипники качения;
- роторы электродвигателя и насоса;
- подшипник скольжения насоса;
- узел соединения валов двигателя и насоса.
Таблица
1. Частоты проявления некоторых неисправностей подшипников качения агрегата
НПВ-3600-90.
Тип
подшипника
|
Кратности
от частоты вращения ротора электродвигателя
|
Дефект
сепаратора
|
Дефект
тел качения
|
Дефект
дорожек внутренн. кольца
|
Дефект
дорожек внешнего кольца
|
6-446330(дв.)
|
0,406
|
2,552
(5,104)
|
7,728
(15,456)
|
5,272
(10,544)
|
70-32330
(дв.)
|
0,411
|
2,298
|
8,251
|
5,749
|
46330
(насос)
|
0,406
|
2,552
|
7,728
|
5,272
|
МЕТОДИКА
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ.
Основой методики диагностирования подшипников качения агрегатов
НПВ-3600-90 является определение вибрационных параметров, характеризующих
износ и разрушения подшипников. По результатам проведенных исследований
на агрегатах JАО "Верхневолжскнефтепровод" (JАО "ВВН")
были определены частотные области, характерные для разрушений высоконагруженных
подшипников качения.
Эти области располагаются в диапазоне 3...7 кГц. Высокочастотный
характер возбуждения в этих областях определяется изменением сил трения
в высоконагруженном подшипнике, работающем в условиях частичного или полного
проскальзывания тел качения.
Сравнительные данные для нормального и изношенного подшипников приведены
в табл. 2.
Наиболее чувствительной характеристикой износа подшипников
качения электродвигателя является спектральная плотность виброускорения
- (м/c2)2 в полосе 3...7 кГц.
Характерные спектры для плохих и хороших подшипников
качения электродвигателя вертикальных насосов приведены на рис. 2-4.
На рис.5 представлена усредненная прогнозная кривая, позволяющая приближенно
оценивать время до замены подшипников. Кривая получена по данным обследований
агрегатов НПВ-3600-90 АО "ВВМН".
Указанные характеристики вибрации вертикальных насосов,
а также ряд других, полученных в процессе исследований, были использованы
для разработки программы диагностики, которая была разработана с использованием
редактора методик из состава "Эксперт-1".
Автоматизированное диагностирование состояния подшипников
может осуществляться по шагам или полностью автоматически (в зависимости
от желания оператора).

Рис.2.
Спектры виброускорения (т.1о) плохого (1) и хорошего (2) радиально-упорного
подшипника электродвигателя вертикального насоса.

Рис.3.
Спектры виброускорения (т.3о) плохого (1) и хорошего (2) радиально-упорного
подшипника электродвигателя вертикального насоса.

Рис.4.
Спектры виброускорения (т.2о) плохого (1) и хорошего (2) радиально-упорного
подшипника электродвигателя вертикального насоса.

Рис.5.
Усредненная прогнозная зависимость спектральной плотности виброускорения
в полосе 3...7 кГц от времени наработки подшипников качения электродвигателя
агрегата НПВ-3600-90.
МАРШРУТ
ОБСЛЕДОВАНИЯ
Виброобследование проводится по. маршруту, который определяет перечень
точек и направлений измерений, а также режимы анализа вибрационных сигналов.
Маршрут сформирован в виде отдельных заданий, каждое
из которых содержит необходимую информацию по его выполнению. Количество
заданий для исследования состояния подшипников агрегата- 6. Измерения
проводятся в 3-х точках на рабочем режиме работы агрегата (рис.6). В каждой
точке измерения проводятся в 2-х направлениях- осевом и радиальном и в
2-х частотных диапазонах - 2 и 8 кГц с разрешением, соответственно, 0,8
и 3,2 Гц. Измеряемый параметр- виброускорение. Время выполнения маршрута
- 10-15 мин.
Каждое задание обеспечивает одновременное измерение
вибрации по двум каналам при использовании диагностической системы ДСА-2001.
Полученные в ходе выполнения маршрута данные автоматически заносятся в
базу данных.
Для выполнения маршрута оператору следует устанавливать
датчики в точки измерения, правильно сориентировав их по направлениям
измерения, и запустить режим "Измерение" прибора ДСА-2001 (далее
следовать подсказкам на дисплее). При измерении предусмотрен визуальный
контроль измеренных спектров.
ДИАГНОСТИРУЕМЫЕ
НЕИСПРАВНОСТИ
Программа позволяет диагностировать износ и разрушение дорожек
и тел качения подшипников качения двигателя и насоса.

Рис.
6. Схема установки датчиков в точки измерения: 1 - вибродатчик; 2 - кронштейн;
3 - объект.
Таблица
2. Сравнительные данные уровня виброускорения (м/с2) и спектральной плотности
( (м/с2)2 ) для изношенного и хорошего радиально-упорного подшипника электродвигателя
агрегата НПВ-3600-90.
Подш
- к
|
Точка
1
|
Точка
2
|
Точка
3
|
Спектральная
плотность в
полосе
3-7 кГц в т.1-осевая
|
осевое
|
рад-е
|
осевое
|
рад-е
|
осевое
|
рад-е
|
Хороший
|
1,2
|
0,8
|
1,1
|
0,8
|
0,8
|
-
|
25
|
Плохой
|
4,2
|
1,6
|
2,5
|
1,2
|
1,3
|
-
|
170
|
|