Система виброизоляции насосного агрегата НМ-5000

ВВЕДЕНИЕ

Индустриализация строительства объектовнефтяной и газовой промышленности на базе автоматизированного блочного оборудования обеспечивает значительное сокращение сроков строительства и затрат труда, резко снижает стоимость строительства и повышает надежность работы основного оборудования. Опыт эксплуатации перекачивающих агрегатов магистральных трубопроводов с применением блочного оборудования показал высокую эффективность выбранного направления.

Основными причинами снижения надёжности блочных насосных станций являются: большая мощность агрегатов при недостаточной прочности и жёсткости несущих конструкций, вибрация агрегатов, просадка грунта под блоками насосных станций, приводящая к деформации основания блоков, нарушению соосности валов агрегатов, что приводит к отказам и может стать причиной аварий. Проблема увеличения эксплутационной надежности и долговечности перекачивающих агрегатов насосных станций, улучшение санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала неразрывно связана с разработкой эффективных методов снижений вибраций агрегатов. Для снижения уровня колебаний оснований насосных агрегатов осуществляются специальные мероприятия, к которым могут быть отнесены:

устранение источника вибрации путем уравновешивания, балансировки и центровки машин;

изменения технологического процесса, замена неуравновешенных машин уравновешенными или их перенос на участок, достаточно удалённый от объектов, чувствительных к вибрациям;

конструктивные способы снижения колебаний фундаментов, включающие повышение жёсткости основания, переустройство фундамента, изменение размещения агрегата на фундаменте и расположения фундаментов в плане;

использование различных видов активной и пассивной виброизоляций, а также динамических гасителей колебаний.

Создание и внедрение комплекса виброизолирующей компенсирующей системы для повышения надежности и ресурса насосных агрегатов в топливно-энергетическом комплексе Создание и внедрение комплекса виброизолирующей компенсирующей системы для повышения надежности и ресурса насосных агрегатов в топливно-энергетическом комплексе Колебания, возникающие в работающем насосно-силовом агрегате вследствие неуравновешенности роторов насоса и электродвигателя, неточности изготовления, монтажа и др. причин, проявляются в виде вибраций и шума.

Насосный агрегат, рама, основание, трубопроводная обвязка, жестко связанные друг с другом, подвергаются интенсивным знакопеременным динамическим нагрузкам, которые вызывают «усталость» металлоконструкций, уменьшают срок службы подшипниковых узлов насоса и электродвигателя, муфты и др., шум в помещении блока выше допустимых значений.

Виброизолирующая компенсирующая система представляет собой комплекс технических средств.

Комплекс ВКС включает в свой состав следующие основные элементы.

— насос ;

— электродвигатель ;

упрочненную вибродемпфирующую раму агрегата с высокоточной механообработкой базовых опорных поверхностей, обеспечивающей долговременную стабильность положения насоса и электродвигателя;

упруго-демпферные опоры агрегата, снижающие передачу вибрации агрегатов на фундаменты и несущие конструкции НПС и обеспечивающие повышенную сейсмостойкость оборудования;

компенсаторы-виброгасители на приемно-выкидных трубопроводах насоса, предотвращающие передачу на насос нерасчетных механических и температурных напряжений трубопроводов;

муфты упругие компенсационные УКМ в соединении валов насоса и

электродвигателя, обеспечивающие развязку вибрации роторов насоса и электродвигателя, компенсирующие остаточную несоосность валов агрегата;

гибкие виброгасящие компенсаторы в соединениях вспомогательных трубопроводов (маслосистемы, сбора утечек и др.), снижающие передачу вибрации от виброактивных узлов агрегата (подшипников) на другие элементы агрегата;

упруго-демпферные реактивные опоры патрубков насоса с амортизаторами;

концевые опоры (амортизаторы), стабилизирующие положение рамы агрегата в момент пуска электродвигателя В зависимости от конкретных условий эксплуатации может применяться как комплекс в целом, так и его составные элементы в отдельности.

