Hiểu máy bơm động cơ đóng hộp
Tất nhiên, các tập sách đã được viết về lý do tại sao máy bơm bị hỏng. Ngoài ra, không cần phải nói quá khi khẳng định rằng, khi máy bơm bị cháy do những hỏng hóc như vậy, thì thường có liên quan đến phốt cơ khí (Hình 1).
Phớt cơ khí thường bị hỏng do sự cố của ổ trục trước đó. Trong một số trường hợp, các nhà sản xuất phốt cung cấp các sản phẩm có khoảng hở gần giữa ngoại vi của các bộ phận phốt quay và đường kính (lỗ) của các bộ phận phốt cố định. Chúng tôi tin rằng người dùng nên chỉ định niêm phong cho các sản phẩm hydrocarbon để tuân thủ Tiêu chuẩn API (Công nghiệp Dầu khí Hoa Kỳ). Chúng tôi cũng tin rằng những sai lệch so với thông số kỹ thuật của người dùng hoặc các nguyên tắc hiện hành (chẳng hạn như API-682) nên được người mua chú ý.
Tuy nhiên, có những cách khác để tránh hỏng phớt. Một trong số đó là chỉ định, bất cứ khi nào áp dụng, máy bơm ly tâm động cơ đóng hộp. Còn được gọi là máy bơm "kín kín", chúng không tích hợp các phớt cơ khí.
Lịch sử của máy bơm động cơ đóng hộp Mặt cắt ngang của máy bơm động cơ đóng hộp được thể hiện trong Hình 2. Sự phát triển của những máy bơm ly tâm này gắn liền với sự mở rộng của công nghệ sản xuất điện hạt nhân. Kể từ đầu những năm 1950, những cân nhắc về an toàn đã dẫn đến sự phát triển của các vòng vận hành được hàn kín. Sau đó, nguyên tắc thiết kế của động cơ đóng hộp— được biết đến từ năm 1914-tìm thấy ứng dụng thực tế.
Ngay sau đó, ngành công nghiệp hóa chất đã công nhận những ưu điểm của những chiếc máy bơm này. Thật vậy, nhu cầu bổ sung đã tạo ra một cơ sở kinh tế rộng rãi cho việc sản xuất máy bơm động cơ đóng hộp.
Đến những năm 1960, máy bơm động cơ đóng hộp đã phát triển đến mức tiêu chuẩn hóa. Việc mở rộng dân số và nâng cao mức sống ở cả các nước công nghiệp và các nước đang phát triển đòi hỏi phải có các công nghệ đổi mới để giải quyết các vấn đề cấp bách và cấp bách về bảo vệ môi trường. Càng ngày, máy bơm động cơ đóng hộp càng trở thành một phần của câu trả lời.
Chúng tôi sẵn sàng thừa nhận rằng, trong ba thập kỷ qua, đã có nhiều tiến bộ trong lĩnh vực làm kín trục cơ khí. Tuy nhiên, bắt đầu từ giữa những năm 1970, các cân nhắc về môi trường, hợp nhất ngành và tự động hóa các quy trình ngày càng trở nên quan trọng. Chính trong bối cảnh này—trong một loạt các nhiệm vụ chuyển động chất lỏng—rằng các kiểu niêm phong truyền thống hơn hoặc cung cấp sự an toàn không đầy đủ hoặc gây ra những lo ngại về ô nhiễm và tổn thất không còn có thể chịu đựng được nữa.
Trong một số trường hợp, chi phí cho các hệ thống giám sát và hỗ trợ con dấu không tương xứng với khả năng thành công. Công bằng mà nói chỉ ra sự tồn tại của các dịch vụ mà đơn giản là không thể thực hiện được bằng cách sử dụng máy bơm ly tâm “mở” hoặc kín thông thường. Việc vận chuyển chất lỏng hoàn toàn kín bằng cách sử dụng máy bơm ly tâm chỉ có thể thực hiện được khi mô-men xoắn áp dụng cho rôto máy bơm được tạo ra từ bên ngoài. Để đáp ứng yêu cầu này, cần có một hệ thống stato cứng bên ngoài sử dụng nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Trong một số ngành công nghiệp, máy bơm kín thông thường có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người và tài sản vật chất. Do đó, máy bơm kín truyền thống không phải lúc nào cũng là “công nghệ tốt nhất hiện có”. Theo đó, bất cứ nơi nào công nghệ tiên tiến nhất làm cho việc bảo vệ này trở nên khả thi, thì các phương tiện được sử dụng phải phù hợp với kết quả đạt được.
