Насос — это механизм для перекачивания жидкостей или газов.
То, что мы называем «насосом», в инструкциях и документах обозначается как «электродвигатель с насосным агрегатом». Сотрудники, которые с ним работают, называют его просто – «электронасос». Механизм «Электродвигатель с насосным агрегатом» состоит из электродвигателя, вращающего насос, и самого насоса. Основная функция данного агрегата — непрерывная подача топлива в линию под определенным давлением.
В ТЗК-100 электронасос используется для перекачки тёмных и светлых нефтепродуктов из резервуаров в автомобильные и железнодорожные цистерны, а также для слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн в резервуары.
При работе с ТЗК-100 используются два типа насосов: напорные и самовсасывающие. Большинство нефтебаз использует напорные насосы.

НАПОРНЫЙ НАСОС

Напорный насос состоит из насосной части, изготовленной из стали, бронзовых уплотнительных колец, торцевого уплотнения и асинхронного трёхфазного электродвигателя. Этот тип насосов является наиболее распространённым и универсальным. По названию напорные насосы обычно маркируются КМ или КМН.
КМ означает консольный моноблочный.
КМН – это версия консольного моноблочного насоса, предназначенного для перекачки легких нефтепродуктов.
КМ насосы представляют собой центробежные одноступенчатые насосы с односторонним потоком для входящей жидкости. Они предназначены для перекачивания различных видов чистых жидкостей. Высокая точность конструкции консольно-моноблочного агрегата исключает необходимость в его частом обслуживании или ремонте.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАПОРНОГО НАСОСА

Принцип действия напорного насоса основан на использовании центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса.
огда включается электрический двигатель, он приводит в движение рабочее колесо, которое имеет лопасти (крыльчатки). Создаваемый разреженный воздух всасывает жидкость через входной патрубок. Жидкость, накапливаемая во внутренней камере насоса, начинает создавать давление, и лопасти колеса выталкивают ее через выходное отверстие. Центробежная сила при больших оборотах только усиливает давление и способствует увеличению скорости протекания всего процесса.
К плюсам КМ-насосов можно отнести следующие:
* Возможность работать в широком диапазоне напоров и расходов;
* Небольшие габариты;
* Бюджетную стоимость;
* Достаточно высокий КПД – от 30 до 80 %;
* Температура всасываемой жидкости может превышать 95 °C.
Из недостатков стоит выделить:
* Наличие в конструкции торцевых уплотнений и подшипников качения;
* Высокий уровень вибрации и шума;
* Насос необходимо устанавливать лишь в одном положении. При этом вал должен находиться горизонтально;
* Агрегат должен быть установлен на фундаменте или раме;
* Насосы с двойным торцевым уплотнением в конструкции требуют частого обслуживания.

Основное отличие напорного насоса состоит в том, что топливо на входе в такой насос уже подается под давлением. Так бывает, когда резервуар находится на поверхности земли, возвышаясь над насосом. В таком случае само топливо, находящееся в резервуаре, за счет перепада высот создает давление на входе в насос.

Существует такое понятие как «взлив» (точнее, «уровень взлива»). Уровень взлива – это высота открытой поверхности горючей жидкости в резервуаре относительно его основания.
Приблизительно можно считать, что 1 метр взлива создает давление на входе насоса в 0,1 атмосферу (Бар).
Без возвышения топлива (резервуара) над насосом (когда взлив равен нулю) напорный насос работать не может.

САМОВСАСЫВАЮЩИЕ НАСОСЫ

Самовсасывающие насосы – это агрегаты, которым для своей работы внешнее избыточное давление не требуется. При правильной подготовке устройства к работе насос создаст его сам. Насосы такого типа используются реже.

Самовсасывающие бывают разных типов, например:
* АСВН (агрегат самовсасывающий вихревой насосный) – самый распространенный тип таких насосов;
* НШ (насос шестеренчатый) – ещё один тип таких насосов;
* КМС (консольно-моноблочный самовсасывающий) – также часто применяемый тип самовсасывающих насосов

Как и любой другой, самовсасывающий насос состоит из двигателя и рабочей камеры с нагнетательным механизмом. Валы насоса и двигателя соединены через муфту, а герметичность определяется типом уплотнителя.

