О необходимости разработки стандарта по нормированию вибрации центробежных насосов.

Елин Александр Валерьевич,
заместитель директора по научно-исследовательской работе ОАО «ВНИИАЭН», к.т.н. (г. Сумы, Украина)
Цема Алексей Дмитриевич,
заведующий отделом динамики и вибродиагностики ОАО «ВНИИАЭН», к.т.н (г. Сумы, Украина)
Павловская Валентина Владимировна,
ведущий инженер отдела динамики и вибродиагностики ОАО «ВНИИАЭН« (г. Сумы, Украина)

Центробежные насосы нашли широкое применение в тепловой и атомной энергетике, нефтедобыче и трубопроводном транспорте, химической и других отраслях промышленности, коммунальном и сельском хозяйствах. Они выполняют технологические функции, обеспечивающие работоспособность, а зачастую и безопасность производств. Поэтому к ним предъявляются высокие требования по надежности.

Одной из наиболее распространенных причин, ограничивающих надежность центробежных насосов, является вибрация.

Виброактивность насосного оборудования зависит от множества конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов и является в настоящее время одним из основных показателей качества и надежности. При этом требуется наличие или разработка норм вибрации и научно обоснованных критериев оценки технического состояния машин по вибрационным параметрам. Подготовкой и разработкой нормативных документов для оценки вибрации машин занимаются как национальные, так и международные организации. Комитетом вибрационной техники союза немецких инженеров разработаны рекомендации VDI 2056 по оценке механических колебаний машин. Они положены в основу международных стандартов ISO 2372, ISO 3945, разработанных комитетом «Механическая вибрация и удар» международной организации по стандартизации. Указанными рекомендациями и стандартами выработаны общие для роторных машин подходы в вопросе оценки вибрации, которые состоят в следующем.

В качестве величины, просто и достаточно полно характеризующей вибрационное состояние машины, используется среднее квадратическое значение виброскорости (в полосе частот от 10 Гц до 1000 Гц для роторных машин с диапазоном окружных скоростей, лежащих в пределах от 10 с^-1 до 200 с^-1). Виброактивность определяется по наибольшему из измеренных средних квадратических значений виброскорости в заданных местах и направлениях контроля. В качестве мест контроля используются такие, где возникают повышенные динамические напряжения и происходит передача усилий от одних частей машины к другим. У роторных машин контроль вибрации производится на подшипниковых опорах в двух взаимно перпендикулярных поперечных и осевом направлениях по отношению к оси ротора.

Для разработки количественных норм вибрации предложены классы интенсивности вибрации (0,11; 0,18; 0,28; 0,45; 0,71; 1,12; 2,8; 4,5; 7,1; 11,2; 18; 28; 45; 71 мм/с), составленные таким образом, что отношение граничных значений соседних классов составляет один децибел (1 дБ соответствует возрастанию уровня вибрации в 1,57 раза).

Качественная оценка интенсивности вибрации машин проводится по следующим четырем позициям:

• хорошо (зона A);
• удовлетворительно (зона B, приемлемо);
• необходимо улучшение (зона C, еще допустимо);
• недопустимо (зона D).

Для вновь разрабатываемых машин вибрация должна находиться в зоне А. Машины с вибрацией, находящейся в зоне В, считаются пригодными для неограниченно длительной эксплуатации. Верхняя граница зоны В является предельно допустимой при испытаниях машин и вводе их в эксплуатацию.

Машины с вибрацией, находящейся в зоне С, считаются требующими улучшения. Они могут работать в этих условиях ограниченное время до появления благоприятной возможности выполнения ремонтных работ.

Вибрация, попадающая в зону D, считается достаточно строгой предпосылкой повреждения машины.

Рекомендации по величине граничных значений каждой из позиций оценок вибрации даются для различных групп машин. Разбивка машин на группы производится в зависимости от типа машин, их мощности, скорости вращения ротора и характеристики системы «машина - основание» (жесткая система или гибкая).

С учетом описанных выше общих подходов был разработан ряд государственных и международных стандартов по нормированию и оценке вибрации конкретных типов машин. Обобщающим машины различных типов нормативным документом по оценке вибрации на основе измерений на не вращающихся частях (абсолютной вибрации) является международный стандарт ISO 10816 [1]. В третьей части этого стандарта (ISO 10816-3:1998(Е)) центробежные насосы мощностью свыше 15 кВт и частотой вращения от 120 об/мин до 15000 об/мин отнесены к третьей (для насосов с раздельным приводом) и четвертой (для насосов объединенных с приводом) группам. Границы зон А/В, В/С, С/D для насосов третьей группы приведены в таблице А.3 и для насосов четвертой группы - в таблице А.4, но только для номинального режима работы (номинальной подачи).

На практике центробежные насосы могут эксплуатироваться в широкой рабочей зоне напорной характеристики. При этом вибрация существенно зависит от режима работы [2, 3]. Она минимальна при оптимальном расходе, соответствующем максимальному к.п.д., и увеличивается при уменьшении или повышении расхода.