Và vì vậy, lưu ý đến những hạn chế của máy bơm “thiết kế mở” (máy bơm có vòng đệm hoặc vòng đệm trục cơ học) có thể góp phần gây ô nhiễm không khí và nước, chúng ta nên cố gắng làm quen hoàn toàn với công nghệ truyền động kín hiện đại nhất. kỹ thuật cho máy bơm ly tâm. Sự thật có thể làm chúng ta ngạc nhiên.
Thiết kế và mô tả chức năng Là loại máy cực kỳ thân thiện với môi trường, máy bơm “kín” động cơ đóng hộp hiện đang được sử dụng rất rộng rãi ở Châu Âu và Nhật Bản. Trong khi xâm nhập vào Hoa Kỳ, chúng ta cần khôi phục lại những vị trí đã mất trong quá trình tìm kiếm khả năng cạnh tranh. Điều đó nói rằng, bất cứ nơi nào cần phải di chuyển chất lỏng nguy hiểm, độc hại, gây ô nhiễm, đắt tiền, ăn da, có khả năng gây nổ, nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thấp, máy bơm động cơ đóng hộp xứng đáng được xem xét rất kỹ lưỡng.
Động cơ đóng hộp kết hợp thủy lực đã được hiểu rõ của máy bơm ly tâm với động cơ cảm ứng ba pha đã được chứng minh tương đương. Phần thủy lực được kết nối trực tiếp với động cơ truyền động. Một ống lót dạng ống hoặc “hộp” được lắp vào khe hở bắc cầu từ tính giữa rôto và stato. “Có thể” ngăn cách hoàn toàn và kín khoang rôto khỏi môi trường bơm chất lỏng có áp suất. Nói cách khác, “cái hộp” là ranh giới giữa rôto bơm được bao bọc bởi chất lỏng và khoang stato không bị ướt (Hình 2). Do đó, chiếc hộp có thể tách động cơ thành hai khu vực chức năng; nó đại diện cho bộ phận làm kín kín của cụm máy bơm. Về bản chất, mô-men xoắn cần thiết để quay trục được truyền qua hộp, bao gồm một vật liệu không từ tính, bằng phương tiện điện từ. Loại truyền động này không yêu cầu khẩu độ trục thông qua vỏ chứa chất lỏng (thường được điều áp); do đó không cần miếng đệm động hoặc đệm cơ khí. Các miếng đệm tĩnh cần thiết thường không có vấn đề gì, nhưng trong những trường hợp đặc biệt, có thể được thay thế bằng các kết nối hàn.
Do đó, máy bơm động cơ đóng hộp là loại máy bơm kín hoàn toàn. Phần máy bơm có thể được thiết kế một tầng hoặc nhiều tầng. Cánh quạt máy bơm (hoặc cánh quạt trên máy bơm nhiều tầng) được gắn ở phần nhô ra của trục máy bơm và động cơ dùng chung. Các thông số hiệu suất của các máy bơm này giờ đây tương ứng với các quy định của các lĩnh vực ứng dụng chính của chúng—công nghiệp hóa chất và lọc dầu. Hiện tại (2008), giới hạn công suất trên là khoảng 600 kW. Để tiếp cận càng gần càng tốt các đường bao liên quan đến kích thước và hiệu suất của một số lượng lớn máy bơm ly tâm tiêu chuẩn (DIN 24256 hoặc tương ứng là ISO 2858 được sử dụng trong ngành hóa chất), ngày nay có sẵn hàng ngàn máy bơm động cơ đóng hộp với thủy lực tiêu chuẩn của dòng máy bơm này. Kích thước bên ngoài giống hệt nhau của máy bơm ly tâm “truyền thống” và kín DIN và ISO cho phép chuyển đổi nhanh chóng từ máy bơm thông thường sang máy bơm kín. Không cần phải nói, điều này cho phép giảm yêu cầu tồn kho phụ tùng của bất kỳ cơ sở hiện đại nào.
Tuy nhiên, có những lợi thế bổ sung đáng kể. Những ưu điểm này, cũng như hiệu quả ấn tượng và thống kê MTBF của máy bơm tuân thủ API được hàn kín, sẽ được thảo luận trong phần Thanh bên dưới đây, đồng tác giả với George Dierssen, của IndustryUptime.