По принципу действия самовсасывающие насосы бывают вихревыми и центробежными. В обоих случаях ключевое звено — крыльчатка, отличающаяся строением, а также формой корпуса, в который она устанавливается. Из-за различной формы корпуса соответственно меняется и принцип работы насоса.

Вихревые насосы оснащены винтообразными шестернями, благодаря которым при малых оборотах достигается высокая производительность, большой напор, значительная высота всасывания и низкий уровень шума.

Центробежный самовсасывающий насос имеет другое строение корпуса и рабочего колеса. Рабочее колесо — диск с короткими радиальными перегородками, располагающимися по краям. Называется он — импеллер. Центробежные самовсасывающие насосы имеют строение рабочей камеры в виде улитки.

Шестеренный насос – это роторный насос с рабочим органом в виде двух шестерён. Конструктивно представляет собой объемный насос, в котором роль рабочего органа выполняют шестерни. При вращении шестерен на стороне всасывания создается разрежение, и жидкость под действием разницы давлений (атмосферного и на стороне всасывания жидкости в насос) заполняет полости между зубьями, перемещается в сторону нагнетания и вытесняется в нагнетательный патрубок. Шестеренный насос устанавливается на раме-плите, к которой крепятся и насос, и электродвигатель, соединенные между собой муфтой. Основными рабочими элементами шестерённого насоса являются две прямозубые шестерни – ведущая и ведомая, изготавливаемые заодно с валами. Опорами валов являются подшипники скольжения.
Преимущества шестеренных насосов:
* простота конструкции;
* высокая надёжность по сравнению с другими насосами;
* низкая стоимость;
* способность работать при высокой частоте вращения, что позволяет напрямую соединять их с валами тепловых или электрических двигателей;
* высокая надежность при работе со сплавами полимеров.
Из недостатков шестеренных насосов стоит отметить:
* нерегулируемость рабочего объема;
* неспособность работать при высоких давлениях, либо высокие требования к материалам изготовления деталей износа;
*высокая требовательность к качеству изготовления шестерён и пластин, образующих корпус;
* двукратное изменение направления движения жидкости в насосе снижает КПД.

ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ САМОВСАСЫВАЮЩИХ НАСОСОВ

Принцип работы самовсасывающего насоса весьма прост. Жидкость из входного патрубка поступает к вращательному механизму – рабочему колесу с лопастями, вращающемуся вдоль оси насоса. Колесо вращается по направлению оси, в результате внутри корпуса создается кинетическая энергия, существенно повышающая давление.

В конструкции поверхностного самовсасывающего насоса может присутствовать несколько рабочих лопастей. Чем их больше, тем выше давление в системе. В таких агрегатах возможно регулировать производительность, что позволяет экономить на потреблении электрической энергии.

Для предотвращения работы насоса вхолостую рекомендуется постоянно следить за наличием рабочей среды (жидкости) в устройстве, а попавший воздух нужно обязательно удалять. В конструкции поверхностного самовсасывающего насоса предусмотрено отверстие, предназначенное для заливки жидкости. Чтобы рабочая среда самостоятельно не вытекала из корпуса, в агрегате есть обратный клапан или специальная задвижка. Также важно исключить попадание в насос механических примесей (грязи, песка и т. д.), которые могут его повредить. Для обеспечения безопасности и целостности деталей насоса перед ним всегда следует устанавливать фильтр грубой очистки.

Самовсасывающие насосы используются в случае, когда резервуар с топливом располагается ниже уровня установки ТЗК-100. Т.е. и резервуар, и ТЗК располагаются на земле, но уровень расположения насоса выше, поэтому, когда в резервуаре останется немного топлива, напорный насос никак не сможет его оттуда выкачать. В таком случае необходимо использовать самовсасывающий насос.

КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ

Напорный и самовсасывающий насосы различаются конструктивно.
В напорном насосе используется улитка, которая напоминает лопасти гребного винта. Между лопастями и корпусом имеется зазор около 2 мм, из-за которого насос и не может самостоятельно всасывать топливо. Другими словами, оборот лопастей улитки не может создать разрежение, которое бы всасывало топливо в насос.

