用复合耐磨组件提升泵的性能

来源:国际泵阀技术商情

发布时间:2020年2月11日下午 08:02:12

离心泵在旋转和固定部件之间会有多个接触点。大多数泵在设计时都会考虑在磨损环、级间环、节流衬套、中间衬套、立式泵轴承、喉部衬套等的接触部位采用可更换磨损组件。过去,旋转和固定部件一般都会采用金属。  
离心泵在旋转和固定部件之间会有多个接触点。大多数泵在设计时都会考虑在磨损环、级间环、节流衬套、中间衬套、立式泵轴承、喉部衬套等的接触部位采用可更换磨损组件。过去,旋转和固定部件一般都会采用金属。
 
尽可能降低泵被卡住的风险
 
金属旋转和固定部件存在磨损或泵被卡住的风险。磨损会导致泵在车间装配、对准或泵在现场缓慢转动时发生粘滞,需要将泵送回车间进行拆卸、清理、重新组装,并返回现场,从而造成昂贵的延误。如果泵在全速运行期间因干燥运行、流量低、阀门故障、轴承故障、轴断裂或其它非计划故障而卡住,焊接在一起的金属部件通常会致使泵突然停止,以致产生严重损坏,并带来安全和环保隐患。
 
消除泵的金属—金属接触部件
 
从最基本的范畴来看,用复合材料替代泵组件是因为复合材料与金属材料成分完全不同,金属-复合材料接触不会产生金属-金属接触带来的卡顿。
 
所以,用复合材料升级泵的第一个目标是消除泵的金属-金属接触点。在采用Vespel®CR-6100时,旋转部件一般依然采用金属件,固定件采用Vespel®CR-6100。通过这种简单的改变,泵的接触点就变为金属与复合材料的接触,卡顿的风险得到了尽可能的降低。
 
减少间隙——洛马金效应
 
尽可能减少泵内卡住的风险,为减少泵内磨损部件的间隙做好准备。由于一种被称为“洛马金效应”的现象的存在,减小间隙可以显著提高泵的可靠性。
 
磨损环充当轴承
 
在泵运行期间,因泵中磨损部件(磨损环、节流衬套)存在压差而使流体通过所产生的一种作用力被称为“洛马金效应”。这种力是由于转子偏心转动期间,因组件周围的压力分布不均而产生。此力抵消了泵的轴偏转。
 
下图显示了轴偏转产生这种作用力的机理。当进入转子和磨损部件之间的间隙时,流体从高压端进入低压端时加速。由于转子偏心,磨损部件一侧的间隙大于另一侧。在间隙较大的磨损环一侧流过的流量较多、局部速度较高;在间隙较小的磨损环一侧则流速较低。较高的速度产生较低的压力,较低的速度会导致压力较大,从而产生一个作用于轴偏转相反方向的净校正力。
 
图1:洛马金效应
 
换言之,当泵发生轴偏转时,会产生一个液压“刚度”(洛马金刚度),以抵消轴的偏转。
 
与API推荐的金属磨损件最小间隙相比,使用Vespel®CR-6100时,通常可以将泵磨损环处的间隙减少50%。洛马金刚度与间隙成反比。因此,间隙减少50%,该作用力就加倍。
 
给泵带来的潜在优势包括:
 
•降低轴的偏转
 
•减少振动水平
 
•减少机械密封泄漏
 
•延长轴承寿命
 
哪种泵受益
 
洛马金效应通常有利于所有离心泵,但某些类型的泵在间隙减小时,通常会表现出显著的减振、可靠性改进:
 
•多级卧式泵
 
•具有细长轴的老式悬臂泵(大长径比)
 
•悬臂式两级泵
 
结论
 
减少磨损部件处的间隙可能大幅提升泵的可靠性。间隙减小增加了洛马克效应,进而改善了泵转子的稳定性。最终,降低了泵的振动、减少了密封泄漏、延长了轴承的寿命。
 
减少间隙,提高泵的效率
 
据一家大型离心泵OEM介绍,能耗占离心泵全寿命周期成本的44%。通过将磨损部件升级为复合材料(如Vespel®CR-6100)和减少泵内间隙,有望降低这一成本。
 
需要减小间隙的特定组件是泵的耐磨环、级间环、中央级衬套和节流衬套。这些部件构成泵内高压和低压区域间的屏障,它们之间的压差导致流体在泵内再循环,造成泵效率损失。
 
通过磨损环的渗漏(QL)导致效率损失
 
当将这些组件升级到Vespel®CR-6100时,间隙通常可以比API推荐的金属零件最小间隙低50%。如果将间隙缩小50%,则内部再循环也将下降约50%,从而显著改善效率。
 
哪种泵收益最大?
 