Với tư cách là chuyên gia tư vấn về độ tin cậy của thiết bị, rõ ràng chúng ta có thể thấy ít nhất năm (và nhiều khả năng là 10) lợi ích có thể xác định của máy bơm động cơ đóng hộp so với máy bơm API-610 truyền thống. Những lợi ích này thuộc về một hoặc nhiều danh mục cuối cùng chuyển thành dịch vụ an toàn, đáng tin cậy, bảo trì thấp, chi phí lắp đặt thấp cũng như tương thích với môi trường. Để liệt kê một số lợi ích:
Ngăn chặn thứ cấp tích cực, không rò rỉ không kiểm soát được vào khí quyển (ngay cả khi vòng bi bị hỏng)
Không có con dấu cơ khí
Không thẳng hàng (áp dụng cho các hoạt động lắp đặt và bảo trì)
Không bôi trơn (không dầu)
Không có nền tảng hoặc vữa
Hiện tại, mỗi trong số năm nhà máy lọc dầu ở Khu vực Vịnh San Francisco đều có một hoặc nhiều máy bơm động cơ đóng hộp đang hoạt động rất tốt. Mặc dù chiếm từ gần như bằng không đến có lẽ là 2% tổng số máy bơm, giờ đây chúng tôi tin rằng máy bơm động cơ đóng hộp (CMP) có thể áp dụng cho 50% máy bơm tại một địa điểm nhà máy lọc dầu điển hình. Tất nhiên, có những hạn chế (tức là sốc nhiệt, chạy khô, bùn, v.v.), trong hầu hết các trường hợp, có thể được xử lý bằng các biện pháp kiểm soát kỹ thuật. Tuy nhiên, có vẻ như CMP là lựa chọn lý tưởng cho nhiều dịch vụ HP (xử lý hydrocacbon). Điều này đặc biệt đúng vì các nhà máy ngày nay có kỳ vọng cao về thời gian hoạt động của nhà máy và an toàn vận hành. Mặc dù những kỳ vọng này được phản ánh trong một tiêu chuẩn vững chắc—API-685—sự đại diện ít ỏi của CMP trong các nhà máy của Hoa Kỳ là khó hiểu.
Chặn bất kỳ phép toán bất thường nào, một trong những đồng tác giả (của phần Thanh bên này) đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng thời gian trung bình giữa các lần sửa chữa (MTBR) đối với CMP—bao thanh toán trong mỗi một trong số hàng ngàn được thực hiện bởi hai nhà sản xuất lớn riêng biệt—là 7,5 năm. Điều này khiến chúng tôi băn khoăn về việc tinh chỉnh dữ liệu toàn ngành. Sự hiểu biết của chúng tôi là 80-90% nhà máy Nhật Bản sử dụng CMP (một nhà sản xuất dường như vận chuyển 1700 máy bơm mỗi tháng!) và 60-70% nhà máy châu Âu sử dụng máy bơm truyền động từ tính hoặc CMP. Vì vậy, chúng tôi đã theo dõi câu hỏi. Đánh giá của chúng tôi và thông tin đầu vào đáng kể từ nhà sản xuất CMP được tôn trọng có thể được tóm tắt trong một số điểm quan trọng.
Một nhà sản xuất châu Âu thành công có kinh nghiệm với đầu vào nguồn CMP từ 700 mã lực trở lên. Chúng được cung cấp ở nhiều cấu hình khác nhau, có hoặc không có bộ làm mát, có hoặc không có các vòng bôi trơn ổ trục riêng biệt, có một hoặc hai (hoặc nhiều hơn!), giai đoạn, v.v. Hạn chế về không gian sẽ cho phép chúng tôi chỉ hiển thị một trong số này (Hình 3) . Ngoài ra, hiện nay CMP thường đạt được áp suất chất lỏng khá cao. Mặc dù hoạt động độc lập nhưng một nhà sản xuất của Đức sử dụng công nghệ máy bơm Thụy Sĩ cho hệ thống thủy lực cánh quạt. Các dòng trượt (sạch) riêng biệt bôi trơn các ổ trục tay áo thường được lắp đặt trong các CMP của công ty này.