У самовсасывающих насосов принцип работы другой. Их конструкция обеспечивает создание пониженного давления (разряжения), которое подтягивает топливо из резервуара. Есть разные способы, как создать разрежение. Например, в насосе может быть вал, как в мясорубке, или зубчатое колесо. Т.е. зубчатые шестерни захватывают топливо и подают его на выход.
У таких насосов указываются характеристики: до какой глубины они могут поднимать топливо. Например, если у такого насоса указана характеристика — до 30 метров, то при расположении резервуара на 10 метров ниже насоса, этот агрегат сможет создать необходимое давление и поднять топливо наверх с глубины в 10 метров.
Ещё одно различие между типами насосов заключается в том, что из-за особенностей конструкции производительность самовсасывающих насосов примерно в 2,5 – 3 раза меньше, чем у напорных. То есть при одинаковых мощностях и габаритах производительность самовсасывающих насосов будет втрое меньше, чем у напорных.

ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Согласно ГОСТ 32600-2013, введённому в действие 11 января 2014 года, на нефтебазах запрещается использовать насосы, работающие во взрывоопасных зонах без двойного торцевого уплотнения.

Торцевое уплотнение — это герметизирующее устройство насоса, предназначенное для предотвращения выхода рабочей среды в атмосферу. Торцевое уплотнение выполнено в виде пары трения торцевых поверхностей двух деталей, одна из которых закреплена на валу, а вторая — в корпусе.

ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Торцевые уплотнения, в отличие от сальниковой набивки, снижают энергопотребление. Большая часть сальниковых набивок потребляет в среднем в шесть раз больше энергии, чем сбалансированное торцевое уплотнение.

Эксплуатация вращающегося оборудования с использованием сальниковых уплотнений в сальниковой камере аналогична вождению автомобиля на ручном тормозе. Благодаря торцевому уплотнению насоса удаётся герметизировать пространство между корпусом насоса и приводным валом от двигателя. Данные элементы являются расходными, поэтому их необходимо заменять по мере износа, для чего проводится техническое обслуживание (ТО).

Материалов для изготовления торцевых уплотнений много. Наиболее распространенным является карбид кремния и его композиции.

Впервые карбид кремния начал использоваться в качестве покрытия на графитовых деталях уплотнений в 1970-х годах, в последствии нашла применение форма реакционно-спечённого карбида кремния. Реакционно-спечённый карбид кремния ReSiC благодаря наличию свободного кремния имеет низкий коэффициент трения, но ограниченную химическую стойкость в концентрированных кислотах и щелочах. С целью улучшения химической стойкости в начале 1980-х годов была разработана технология изготовления карбидокремниевого материала SSiC [DSSiС] без свободного кремния. Оба материала обладают непревзойдённой твёрдостью и широко используются в уплотнительной технике даже спустя 35 лет. Высокая твёрдость делает карбидокремниевые композиции механически стойкими к износу и абразивным включениям.

Двойные торцевые уплотнения используются при перекачке опасных жидкостей, когда недопустима даже минимальная утечка. Одинарное торцевое уплотнение данных требований обеспечить не может.

Основным преимуществом двойного уплотнения перед одинарным является наличие запирающей или затворной жидкости. В данном случае трущиеся поверхности двойного уплотнения полностью изолированы от перекачиваемой массы, а затворная жидкость обеспечивает не только гладкое скольжение, но и снимает излишнее тепло с пары трения.

