Вы здесь
Главная / Статьи / Об использовании муфт упругих пластинчатых в питательных насосных агрегатах

Об использовании муфт упругих пластинчатых в питательных насосных агрегатах

В недалеком прошлом крупные питательные насосы отечественного производства комплектовались, преимущественно, зубчатыми муфтами (МЗ). В последние годы существует тенденция замены штатных зубчатых муфт питательных насосных агрегатов как с электро – так и с турбоприводом на муфты упругие пластинчатые (МУП), инициированная крупными электрогенерирующими предприятиями стран СНГ и Украины. Крупнейшие ТЭС Украины и России ведут непрерывную планомерную замену МЗ на МУП по требованиям механиков, на опыте убедившихся в очевидных преимуществах последних. Систематизируем основные преимущества МУП.

  1. Радикальное снижение статических и динамических нагрузок на опоры соединяемых валов

Зубчатая муфта, обладающая подвижностью во всех направлениях в ненагруженном состоянии, при нагружении крутящим моментом создает значительные осевые и радиальные силы и моменты реакции на относительные смещения соединяемых валов за счет сил трения в зацеплении. Причем:

  • величина реакций велика, поскольку обусловлена большими величинами усилий в зацеплении, передающих крутящий момент
  • значительные реакции возникают уже при малейших, порядка микрометров, смещениях валов;
  • при вращении валов реакции носят импульсный, ударный характер, поскольку обусловлены нелинейными силами сухого трения (даже при нормальной смазке).

Следствием действия этих факторов являются большие радиальные и осевые нагрузки на опоры соединяемых валов, причем динамического, ударного характера. Такие нагрузки приводят к снижению надежности и ресурса, практически быстрому выходу из строя опорных подшипниковых узлов.

Упругая пластинчатая муфта компенсирует относительные смещения валов исключительно за счет упругих деформаций пакетов упругих элементов, поэтому:

  • величина реакций на радиальные, угловые и осевые смещения валов незначительна;
  • реакции незначительны даже при существенных расцентровках валов;
  • реакции имеют статический характер, динамическая составляющая практически отсутствует.

Таким образом, применение МУП обеспечивает радикальное снижение статических и динамических нагрузок на опоры соединяемых валов, которое ведет к повышению надежности и ресурса опор роторов (а косвенно — и уплотнений за счет снижения осевых и радиальных перемещений ротора).

  1. Снижение вибраций и шума

Снижение динамических нагрузок на соединяемые валы и их опоры при замене МЗ на МУП, приводит к существенному уменьшению вибраций машин. Выполненная «НТК» обработка результатов вибромониторинга свыше 100 центробежных насосных агрегатов различных типов, в которых проводились замены муфт, дает следующие статистические результаты.

Средние значения параметров вибраций на опорах насосов

Направление и точка измерения Наименование параметра вибрации Исходное значение (зубчатая муфта) Значение после замены муфты на упругую пластинчатую Снижение параметра вибрации после замены муфты, разы
1 Верт. направление двигателя т.№1 СКЗ виброскорости 1,7 1,1 1,55
ПИК виброскорости (до 1000 Гц) 4,8 1,6 3,00
2 Верт. направление двигателя т.№2 СКЗ виброскорости 2,3 1,6 1,44
ПИК виброскорости 5,5 2,0 2,75
3 Горизонтальное направление двигателя т.№1 СКЗ виброскорости 2,2 1,6 1,38
СКЗ виброускорения 5,37 0,71 7,56
ПИК виброскорости 5,1 2,2 2,32
4 Горизонтальное направление двигателя т.№2 СКЗ виброскорости 2,5 1,7 1,47
СКЗ виброускорения 11,0 1,33 8,27
ПИК виброскорости 6,4 2,25 2,84
5 Осевое направление двигателя т.№2 СКЗ виброскорости 1,6 1,4 1,14
ПИК виброскорости 4,8 1,9 2,53
6 Верт. направление насоса т.№3 СКЗ виброскорости 4,1 0,9 4,56
ПИК виброскорости 11,4 1,3 8,77
7 Верт. направление насоса т.№4 СКЗ виброскорости 3,6 0,9 4,00
ПИК виброскорости 9,9 1,3 7,62
8 Горизонтальное направление насоса т.№3 СКЗ виброскорости 2,7 1,2 2,25
СКЗ виброускорения 6,13 2,8 2,19
ПИК виброскорости 8,4 1,7 4,94
9 Горизонтальное направление насоса т.№4 СКЗ виброскорости 1,8 1,0 1,80
СКЗ виброускорения 4,6 1,2 3,83
ПИК виброскорости 5,7 1,3 4,38
10 Осевое направление насоса т.№3 СКЗ виброскорости 2,1 1,0 2,1
ПИК виброскорости 7,4 1,4 5,29