Ở Mỹ, ngành công nghiệp vẫn gặp khó khăn trong việc từ bỏ thói quen lắp đặt đường ống không phù hợp trên máy chất lỏng. Mặc dù ban đầu người ta cho rằng CMP có thể dễ bị tổn thương hơn một chút so với máy bơm ly tâm API-610, nhưng điều này không còn đúng với đại đa số CMP nữa. Trong mọi trường hợp mà một chuyên gia biết, máy bơm động cơ đóng hộp (CMP) được thiết kế cho tải trọng vòi phun cho phép cao hơn đáng kể so với máy bơm API-610 tương đương. Nhà sản xuất CMP Châu Âu sẵn sàng cung cấp tải trọng cho phép của vòi phun gấp ba đến bốn lần tải trọng tối đa cho phép của API-610 (hãy nhớ rằng không có vấn đề căn chỉnh nào với CMP). Bắt vít mặt bích thường là yếu tố hạn chế ở đây.
Chúng tôi nhớ lại rằng nhiều thập kỷ trước (và ở kích thước gần 1000 mã lực), máy bơm quy trình thẳng đứng được trang bị mặt đế nổi trên nền máy bơm đã trở thành tiêu chuẩn tại các cơ sở hạng tốt nhất. Tương tự như vậy, nhà sản xuất châu Âu khuyến nghị rằng các tấm đế CMP (thực ra là mặt đế) không được cố định mà được phép nổi cùng với đường ống. Mặt đế nổi giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đường ống. Trong một số dự án áp suất cao gần đây, tiết kiệm đường ống tương đương với chi phí của máy bơm! Tuy nhiên, cho đến ngày nay, một số người mua vẫn khăng khăng đòi các tấm đế phải được trang bị.
Nhiều năm trước, một số địa điểm HPI (công nghiệp chế biến hydrocacbon) đã phải đối mặt với những lo ngại của liên đoàn lao động— liệu CMP là thiết bị điện hay máy bơm là vấn đề vào thời điểm đó. Chuyên gia CMP đã đề cập rằng, mặc dù đây có thể là một vấn đề, nhưng khuyến nghị hiện tại của ông là đưa các thiết bị CMP trở lại cơ sở sửa chữa có kinh nghiệm cao ở Louisiana để thực hiện bất kỳ sửa chữa cần thiết nào. Chúng tôi tin rằng cách tiếp cận này có ý nghĩa do số lượng nhân viên cửa hàng máy móc và bảo trì tại hiện trường có trình độ còn hạn chế ở nhiều nhà máy.
Chúng tôi cũng đưa ra nhận xét rằng tất cả các kỹ sư thường chỉ lắng nghe những người tiếp thị máy bơm truyền thống—“Tôi không thể phạm sai lầm nếu tôi chỉ làm đúng những gì ông chủ cũ của tôi đã làm. Anh ấy luôn chơi an toàn và giờ anh ấy là Phó Giám đốc Kỹ thuật!” Giám đốc bán hàng quốc gia của một nhà sản xuất máy bơm động cơ đóng hộp nổi tiếng đã đồng ý và cho biết vẫn còn nhiều người thực sự miễn cưỡng thử những gì được coi là “công nghệ mới” - mặc dù, tất nhiên, CMP được coi là một công nghệ trưởng thành.
Có lẽ, và thường khá sai lầm, người ta cho rằng CMP tiêu thụ nhiều năng lượng hơn máy bơm truyền thống. Một chuyên gia CMP châu Âu đã bác bỏ niềm tin không chính xác này. Ông lưu ý rằng, trong hơn 30 năm áp dụng CMP, ông chưa bao giờ thấy một trong những thiết bị này tiêu thụ nhiều năng lượng hơn máy bơm mà nó thay thế! Trong khi anh ấy đã từng cho rằng điều này là do máy bơm bị mòn đã được thay thế hoặc đã tìm thấy các lựa chọn tốt hơn (phù hợp với đường cong), giờ đây anh ấy tin rằng các thiết bị ban đầu đã quá lạc quan về hiệu suất được công bố của chúng và không bao giờ tính đến nhiều tổn thất—chẳng hạn như những tổn thất do khớp nối và con dấu.