Единственным стандартом, в котором назначаются нормы вибрации центробежных насосов в зависимости от расхода, является стандарт ISO/CD 13709/API 610 [4]. Он распространяется на центробежные насосы для нефтяной, химической с тяжелыми условиями работы и газовой промышленности и устанавливает предельные значения вибрации при испытаниях насосов на эксплуатационные показатели. В указанном стандарте рабочий диапазон расходов центробежного насоса разбивается на две зоны: предпочтительную рабочую зону, на которой насос имеет низкую вибрацию, и допустимую рабочую зону с подачами, при которых вибрация насоса достигает более высокого, но все еще допустимого уровня. Требованием стандарта устанавливается, что насосы должны иметь предпочтительную рабочую зону в интервале от 70% до 120% по отношению к оптимальной подаче. Номинальная подача должна быть в пределах от 80% до 110% по отношению к оптимальной подаче. Предельные значения вибрации при испытаниях в предпочтительной рабочей зоне приводятся раздельно для горизонтальных и вертикальных насосов.

На подачах за пределами предпочтительной рабочей зоны, но в пределах допустимой рабочей зоны допускается 30% увеличение предельных значений вибрации.

К сожалению, стандарт API 610 не приводит качественных оценок технического состояния насосов по вибрационным параметрам в условиях эксплуатации, как это сделано в ISO 10816. Кроме того, для ряда центробежных насосов предлагается эксплуатация в очень широком диапазоне подач (например, менее 30% и свыше 240% от номинальной подачи). Некоторые насосы, как, например, насосы систем безопасности АЭС, эксплуатируются в режиме опробования с подачами менее 4% от номинальной подачи. Для таких насосов удовлетворение требований стандарта API 610 затруднительно и нецелесообразно, а зачастую и практически невозможно.

На основе приведенного выше анализа гармонизация отечественных стандартов по нормированию и оценке вибрации с европейскими и международными, о необходимости которой указывается в работе [5], путем их прямого идентичного перевода применительно к центробежным насосам, представляется нецелесообразной. По мнению авторов данной статьи необходима разработка межгосударственного стандарта, в котором нормирование и оценка вибрации центробежных насосов производилась бы во всей рабочей зоне, как при испытаниях, так и в процессе эксплуатации. При этом, безусловно, должна быть учтена нормативная база международных стандартов. Такому стандарту можно дать наименование «Насосы центробежные. Нормы вибрации. Общие требования, измерения и оценка».

ОАО «ВНИИАЭН» на базе накопленного обширного статистического материала по вибрационным характеристикам различных типов центробежных насосов готов разработать и представить на рассмотрение проект предлагаемого выше стандарта. На протяжении тридцати лет специалистами института ежегодно проводятся вибрационные обследования более двухсот единиц насосного оборудования как в процессе испытаний, так и в условиях эксплуатации. По предлагаемому выше принципу для семнадцати типоразмеров насосов разработан и внедрен на всех АЭС с реакторами ВВЭР-1000 руководящий документ РД 52/1-94 «Специальные насосы АЭС. Нормы вибрации».

Предлагаем предприятиям и организациям, занимающимся разработкой, изготовлением и эксплуатацией центробежных насосов, а также вопросами стандартизации высказать свое мнение относительно необходимости разработки такого стандарта. Контактные реквизиты приводятся ниже. Обсуждение вопросов, связанных с разработкой стандарта может быть проведено в рамках международного форума «Насосы. Компрессоры. Арматура. PCVEXPO'2006» (г. Москва, КВЦ «Сокольники», 2-5 октября 2006 г.)

Таблица А.3 - Границы зон вибросостояния для машин:

Группы 3:

Многолопастные насосы с отдельным приводом - центробежные, с осевым и смешанным потоками - номинальной мощностью свыше 15 кВт

Тип опоры	Границы зон	Средние квадратические значения
		виброперемещения, μм	виброскорости, мм/с
жесткая	A/B B/C C/D	18 36 57	2,3 4,5 7,1
податливая	A/B B/C C/D	28 57 90	3,5 7,1 11,0

Таблица А.4 - Границы зон вибросостояния для машин:

Группы 4:

Многолопастные насосы со встроенным приводом - центробежные, с осевым и смешанным потоками - номинальной мощностью свыше 15 кВт

Тип опоры	Границы зон	Средние квадратические значения
		виброперемещения, μм	виброскорости, мм/с
жесткая	A/B B/C C/D	11 22 36	1,4 2,8 4,5
податливая	A/B B/C C/D	18 36 56	2,3 4,5 7,1

Реквизиты для контактов:

Украина, 40003, г. Сумы, ул. 2-я Железнодорожная, 2

факс (38+0542) 215-055, 215-070

тел. (38+0542) 25-04-68

E-mail: admin@vniiaen.sumy.ua

Литература

1. ISO 10816:1998(Е). Mechanical vibration. Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts.
2. Samarasekera H. Acceptable vibration levels for centrifugal pumps//World pumps.- 1988.-March.-№258.-c.62, 63.
3. Operating rotodynamic pumps away from design conditions / European Association of Pump Manufacturers.- 2000.- ISBN 1-85617-372-0.
4. API 610 Centrifugal Pumps For Petroleum, Heavy Duty Chemical, And Gas Industry Services.- 8th Edition.- 1995.
5. Твердохлеб И., Визенков Г., Скрынник Ю. Насосы для заводнения нефтяных пластов. /Ж. «Насосы & оборудование».-№5 (34)-2005.-с.15-17.

В начало статьи