ПРИМЕР МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

 

 

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

ЭТАПЫ МОДЕРНИЗАЦИИ

 

  1. Составление плана - графика работ

  2. Дефектовка полученных насосов и получение его геометрии

     2.1. Дефектовка полученных насосов

     2.2. Получение геометрии полученных под модернизацию от Заказчика насосов

  3. Выполнение расчетов для модернизации под проектные значения

     3.1. Расчет гидравлической пары. Разработка 3D модели

     3.2. Испытания рабочей ступени

     3.3. Выполнение расчетов и новая компоновка модернизированного насоса

     3.4. Выполнение расчетов подшипниковых узлов

     3.5. Модернизация магнитной муфты. Замена магнитов

     3.6. Формирование комплекта КД, нормоконтроль и технологический контроль, передача в производство

  4. Производство

     4.1. Подготовка производства

     4.2. Изготовление заготовок. Пооперационный контроль, ОТК

     4.3. Изготовление рабочих колес. Пооперационный контроль, ОТК

     4.4. Изготовление направляющих аппаратов. Пооперационный контроль, ОТК

     4.5. Сборка. Пооперационный контроль, ОТК

     4.6. Испытания

Отличия гидравлических пар насосов до и после модернизации

Отличия насосных агрегатов до и после модернизации

Результат достигнутый после модернизации

 

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Для проведения модернизации от Заказчика получено 2 (два) электронасосных агрегата стороннего производителя, изготовитель данных агрегатов находится в стадии банкротства, выпуск продукции им прекращен, также как и обслуживание и ремонт. Согласно представленной на агрегаты эксплуатационной документации, насосы имеют очень низкие показатели КПД в рабочей зоне – от 22 до 35% и, соответственно, высокое энергопотребление - порядка 90 кВт. Также, представленные насосные агрегаты по своим параметрам не соответствуют проекту и ОЛ.
Параметры полученных агрегатов следующие:

Поставленная задача

В течение 30-и дней провести модернизацию двух насосных агрегатов под требуемые проектом параметры с сохранением параметров подачи и напора, габаритных и присоединительных размеров и без изменения электродвигателей установленных на полученных агрегатах.

 

При этом добиться обеспечения устойчивой работы модернизированного агрегата:

 

- при повышении более чем в три раза до 170оС рабочей температуры перекачиваемой среды;

 

- уменьшенном с 4 до 2,5 м кавитационном запасе;

 

- возросшей более чем в 1,5 раза наибольшей плотности перекачиваемой жидкости до 1160 кг/м3;

 

- снижения потребляемой мощности агрегатов.

 

ЭТАПЫ МОДЕРНИЗАЦИИ

1. Составление плана - графика работ

В рамках реализации данного проекта создана рабочая группа, в кратчайшие сроки определены необходимые для выполнения в рамках проекта мероприятия и работы, их последовательность, рассчитаны трудоемкость и определены ресурсы, и, по результатам, утвержден план – график модернизации полученных от Заказчика насосных агрегатов.

2. Дефектовка полученных насосов и получение его геометрии

2.1. Дефектовка полученных насосов

Произведена разборка насосных агрегатов и проверка целостности и наличия всех сборочных единиц и комплектующих деталей, составлена соответствующая ведомость. Выяснилось, что все детали насоса имеют очень низкое качество изготовления (высокое значение шероховатости, сварные швы плохо зачищены, часть не зачищена и вовсе, т.к. конструкция не позволяет провести качественную зачистку сварных соединений лопатки и дисков и т.п.) присутствуют следы коррозии, хотя производителем заявлена проточная часть из коррозионностойкой стали.

2.2. Получение геометрии полученных под модернизацию от Заказчика насосов

Проведена работа по снятию размеров с узлов и деталей полученного насоса для возможного их использования в новой разработке. Дефектовка с использованием 3D-сканера обеспечила возможность существенно сократить сроки проведения данных работ. По результатам данных работ смоделирована геометрия принятых от Заказчика насосных агрегатов.

3. Выполнение расчетов для модернизации под проектные значения

3.1. Расчет гидравлической пары. Разработка 3D модели

Принимая во внимание тот факт, что модернизация двух насосов должна быть выполнена в очень сжатые сроки (30 дней), было принято решение постараться максимально использовать детали полученных насоса. Такое решение позволит снизить трудоемкость при доработке по отношению к вновь изготавливаемым деталям и минимизировать сроки производства работ. Учитывая предельно низкий КПД полученных от Заказчика насосов (КПД менее 35%) специалистами компании была смоделирована новая гидравлическая пара с макс. возможным КПД в условиях ограничения ее габарита соответствующему габариту корпуса исходного насоса. Данное решение было принято с целью минимизации объёма доработок полученных агрегатов и, соответственно, минимизации сроков доработки и поставки/отгрузки модернизируемых насосов Заказчику. Расчеты и моделирование новой гидравлической пары насосов под требуемые параметры и с заданными ограничения позволили достичь в ограниченных габаритах на новой гидравлической паре КПД более 68%. В рамках заданного снижения кавитационного запаса с 4 до 2,5 м. была дополнительно рассчитана и смоделирована антикавитационная ступень.