如果只考虑效率改善,卧式多级泵因升级采用Vespel®CR-6100而致间隙减小,所带来的投资回报率最高。这些泵在耐磨环、级间环、中心衬套和节流衬套之间有多条泄漏路径。因为有许多级,这些泵通常能耗较大。以下案例中,流程工厂降低了多级卧式泵的运行成本:
 
•一个电站为一台3MW锅炉给水泵进行升级,配备了Vespel®CR-6100和Boulden PERFSeal™设计,并减少了间隙。与新改造的间隙不变的泵相比,效率提高了7%。
 
•一家炼油厂使用Vespel®CR-6100和Boulden PERFSeal™设计对加氢裂化器进料泵进行了升级,并减少了间隙,加氢裂化器的产量因此增加了4%,效益非常明显。
 
•一家石油开采及管道运输公司使用Vespel®CR-6100对其液化石油气运输泵进行了升级,并减少了隙,效率提高了4%。
 
另一个需要考虑的领域是工艺泵,其尺寸稍小,需要并联泵运行以达到100%的目标工艺速率。有时,一个简单的修整,如减少磨损环间隙,就可以回到只需一只泵,以及另一只完全处于备用状态的泵的运行状态。
 
PERF-Seal™
 
为了进一步增强因间隙减小而带来的优势,可以使用Boulden PERFSeal™设计对组件进行修正。内部测试表明,除了因间隙减小带来的收益外,PERFSeal™进一步降低了节流衬套、中央级衬套和耐磨环之间的流量。
 
结论
 
去除泵中金属与金属接触的表面并使用Vespel®CR-6100作为固定磨损部件,可以减小间隙,进而提高泵的效率,降低泵的运行成本。许多领域的实例显示,经过这一简单的升级,客户即可节省数万美元/年的泵运行成本。
 
什么是Vespel®CR-6100?
 
DuPont™Vespel®CR-6100是一种由Teflon®PFA和碳纤维制成的复合材料。由于DuPont™Vespel®CR-6100具有优异的尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、工作温度范围宽,可替代金属、碳、青铜和其它复合材料,用于泵的耐磨环、立式泵轴承、喉部衬套、节流衬套和离心泵用的类似磨损部件。
 
Vespel®CR-6100是旋转设备磨损部件的理想选择,以下列出了其部分特性:
 
•工作温度范围介于低温至500F°(260℃)之间;
 
•(x-y轴平面内)的热膨胀系数低于碳钢;
 
•几乎耐受所有化学品;
 
•容易机加工及安装;
 
•有现货可供。
 
使用Dupont™Vespel®CR-6100的优势
 
使用Vespel®CR-6100制成的耐磨部件可以减少间隙,使得泵的运行更容易、可靠、高效。
 
•维修成本降低——避免泵卡住
 
•操作简单——避免干燥状态下工作
 
•振动降低——增加了泵的洛马金效应
 
•运行成本降低——泵效率上升
 
•可靠性提高——密封和轴承寿命延长
 
Dupont™Vespel®CR-6100的特性
 
Vespel®CR-6100可作为泵耐磨组件理想材料的关键特征
 
耐化学品范围广碳氢化合物、芳烃、酸、胺、锅炉给水和许多其它化学品
 
工作温度范围广低温(-300F°/-200℃)~500F°/260℃
 
热膨胀系数低3.1X10-6(in/in•F)5.6X10-6(m/m•℃)
 
吸湿性低重量的0.01%
 
什么类型的部件可采用Vespel®CR-6100?
 
Vespel®CR-6100可以用于各种旋转设备的耐磨部件,并且很容易加工成几乎所有形状,且公差紧。如:节流衬套、立式泵轴承、喉部衬套、搅拌器轴承、API分离器轴承、齿轮泵轴承、离心压缩机迷宫式密封、PERF-Seal™组件、往复式压缩机阀板、耐磨环。
 
Vespel®CR-6100部件可以解决什么问题?
 
Vespel®CR-6100部件可以帮助解决许多问题。现场研究表明,用Vespel®CR-6100替换金属磨损部件并减小间隙后,可以使“表现不好”的泵的寿命延长一倍。Vespel®CR-6100部件有助于解决的一些问题包括:
 
•泵被卡住
 
•泵低效
 
•泵发生气蚀
 
•泵振动
 
•干燥运行
 

更多信息,可以登录www.boulden.com

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