Как долго насос может работать на сухом ходу?

Без надлежащей смазки насосы с магнитным приводом могут выйти из строя.

 

Любого, кто разбирается в промышленных насосах с магнитным приводом, когда-либо спрашивали о сухом ходе. В конце концов, посудомоечные и стиральные машины работают так постоянно. Для этого используются антифрикционные материалы, верно? Разумеется, но пора рассмотреть сухой ход подробнее.

 

Термин "сухой ход" не совсем точно передает смысл. Промышленные насосы могут быть с торцевыми уплотнениями или бессальниковыми и могут пострадать от того, что в промышленности принято называть "работой на сухом ходу". В данной статье рассматривается конфигурация насоса с магнитным приводом и компонентами подшипников из карбида кремния (SiC), который является одним из двух типов бессальниковых динамических центробежных насосов.

 

Для нормальной работы подшипникам в насосах с магнитным приводом требуется наличие жидкости. Такие гидродинамические подшипники скольжения зависят от барьерной жидкости, разделяющей компоненты подшипника, когда между двумя поверхностями происходит относительное движение. Когда барьер разрушается, две поверхности соприкасаются, что может привести к повреждению компонентов. Такой эффект может накапливаться, вызывая разрушение компонентов, когда будет достигнут определенный предел.

 

Если поверхности из карбида кремния соприкасаются в процессе работы, компоненты могут быстро выйти из строя (в зависимости от нескольких факторов). Это не означает, что работа насоса будет немедленно остановлена. Сломанные компоненты из карбида кремния могут продолжать поддерживать вал так, чтобы рабочее колесо насоса вращалось. Разрушение карбида кремния можно обнаружить по повышенной вибрации и возрастанию мощности. Если работа продолжится, состояние насоса только ухудшится.

 

При срыве потока на всасывании насос следует немедленно отключить. Повреждение компонентов из SiC может возникнуть в считанные секунды. Контроль за мощностью для определения внезапного изменения нагрузки на двигатель (например, при срыве потока) поможет защитить основные компоненты насоса. Если работа продолжается без достаточного количества жидкости на всасывании, довольно быстро может возникнуть серьезное повреждение компонентов из карбида кремния.

 

Для обеспечения продолжительного срока службы насоса требуется наличие жидкости, работа в пределах диапазона расхода согласно данным кривой характеристик насоса и в рамках заданных ограничений. Обратите внимание, что желательно запускать насос при частично закрытом (открытом примерно на четверть) нагнетательном клапане. Всасывающий клапан всегда должен быть открыт во время работы; он закрывается, только если насос нужно изолировать для технического обслуживания.

 

Рисунок 1: Сломанный компонент подшипника из карбида кремния (фото предоставлено компанией Magnatex Pumps, Inc.)

 

Выход из строя компонентов подшипников из карбида кремния и сбой в системе

 

Материал подшипника не терпит механических ударов, которые возникают при недостаточном количестве смазки между поверхностями компонентов подшипника, что приводит к их соприкосновению друг с другом. Такие условия могут возникнуть во время работы системы в нескольких ситуациях.

 

Следующие условия могут привести к сбою в системе и разрушению барьерной смазочной пленки подшипника:

  • работа насоса при закрытых клапанах;
  • недостаточное давление на всасывании (недостаточный имеющийся кавитационный запас), вызывающее кавитацию;
  • продолжительные периоды работы в условиях крайне низкого расхода;
  • продолжительные периоды работы в условиях высокого расхода с низким сопротивлением давлению на выходе (работа "за пределами кривой" или за пределами максимального диапазона расхода);
  • слишком частые переходы от одного расхода к другому;
  • чрезмерная температура, вызывающая испарение жидкости (смазки) на поверхностях компонентов подшипников, или недостаточное внутреннее давление в системе для поддержания в жидком состоянии перекачиваемой среды при прохождении через насос;
  • запуск двигателя без жидкости в насосе, в том числе кратковременный запуск для проверки вращения;
  • засорение приемного отверстия рабочего колеса.