Một chuyên gia về máy bơm đã kể lại kinh nghiệm của mình với một nhà sản xuất máy bơm thông thường luôn thử nghiệm các thiết bị của họ bằng vòng đệm môi thay vì vòng đệm bện hoặc vòng đệm cơ khí. Vài năm trước, chuyên gia này đã biết về một công ty cho biết họ sẽ đánh giá báo giá (giá thầu nhận được) dựa trên kW đầu vào. Kết quả là, mã lực “được đảm bảo” đã tăng gần 10% so với đường cong được công bố của một số nhà thầu. Chuyên gia khuyên các cơ quan chỉ định của người dùng yêu cầu giá trị kW đầu vào cho thiết bị được cung cấp. Ông lưu ý rằng các nhà sản xuất CPM nổi tiếng sẽ vui lòng tuân thủ vì tất nhiên họ cung cấp cả máy bơm và động cơ.
Người dùng/người mua bình thường thất vọng vì anh ta không thể gửi rác qua vòng bi và các bộ phận đóng khe hở. Tất nhiên, nhà cung cấp phải thực sự giáo dục người dùng về những hạn chế của thiết bị và hỏi đi hỏi lại về dòng quy trình và các đặc tính của chất lỏng. Nhiều hỏng hóc mà trước đây được cho là do “có cặn” hoặc “chạy khô” thực ra bắt nguồn từ hiện tượng nhấp nháy bên trong chất lỏng. Điều đó có thể là do thiếu chương trình cân bằng nhiệt tốt trên thiết bị hoặc đơn giản là do nhà cung cấp thiếu hiểu biết. Thậm chí quan trọng hơn, nhà sản xuất thường không phân tích hoặc theo dõi lỗi đầy đủ để xác định nguyên nhân gốc rễ thực sự của lỗi. Một yếu tố thú vị là tăng nhiệt tối đa; nó xảy ra trên CMP sau khi tắt máy do nhiệt ẩn trong động cơ. Mối quan tâm này luôn có thể được giải quyết bằng cách định cỡ động cơ phù hợp, làm sạch động cơ sau khi tắt máy hoặc các phương pháp khác—miễn là người mua và nhà sản xuất có hiểu biết hợp tác. Điều gì là một mối quan tâm đối với một số là một vấn đề không phải đối với những người khác.
Hãy coi trách nhiệm của nhà sản xuất là đặt nhiều câu hỏi và cho cả người dùng và nhà sản xuất để đưa ra câu trả lời chắc chắn. Theo đuổi các câu hỏi về mức tăng nhiệt độ tối đa (ngắn hạn) cho phép của chất lỏng được bơm. Các câu trả lời cho những câu hỏi như vậy là dễ dàng để có được. Nếu một người dùng thông minh biết mình đang bơm cái gì và mô tả chính xác chất lỏng quy trình của mình, thì việc anh ta sắp mua một CMP có tầm quan trọng thứ yếu.
Nhiều thập kỷ trước, tính ưu việt của CMP đã được mô tả trong bài thuyết trình chung giữa Hoechst-Celanese của Kenneth Fischer tại một trong những Hội nghị chuyên đề quốc tế của Đại học Texas A&M. Quá trình tố tụng của các cuộc họp mặt này luôn sẵn có và các phiên bản trước đó đã giải quyết nhiều mối quan tâm của người dùng và cung cấp một số thống kê lỗi, v.v.
Thông thường, người mua để lại các quyết định cho nhà thầu thiết kế và sau đó khuyến khích các công ty này mua phần lớn trên cơ sở chi phí và tiến độ. Sau đó, nhà thầu mua một máy bơm thông thường từ người trả giá thấp nhất. Người dùng tập trung vào độ tin cậy phải tham gia và chịu trách nhiệm về hướng dẫn và chỉ đạo cần thiết của các nhà thầu thiết kế và nhân viên hoàn toàn theo định hướng mua hàng. Các nghiên cứu về chi phí vòng đời vững chắc tốt hơn so với các ý kiến có sẵn hoặc lỗi thời.
Ngoài ra, và đáng buồn thay, các CMP có thể đã bị mang tiếng xấu khi một số người bán nhất định bán quá mức giá trị của chúng trong quá khứ. Mặc dù giá trị của máy bơm động cơ đóng hộp là không thể chối cãi, nhưng không có gì không thể bị dán nhãn sai, hiểu lầm, làm sai lệch hoặc phá hủy. Không có ngoại lệ cho quy tắc này.