Principais pontos técnicos para projeto, uso e manutenção de bombas centrífugas multi-estágios

O eixo da bomba centrífuga multiestágio é equipado com dois ou mais impulsores em cascata. Comparada com uma bomba centrífuga de{1}estágio único, ela pode atingir uma altura manométrica mais alta; em comparação com bombas de pistão, bombas de diafragma e outras bombas alternativas, ela pode bombear uma vazão maior. As bombas centrífugas multiestágio têm maior eficiência e podem atender às necessidades de condições de alta altura manométrica e alta vazão. Nas indústrias petroquímica, química, de energia, construção e proteção contra incêndio, eles têm sido amplamente aplicados. Devido à sua própria particularidade, em comparação com bombas centrífugas de{5}}estágio único, as bombas centrífugas multiestágio têm requisitos técnicos diferentes e mais elevados em projeto, uso e manutenção. Freqüentemente, devido à negligência das pessoas em alguns detalhes ou consideração insuficiente, as bombas centrífugas multiestágios frequentemente apresentam desgaste anormal, vibração e travamento do eixo após serem colocadas em uso, resultando em desligamento. 1. Aspectos do projeto 1.1 Estrutura básica As estruturas básicas comuns das bombas centrífugas multiestágios incluem o tipo dividido horizontal e o tipo segmentado ou chamado de tipo série multiestágio. A estrutura do tipo split horizontal é caracterizada pelos corpos superior e inferior da bomba sendo transportados através da superfície divisória horizontal do centro do eixo. Os tubos de entrada e saída, parte da voluta e a passagem de fluxo são fundidos na carcaça inferior da bomba. A manutenção e o reparo são relativamente convenientes e, durante a manutenção, a carcaça superior da bomba pode ser removida diretamente, sem desmontar a tubulação da bomba. A estrutura do tipo segmentada é caracterizada por cada estágio ser constituído por um impulsor localizado na carcaça do difusor, sendo o difusor conectado por parafusos e bielas, sendo os estágios conectados em série por hastes fixas. A vantagem é a resistência a alta pressão e menos vazamentos. Porém, durante a manutenção, a tubulação de entrada deve ser desmontada e a dificuldade de desmontagem e montagem é relativamente grande. Geralmente, acredita-se que a bomba multiestágio do tipo bipartido horizontal tem melhor rigidez e menor valor de vibração da bomba do que a bomba multiestágio do tipo segmentado. A estrutura da câmara de sucção da bomba multiestágio do tipo split horizontal geralmente adota um formato semi{17}}espiral, enquanto a bomba multiestágio do tipo segmentado adota principalmente um formato de anel circular. A câmara de saída de pressão de cada estágio, devido à fabricação conveniente da voluta e à alta eficiência de conversão de energia cinética líquida em energia de pressão, a bomba multiestágio tipo divisão horizontal geralmente adota uma estrutura de voluta; entretanto, devido à assimetria do formato da voluta, ela está sujeita à flexão do eixo. Na bomba multiestágio do tipo segmentado, apenas o primeiro e o último estágio podem utilizar a voluta, enquanto o estágio intermediário utiliza um dispositivo de roda guia para converter a energia entre os impulsores primário e secundário. O impulsor de primeiro-estágio da bomba multiestágio é geralmente projetado como um impulsor de-sucção dupla, enquanto os impulsores dos outros estágios são projetados como impulsores de-sucção simples. Para meios com alta temperatura, grande vazão e propensos à cavitação, isso é especialmente verdadeiro. Para bombas com pressão extremamente alta, é difícil ser suportado por um tipo de bomba segmentada de casco único-ou de casco duplo-de estrutura cilíndrica. Portanto, uma bomba de estrutura cilíndrica de casco duplo é frequentemente usada e o corpo da bomba é feito em formato cilíndrico. O corpo cilíndrico da bomba pode suportar pressões mais altas, e o rotor do tipo segmentado ou do tipo split horizontal é instalado no cilindro. De acordo com os padrões e regras relevantes na China, as bombas de alimentação de caldeiras de alta-pressão usam tipo segmentado ou estrutura cilíndrica com casco duplo, e para unidades de geração de energia de 300 MW e acima, as bombas geralmente devem usar estrutura cilíndrica de{34}casco duplo. O invólucro interno do invólucro duplo-adota o tipo segmentado ou estrutura do tipo divisão horizontal. 