Комментарии к приведенным результатам:

  • применение МУП ведет к существенному снижению параметров вибрации;
  • снижение пиковых значений виброскорости и среднеквадратичных значений (скз) виброускорения в среднем, в 4-5 раз, является подтверждением радикального снижения динамических составляющих нагрузок на валы машин со стороны МУП в сравнении с МЗ;
  • снижение величины скз виброскорости в среднем, более чем в 2 раза, в некоторых случаях позволит «втиснуть» агрегат в жесткие международные нормы по допускаемым показателям виброскорости.
  1. Стабильная долговременная сбалансированность МУП.

Подвижные соединения сопрягаемых частей зубчатых муфт производятся по посадкам с зазором. Радиальный зазор или люфт приводит к неопределенности взаимного радиального положения проставки муфты относительно полумуфт с обеих сторон и, как следствие, к дисбалансу, случайному по величине и направлению. Случайный характер величины и направления дисбаланса, изменяющийся от пуска к пуску, не дает возможности ни отбалансировать муфту в сборе, ни компенсировать его даже способом «подбалансировки в собственных опорах».

Например, масса проставки зубчатой муфты насоса ПЭ 580-195 составляет 80 кг, а возможный радиальный люфт в зубчатых соединениях — до 227 мкм ( ! ).  Дисбаланс, обусловленный случайным смещением центра масс проставки на величину радиального люфта, может составить для введенной в эксплуатацию муфты до 9080 г*мм, а класс точности балансировки муфты в сборе при массе полумуфты 30-45 кг и частоте вращения 3000 об/мин не может быть гарантирован лучше G40 ( ! ) по ГОСТ ИСО 1940-1-2007.

Но при работе муфты, сопровождающейся трением в зубчатом зацеплении, независимо от способа его центровки, неизбежен износ и нарастающее увеличение радиального люфта, которое приведет к нарастающему повышению несбалансированности муфты и росту вибраций агрегата.

В отличие от зубчатой, в упругой пластинчатой муфте взаимная центровка частей осуществляется точными посадками по гладким цилиндрическим поверхностям и не нарушается в процессе эксплуатации. Например, для муфты МУП2-2100, применяемой в том же агрегате с насосом ПЭ 580-195, возможный дисбаланс ограничивается величиной 1200 г*мм, а класс точности балансировки может быть достигнут на уровне G2,5.

  1. Муфта МУП имеет стабильную характеристику зависимости осевой силы от величины осевого смещения валов, практически не зависящую от передаваемого момента, что обеспечивает гарантированную упругую осевую центровку соединяемых валов. Это особенно важно для крупных питательных агрегатов, так как в крупных электродвигателях с опорами скольжения, как правило, отсутствуют опорные узлы, что в сочетании с применением зубчатых муфт приводит к типичным проблемам с неконтролируемым осевым ходом роторов двигателей – трением в осевых ограничительных буртах, их износом, сработкой автоматики по перегреву и т.п.
  2. Повышенные надежность, ресурс и эксплуатационные характеристики муфты МУП.

При проектировании МУП прочностной расчет проводится на неограниченный ресурс, а отсутствие изнашиваемых деталей позволяет предположить реальность достижения ресурса муфты без ремонта, равного ресурсу агрегата с учетом текущих и капитальных ремонтов. По данным нашего предприятия, при соблюдении паспортных условий эксплуатации, большинство наших муфт МУП исправно работают с самого начала их производства в 1995 году без замены упругих элементов и других деталей. Таким образом, помимо предположительного снижения стоимости жизненного цикла самой муфты МУП, замена МЗ на МУП приведет к некоторому  улучшению показателей надежности агрегата.

Преимуществом муфт МУП является также отсутствие необходимости смазки и какого-либо обслуживания в процессе эксплуатации, за исключением периодического осмотра состояния упругих элементов во время планового обслуживания агрегата.

Таким образом, внедрение МУП в питательных насосах взамен МЗ мы считаем целесообразным, поскольку оно ведет к  улучшению важных технических характеристик насосных агрегатов в целом.

Наверх