Некоторые поставщики предлагают специально обработанный, спеченный карбид кремния, чтобы улучшить работу на сухом ходу в случае возникновения опасных условий в системе. Некоторые производители используют покрытия, которые сцепляются с подложкой из карбида кремния, а другие применяют инфузионные методы, которые позволяют механически интегрировать покрытие в материал подложки. В промышленности это называется алмазоподобным покрытием. Такие методы обработки значительно снижают поверхностный коэффициент трения по сравнению со стандартным спеченным карбидом кремния. Чем меньше трения при сбое в системе или других условиях сухого хода, тем меньше вырабатывается тепла, а значит, вероятность поломки компонентов подшипника из-за механического контакта или перепада температур также снижается.

 

Что касается насосного оборудования и смазанных подшипников, не рекомендуется, чтобы насос работал без жидкости, проходящей через него. При срыве потока на всасывании остается немного жидкости, но она быстро выталкивается от компонентов подшипника при продолжающейся работе. Испарение жидкости может произойти быстро, в зависимости от размеров насоса.

 

Чтобы определить точную продолжительность работы на сухом ходу, нужно знать размер насоса и условия эксплуатации. Испытания небольших насосов мощностью 2 л.с. показали, что продолжительность работы на сухом ходу составляет несколько минут, но может быть увеличена до часа с лишним в самых маленьких насосах с подшипниками с алмазоподобным покрытием. Чем большая мощность подается на насос, тем короче период до возникновения повреждения в системе подшипников. Что касается более крупных насосов мощностью 50 л.с. и выше, хотя алмазоподобные покрытия и помогают, период до повреждения все равно остается достаточно коротким. Запуск двигателя для проверки вращения насоса без алмазоподобного покрытия компонентов или без жидкости, вероятно, приведет к повреждению подшипника. Повреждение, вызванное работой на сухом ходу, изначально проявляется в виде трещин или сколов на компонентах из карбида кремния. По мере исчезновения жидкости и соприкосновения вращающихся керамических компонентов с неподвижными деталями, карбид кремния может разбиться на мелкие кусочки. При продолжении работы будут повреждены и другие компоненты насоса (вал, задняя часть корпуса, крышка и рабочее колесо), которые стоят недешево. Такие повреждения насоса можно предотвратить.

 

При срыве потока на всасывании насос следует немедленно отключить.

 

Опять же, рекомендуется оснастить насос устройством контроля потребляемой мощности и установить нижнюю точку срабатывания по питанию на уровне, соответствующем первым признакам срыва потока на всасывании. Установив нижнюю точку срабатывания с задержкой менее 2-3 секунд, можно предотвратить отключение насоса, когда большой пузырь пара/воздуха проходит через насос без срыва потока. Если оставить насос работать на сухом ходу дольше, чтобы опорожнить линию всасывания, это приведет к повреждению насоса, гораздо более дорогому по сравнению со стоимостью оставшегося в нем продукта. Правильно настроенное устройство контроля мощности сэкономит владельцу насоса большие деньги.

 

В футерованных насосах с магнитным приводом для подшипников используются либо карбид кремния, либо неметаллические материалы. Последние могут обладать повышенной износостойкостью, но и они подвержены тем же проблемам при отсутствии смазки.

 

В герметичных электронасосах (еще один тип бессальниковых центробежных насосов), как правило, используются более мягкие материалы подшипников, например, углерод, которые обладают большей смазываемостью, однако подверженные износу. Чтобы избежать их повреждения, необходима система контроля подшипников.

 

В насосах с торцевым уплотнением поверхности уплотнения работают на такой же гидродинамической пленке и требуют такой же смазки. Они также не смогут долго работать без повреждений на сухом ходу.

 

Большинства повреждений насосов с магнитным приводом можно избежать. Наилучший ответ на вопрос из заголовка - не позволяйте насосу работать на сухом ходу.

 

Нил Ганн - технический руководитель компании Magnatex Pumps, где он работает уже более 15 лет. Выпускник военно-морского колледжа с опытом работы в промышленности более 40 лет, он работал в четырех компаниях, занимающихся производством насосов, и в трех фирмах-дистрибьюторах. Дополнительная информация представлена на сайте www.magnatexpumps.com.