1.2 Equilíbrio de força axial 1.2.1 Medidas comuns para equilíbrio de força axial de bombas centrífugas multiestágio As medidas para equilíbrio de força axial de bombas centrífugas multiestágio geralmente incluem: arranjo simétrico de impulsores, usando um dispositivo de tambor de equilíbrio, dispositivo de disco de equilíbrio e dispositivo de combinação de tambor de equilíbrio e disco de equilíbrio, etc. como algumas bombas de alimentação de caldeiras de alta-pressão. O arranjo simétrico dos impulsores ou o uso de um dispositivo de tambor de equilíbrio não pode equilibrar completamente a força axial, e a força axial residual ainda precisa ser suportada pelo rolamento axial. As bombas centrífugas multiestágios usam principalmente um disco de equilíbrio com ajuste automático da força axial para equilibrar a força axial. Ao projetar o disco de equilíbrio, o tambor de equilíbrio e outros dispositivos de bombas multiestágios, é necessário configurar tubulações de equilíbrio apropriadas para garantir que o dispositivo de equilíbrio de força axial atenda aos requisitos do projeto. Nos casos de aumento excessivo de temperatura dos mancais e queima dos mancais em bombas multiestágios, muitos são causados ​​pela pequena área de fluxo do tubo de equilíbrio, perda excessiva de resistência da tubulação e capacidade de equilíbrio insuficiente. A literatura [1] também utiliza o dispositivo de tambor de equilíbrio como exemplo e propõe um método de cálculo para o diâmetro do tubo. Para resolver o problema de que o disco de equilíbrio e a sede do disco de equilíbrio de bombas centrífugas de vários-estágios podem entrar em contato, causando danos ao disco de equilíbrio e à bomba, um disco de equilíbrio anti{50}}desgaste de cunha de potência de bomba centrífuga de vários-estágios foi projetado. Esta estrutura é semelhante ao princípio do selo de gás seco em compressores centrífugos: quando o disco de equilíbrio se aproxima da sede do disco de equilíbrio, a cunha de potência pode gerar uma enorme força de abertura, evitando assim o contato entre o disco de equilíbrio e a sede do disco de equilíbrio. Através de testes operacionais, o disco de equilíbrio funciona normalmente e a superfície de trabalho não apresenta desgaste ou arranhões. Pode-se observar que este novo disco de equilíbrio antidesgaste de cunha elétrica pode efetivamente impedir o contato entre o disco de equilíbrio e a sede do disco de equilíbrio. Este disco de equilíbrio em cunha de potência não apenas prolonga a vida útil do disco de equilíbrio, mas também reduz o vazamento da folga do disco de equilíbrio, alcançando economia de energia e redução de consumo. Algumas pessoas propuseram que a força axial gerada pelas bombas multi{57}}estágios se deve ao fato de que cada estágio do impulsor absorve água de um lado. Portanto, eles sugerem melhorar a estrutura do corpo da bomba, do impulsor e do espaçador de estágio para permitir que o impulsor absorva água de ambos os lados, alcançando o equilíbrio da força axial. Dessa forma, nenhuma estrutura de disco de equilíbrio ou tambor de equilíbrio precisa ser configurada, e não há necessidade de considerar o deslocamento axial. 