Запирающая жидкость должна быть химически инертной по отношению к перекачиваемой рабочей среде (в нашем случае это бензин, солярка или нефть).
Затворная жидкость хранится в бачке, который совмещает функцию теплообменника (охлаждая затворную жидкость проточной водой), и функцию контроля за состоянием торцового уплотнения.
Давление в контуре затворной жидкости может быть меньше, чем у уплотняемой жидкости, или больше (на 0,1–0,2 МПа).
Первый вариант, называемый Plan 52 по API 682, используется, когда попадание затворной жидкости в уплотняемую жидкость недопустимо.
Второй вариант, Plan 53 по API 682, применяется, когда категорически не допускается выход уплотняемой среды за пределы корпуса насоса, а также для жидкостей с высоким давлением насыщенного пара («около кипящих») или жидкостей с повышенным содержанием абразивных частиц. Давление в контуре затворной жидкости обычно создаётся путём закачивания азота в пространство бачка над свободной поверхностью затворной жидкости.
Циркуляция затворной жидкости чаще всего осуществляется с помощью импеллера — вращающейся втулки с винтовой нарезкой, расположенной между парами трения уплотнения

Часто в качестве запорной жидкости в наших насосах используется этиленгликоль. Один из параметров такой запорной жидкости — безвредность в случае утечки в окружающую среду.
Двойные торцевые уплотнители — это те части насоса, которые приходится менять чаще всего. Почти все вызовы по гарантии связаны с заменой двойных торцевых уплотнителей. Сам насос очень надежен, и проблемы с ним возникают очень редко, это либо заводской брак, либо грубые нарушения правил эксплуатации насоса.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОМКИ

Основные поломки торцевого уплотнения могут проявляться следующим образом:

• Насос работает исправно, продолжая подавать топливо. Рядом с насосом расположен бачок с затворной жидкостью, оснащённый мерным смотровым окошком с рисками, указывающими на максимальный и минимальный уровни. Из этого бачка затворная жидкость подается в двойной торцевой уплотнитель. В нормальном режиме работы уровень жидкости должен находиться ровно посередине, не выше и не ниже.
• Если первая пара трения разрушается, уровень жидкости в бачке будет быстро повышаться за счет уплотняемой жидкости.
• Если вторая или обе пары трения разрушаются, уровень жидкости в бачке будет быстро снижаться из-за утечки жидкости в окружающую среду.
• Превышение или снижение уровня затворной жидкости фиксируется с помощью реле уровня, установленных на бачке системы обеспечения. Когда уровень затворной жидкости увеличивается или падает, срабатывает реле. Полученный от реле сигнал используется для сигнализации и аварийного отключения насоса.

ЗАМЕНА ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ

Для замены двойных торцевых уплотнителей необходимо разобрать подводящий трубопровод к ТЗК-100.
Затем слить топливо из насоса, чтобы избежать проливов.
Далее следует снять переднюю крышку насоса и затем крыльчатку. В этой области находится множество шайб, гаек и шплинтов. Цель данного этапа — получить доступ к валу насоса, на котором как раз и расположены торцевые уплотнения.
Аккуратно снять уплотнения и затем изучить их повреждения, чтобы определить, какая пара или пары трения разрушились.
Установить новые торцевые уплотнения вместо старых, которые не подлежат ремонту, поскольку они очень прочные и царапины или другие повреждения не могут быть устранены. Торцевые уплотнения являются расходным материалом.
После замены уплотнений необходимо залить новую затворную жидкость и провести испытания, наблюдая за уровнем затворной жидкости. Уровень не должен изменяться, подниматься или опускаться. Если уровень остаётся прежним, значит ремонт проведен правильно.

РЕМОНТ НАСОСОВ

Ремонт самовсасывающего насоса - это довольно редкий случай. Его следует производить согласно инструкциям завода-изготовителя или в координации со службой технической поддержки производителя насоса.
Например, если по паспорту насоса заявлено, что его глубина подъема (топлива) 30 метров, а он поднимает с 2 или 3-х метров и встает, то это явная неисправность.
То, что может сломаться в таком насосе - это либо отломились зубья у шестеренок, либо заклинили подшипники, либо есть дефекты в корпусе (его износ и шестерни не могут создать вакуум на входе). В данном случае меняется весь корпус.
Как правило, все насосы на нефтебазах работают от переменного напряжения 380 вольт и имеют взрывозащищенное исполнение. Подключение и отключение должно выполняться только сертифицированным и обученным персоналом, имеющим группу по электробезопасности не ниже 3-й.
Начальный вес агрегата (насос и электродвигатель в сборе около 200 кг.