В кратчайшие сроки были разработаны 3D модели рабочих колес, отводов лопаточных, а также чертежи новых деталей корпуса и отправлены на завод для подготовки производства. Итого – 3 вида проточных частей, суммарное количество рабочих ступеней насоса – 12 шт.

3.2. Испытания рабочей ступени

Быстрое создание на основе 3D модели новой рабочей ступени из высокопрочного алюминия позволило параллельно провести предварительные испытания рабочей ступени на давление, объем и кавитационный запас. Ступень показала хорошие результаты полностью соответствующие расчету. Абсолютная точность выполненных расчетов позволила избежать повторных испытаний и значительно сократить время модернизации насосных агрегатов.

3.3. Выполнение расчетов и новая компоновка модернизированного насоса

По результатам расчетов и натурным испытаниям новой геометрии рабочей пары насосов, в кратчайшие сроки была скомпонована оптимальная конструкция и в результате вместо 8-и рабочих ступеней (на принятом от Заказчика насосе) присутствует 12-ть. При этом, данное решение позволило нашим специалистам сохранить с доработкой три крупногабаритные части корпуса с фланцами (промежуточный, всасывающий и напорный) и валы агрегатов.

Одновременно, для оперативного решения задачи по модернизации были рассчитаны нормы материала для заготовок ступеней и отправлены в производство для изготовления заготовок.

3.4. Выполнение расчетов подшипниковых узлов

3.5. Модернизация магнитной муфты. Замена магнитов.

Спектральный анализ магнитов показал использования NdFeBr сплава, что, в связи с возросшей температурой перекачиваемой жидкости до 170С, потребовало их замены на Sm2Co17. Предел использования магнитов из неодим-железо-бор сплава лежит в интервале температур до 120 °С, из самарий-кобальта - до 360 °С.

3.6. Формирование комплекта КД, нормоконтроль и технологический контроль, передача в производство

4. Производство

4.1. Подготовка производства

Составлен и в кратчайшие сроки согласован и утвержден план – график производства деталей для модернизации полученных от Заказчика двух насосных агрегатов.

4.2. Изготовление заготовок. Пооперационный контроль, ОТК

4.3. Изготовление рабочих колес. Пооперационный контроль, ОТК

4.4. Изготовление направляющих аппаратов. Пооперационный контроль, ОТК

4.5. Сборка. Пооперационный контроль, ОТК

4.6. Испытания

В результате точных расчетов и оперативного проведения испытаний и в соответствии с производственным графиком требуемые к изготовлению детали насосов были оперативно в кратчайшие сроки запущены в производство. Обработка заготовок деталей на обрабатывающих центрах и 5-ти координатных станках с ЧПУ обеспечила кратчайшие сроки изготовления всех деталей. Оперативность, ответственность и параллельное решение всех задач в ходе работ позволили качественно и в намеченные сроки провести модернизацию полученных насосных агрегатов.

Отличия гидравлических пар насосов до и после модернизации

Отличия насосных агрегатов до и после модернизации

Результат достигнутый после модернизации

1.Кавитационный запас

По новым условиям допустимый кавитационный запас должен быть снижен с 4 м до 2,5 м. Данное условие достигнуто за счет усложнения конструкции насосного агрегата в части пересчета геометрии проточной части и установки на входе насосного агрегата антикавитационного колеса.

2. Рабочая температура

По новым условиям максимальная температура перекачиваемой жидкости увеличилась от + 80о С до + 170о С. Это условие достигнуто также за счет усложнения конструкции насосного агрегата, применены другой тип подшипниковой смазки и высокотемпературные подшипники в приводе, а также: применены высокотемпературные магниты; изменена конструкция в отношении тепловых зазоров щелевых уплотнений; в принятом конструктивном решении предусмотрены разницы тепловых расширений карбида кремния и стали.

3.Плотность перекачиваемой жидкости, КПД и энергоэффективность.

По новым условиям плотность перекачиваемой жидкости составляет 1160 кг/м3 вместо 770 кг/м3 до проведения модернизации. Новое значение было учтено при расчете геометрии проточной части и потребляемой мощности насосного агрегата. За счет увеличения КПД рабочих пар с 35% до 65% удалось снизить потребляемую мощность электропривода с 90 кВт до 76 кВт.

Энергоэффективность. Экономические показатели.

Выводы: За десять лет работы экономия электроэнергии от применения ОДНОГО насоса (после модернизации) типа МСТ-ЦН-Г-МХ-К-20/550 по сравнению с представленным на модернизацию аналогом составит по эл. энергии 3 504 000 кВт, в денежном эквиваленте 61 915 680,00 руб. (шестьдесят один миллион девятьсот пятнадцать тысяч шестьсот восемьдесят рублей).