1.2.2 Limitações do disco de equilíbrio e do mecanismo do tambor de equilíbrio a) Condições variáveis: Durante a partida e parada da bomba, a força axial é suportada pelo contato direto entre o disco de equilíbrio e a sede do disco de equilíbrio. O atrito pode fazer com que o disco de equilíbrio e a sede emperrem, queimem ou até quebrem o eixo da bomba; quando a carga muda repentinamente, a força axial muda de acordo, e o rotor também se desloca axialmente, resultando em uma mudança repentina na folga entre o disco de equilíbrio e a sede do disco de equilíbrio, o que pode causar fenômenos de cavitação e vibração. b) Meio de fluxo líquido-sólido bifásico-: A pressão do meio que entra no disco de equilíbrio, tambor de equilíbrio, etc. é a pressão de saída da bomba, e a pressão após o estrangulamento é a pressão de entrada da bomba. Quando o meio flui da área de alta-pressão para a área de baixa-pressão, ele forma um jato de descarga e as partículas sólidas no meio de fluxo bifásico líquido{{69}sólido- desgastarão rapidamente o disco de equilíbrio e a sede do mecanismo de equilíbrio, fazendo com que a bomba não funcione normalmente. 1.3 Deflexão axial A deflexão excessiva do eixo da bomba de centrífugas de vários-estágios É provável que as bombas causem vibração anormal, emperramento do eixo, falha do selo mecânico devido à força irregular na superfície de vedação e outras falhas. É necessário controlar a geração de força radial no projeto e minimizar o valor de deflexão do eixo da bomba durante a operação. As medidas consideradas no projeto geralmente incluem: a) Para bombas multi-estágios com uma estrutura de voluta para orientação e conversão de energia, a assimetria do formato da voluta provavelmente fará com que o eixo dobre durante a operação. Os dois estágios adjacentes da voluta devem ser dispostos separados por 180 graus para reduzir a força radial. b) O número de estágios do impulsor da bomba não deve ser muito grande. Quando necessário, aumente a altura manométrica de cada estágio para garantir a altura manométrica total e reduza o comprimento do eixo da bomba reduzindo o número de estágios da bomba. c) Ao selecionar o material do eixo da bomba de bombas centrífugas multi{81}}estágios, considere a adequação ao tipo de meio, temperatura, etc., e priorize a seleção de materiais com boas propriedades mecânicas abrangentes de resistência e rigidez. d) Ao calcular o diâmetro do eixo da bomba, considere a potência de transmissão, método de partida, força radial, deflexão do eixo e cargas inerciais relacionadas. Além disso, considere a necessidade de resistir à deformação por flexão do eixo da bomba sob condições de vazão não-projetadas. e) Selecione razoavelmente os pontos de apoio do eixo da bomba. 1.4 As medidas anti-de vibração e redução de vibração que podem ser consideradas no projeto incluem: a) Controlar a deflexão do eixo da bomba dentro de uma faixa regular. b) Exigir claramente que o impulsor, o eixo da bomba, etc. sejam submetidos a testes de equilíbrio dinâmico e estático. c) Projete o eixo da bomba de bombas multiestágios como um eixo rígido e a velocidade de operação deve ser menor ou igual a 0,75 vezes a primeira velocidade crítica. d) O impulsor e o eixo da bomba devem ser posicionados de forma independente em um único estágio, e o impulsor e o eixo da bomba devem ser montados com ajuste de interferência e conjunto aquecido para melhorar a rigidez e a velocidade crítica do conjunto do rotor. e) Ao selecionar os materiais do eixo da bomba, impulsor, etc., escolha materiais com boa uniformidade de qualidade e selecione o estado de fornecimento e o método de processamento que possam garantir a uniformidade da qualidade da seção transversal do material. f) Projete folgas radiais e de eixo adequadas para evitar vibrações causadas por atrito anormal, deslocamento axial do rotor e estator e outros fatores. g) Para bombas multi{100}}estágios que usam discos de balanceamento para equilibrar as forças axiais, projete o mecanismo do disco de balanceamento de maneira razoável e correta. 1.5 Bombas multi{102}}verticais Para bombas centrífugas verticais multi{103}}estágios, ao projetar, geralmente considera-se que a força axial total é descendente durante a operação normal. Porém, no início da partida, devido ao fato da pressão de saída ainda não ter subido e a diferença de pressão entre a parte frontal e traseira do impulsor não ter sido estabelecida, há uma força axial ascendente. Alguns desses casos resultam em movimento axial do eixo e superaquecimento no selo mecânico, nas peças do rolamento e na sobrecorrente do motor e, em casos graves, a bomba irá desarmar. O projeto deve considerar a fixação relativa da bucha do mancal e do eixo, de modo que a força axial ascendente seja equilibrada pelo mancal axial. O dispositivo de disco de balanceamento com ajuste automático da força axial possui um grande tamanho estrutural e requer uma tubulação de água de alívio de pressão, que não pode ser instalada em bombas submersíveis de poços profundos limitadas pelo diâmetro do poço. Portanto, o problema do equilíbrio da força axial sempre foi uma questão difícil no projeto de bombas submersíveis para poços profundos de alta{109}altura. Foi introduzido um método para equilíbrio de força axial, que expande o diâmetro da placa de cobertura frontal do impulsor da bomba submersível de poço profundo até a borda da parede interna do corpo da bomba, de modo que a força axial no impulsor atinja seu máximo sob a mesma condição de diâmetro do poço. Ao mesmo tempo, o diâmetro da placa de cobertura traseira do impulsor é reduzido adequadamente, de modo que a força axial no impulsor seja completamente equilibrada. É introduzido outro novo tipo de dispositivo de balanceamento de força axial, que instala um par de pares de atrito dinâmico e estático após o impulsor do último estágio. O anel móvel gira com o impulsor, enquanto o anel estático não gira. O par de vedação da face frontal é preenchido com o líquido de alta-pressão da saída do impulsor do último estágio, e o par de vedação da face traseira é conectado à pressão atmosférica ou à área de baixa-pressão da entrada da bomba. A vedação forma uma diferença de pressão alta e baixa para equilibrar a força axial. Este novo tipo de dispositivo de vedação de balanceamento pode não apenas equilibrar a força axial, mas também não apresentar vazamentos. É adequado principalmente para bombas submersíveis para poços profundos e bombas segmentadas de vários{120}}estágios. Depois de adotar este dispositivo, a eficiência total da bomba pode ser aumentada em 3% - 6%. 1.6 Bombas centrífugas multi-estágios para transporte de fluxo bifásico-sólido líquido-sólido 1.6.1 Equilíbrio de força axial Para bombas centrífugas multiestágios segmentadas-de polpa que transportam polpa como pasta de cimento e pasta de minério, a erosão e abrasão da pasta fazem com que todas as lacunas de vedação anulares entre o rotor e o estator da bomba aumentem. O disco de balanceamento e a sede do disco de balanceamento são pressionados juntos sob a ação da força axial, resultando em desgaste rápido. Todo o componente do rotor se move axialmente e o impulsor colide e esfrega com o defletor da seção intermediária e o anel de vedação em alta velocidade, causando fragmentação. Isso levou a vários acidentes graves. Para prolongar a vida útil de revisão deste tipo de bomba e diminuir a taxa de desgaste da folga de vedação, as seguintes medidas foram tomadas no projeto: ① Melhorar o mecanismo de balanceamento da bomba e fabricar uma sede do disco de balanceamento (placa de equilíbrio), dois discos de balanceamento, conforme mostrado na Figura 1. Isso pode reduzir a perda de vazamento do mecanismo de balanceamento no estágio inicial de operação da bomba e garantir a segurança e confiabilidade da bomba no estágio posterior de operação. A vida útil da bomba para grandes revisões também é estendida. ② O impulsor, o anel de vedação, a luva do eixo, a luva da roda guia, o disco de balanceamento e a sede do disco de balanceamento são tratados por soldagem por spray. Na primeira fase do grande projeto domesticado de fertilizante de nitrogênio de Huilu Hengsheng, a bomba de polpa de alta-pressão usou bombas centrífugas segmentadas de múltiplos-estágios, e o dispositivo de balanceamento de força axial adotou o método "tambor de equilíbrio + rolamento de impulso". Devido ao mau equilíbrio da força axial e ao projeto de resistência insuficiente do eixo da bomba, acidentes como danos ao tambor de equilíbrio, queima do rolamento, emperramento do eixo e quebra do eixo ocorreram várias vezes durante o uso. Uma bomba centrífuga horizontal de vários estágios-aberta e horizontal foi adotada, e o impulsor foi disposto simetricamente para equilibrar automaticamente a maior parte da força axial. A força axial residual era suportada pelo rolamento de impulso e não havia disco de equilíbrio, tambor de equilíbrio ou outro mecanismo de equilíbrio. A condição de operação-no local foi boa e todos os indicadores de desempenho atenderam totalmente aos requisitos de uso. 1.6.2 Vedação seccional e da extremidade do eixo Para superar e evitar o efeito abrasivo de partículas duras em meios de fluxo líquido-sólidos de duas{150}} fases nas peças rotativas e estacionárias, todos os anéis de vedação do corpo da bomba e luvas de estrangulamento, as luvas de vedação da bomba-multiestágio adotaram uma estrutura de vedação de ranhura helicoidal reversa, reduzindo abrasão de partículas. Na extremidade do eixo, foi adotada uma estrutura de vedação combinada de vedação espiral de labirinto sem contato e vedação mecânica, que é particularmente adequada para meios de fluxo bifásicos-sólidos-líquidos. 1.6.3. A velocidade do fluxo deve ser reduzida em vários aspectos, como a velocidade de rotação e a estrutura da bomba, para diminuir a velocidade média do fluxo e também para aliviar a erosão e a erosão de partículas duras no líquido-sólido meio de fluxo-bifásico nos vários componentes de fluxo da bomba-multiestágio. A velocidade de rotação da bomba deve ser a mais baixa possível e não superior a 1450 rpm. 2 Uso e manutenção 2.1 Antes de ligar a bomba Quando o líquido-de alta temperatura sendo transportado entra repentinamente no corpo frio da bomba, a temperatura do corpo da bomba mudará significativamente. Devido ao aquecimento desigual e à deformação térmica inconsistente, o corpo da bomba e os componentes do rotor serão deformados, e haverá apenas uma pequena folga entre os-componentes resistentes ao desgaste, resultando em contato anormal. Se o equipamento for iniciado sob tais circunstâncias, causará vibração, emperramento e emperramento do eixo. Portanto, a bomba deve ser totalmente aquecida antes de dar partida quando for usada para transportar líquidos-de alta temperatura. Somente quando a temperatura do corpo da bomba for consistente a bomba poderá ser iniciada. Não é permitido ligar a bomba-multiestágio em estado frio em caso de emergência. A bomba centrífuga de vários estágios de alta-pressão usada para bombear lama na planta de gaseificação de água-de carvão apresentou diversas falhas de danos ao eixo e à vedação mecânica após ser colocada em operação. Isto é causado por trabalho preparatório insuficiente antes de ligar a bomba e métodos incorretos de rotação da bomba e exaustão do ar. [Mais tarde, depois de melhorar a bomba giratória e o trabalho de exaustão do ar, esses problemas não ocorreram novamente.] 2.2 Durante a operação Bombas centrífugas multi{181}}estágios que equilibram as forças axiais por meio de mecanismos de balanceamento internos, como discos de balanceamento e tambores de balanceamento, têm líquido de balanceamento fluindo para fora do dispositivo de balanceamento. O líquido de equilíbrio é conectado à extremidade de entrada da bomba através do tubo de equilíbrio para garantir o funcionamento normal da bomba: a) O tubo de equilíbrio não deve ser bloqueado. b) Se ocorrer incrustação no tubo de equilíbrio, ele deverá ser imediatamente eliminado. c) Um manômetro deve ser instalado no lado de alta-pressão do tubo de equilíbrio para monitorar a pressão na saída do tubo de equilíbrio. Para bombas centrífugas de vários{187}}estágios que bombeiam lama, se um disco de equilíbrio for usado, água limpa de vedação de alta-pressão deve ser injetada durante a operação para fazer o disco de equilíbrio e a sede do disco de equilíbrio funcionarem em água limpa para evitar o desgaste da sede do disco de equilíbrio e do disco de equilíbrio pela lama e partículas duras.