Система ВКС обеспечивает следующие показатели функционального назначения при работе агрегата на номинальном режиме и отклонениях подачи насоса Q на 10% Q ном:

коэффициент виброизоляции фундамента (отношение среднеквад-ратических значений виброскорости) в полосе частот 10…1000 Гц, измеренных на опорах насоса (электродвигателя) и фундаменте (подрамнике) агрегата при:

полном комплексе ВКС не менее 20

неполном комплексе (без компенсаторов и упруго;

демпфирующих опор не менее 2

коэффициент виброизоляции основных и вспомогательных трубопроводов (10…1000 Гц) 4…10

коэффициент снижения воздушного шума агрегата, дБ 4…8

коэффициент снижения структурного шума оборудования, дБ 12…15

компенсация смещения осей патрубков насоса и трубопроводов во взаимно перпендикулярных

плоскостях, мм: 15 … 25

компенсирующая способность муфты УКМ:

радиальная, мм 0,4…0,6

осевая, мм 4

угловая, рад (град) 0,017(1,0)

расчетный коэффициент увеличения интервалов

МРП (ТР, КР) и ресурса работы агрегата:

полный комплекс ВКС 2,1

не полный комплекс ВКС (без компенсаторов и упруго-демпфирующих опор) 1,4

сейсмостойкость агрегатов и элементов ВКС, баллы шкалы Рихтера 7

Несущими металлоконструкциями насосного агрегата являются: фундаментная закладная рама, подрамник, регулировочные винтовые опоры и упрочненная вибродемпфирующая рама агрегата, предназначенные для монтажа насоса и электродвигателя.

Конструкция рам рассчитывается на динамическую прочность по специальной программе. Вибродемпфирующая рама агрегата представляет собой сварную цельнометаллическую конструкцию из листового проката для обеспечения надежности агрегата от воздействия динамических и вибрационных нагрузок. Для повышения жесткости рамы внутри продольных и поперечных балок имеются ребра жесткости. Рама агрегата крепится к подрамнику через амортизаторы.

Рис. 1 Общий вид упрочненной вибродемпфирующей фундаментной рамы насосных агрегатов серии НМ.

1 — рама агрегата; 2 — опорные поверхности насоса и двигателя (отфрезерованные с высокой точностью); 3 — защитный кожух муфты; 4 — упруго-демпферные опоры (амортизаторы типа, А (АПМ, АГП)); 5 — подрамные несущие конструкции (подрамник); 6 — отжимные регулирующие блоки для юстировки горизонтального положения агрегата; 7 — ящик с комплектом ЗИП (анкерные болты, крепеж, центровочные прокладки).

Упруго-демпферные опоры агрегата — это амортизаторы между фундаментом и рамой агрегата, снижающие до 50 и более раз передачу на фундамент динамических (вибрационных) нагрузок генерируемых агрегатом.

Рис. 2 Внешний вид гидропленочного амортизатора АГП 2,0

Используемые амортизаторы сохраняют свои свойства в широких пределах температур от -500 С до +600 С, при воздействии вредных сред и радиации. Они обладают большим сроком службы (расчетный срок службы — 20 лет), характеризуемым неизменностью их характеристик. Амортизаторы обеспечивают высокую статическую и динамическую прочность. Для демпфирования вибрации применяются как серийные амортизирующие опоры, использующиеся также для монтажа корабельных энергоблоков.

Номинальная статическая нагрузка амортизаторов АгП-2,0 составляет 2000 кг. Амортизаторы имеют линейную нагрузочную характеристику и отличаются повышенной надежностью, стабильностью статических и динамических характеристик в течение всего срока службы. Амортизатор состоит из корпуса, крышки и двух упругих гидропленочных пакетов, собранных из гофрированных металлических пластин. Металлические пластины имеют специальный, предварительно рассчитанный профиль и изготавливаются по разработанной на ФГУП «ПО «Севмаш» технологии штамповки с использованием термофиксации. Полость корпуса амортизатора заполнена маслом. Регулировка зазоров амортизаторов осуществляется путем установки сменных шайб в месте крепления к раме. Особенностью гидропленочного пакета является высокая демпфирующая способность, которая достигается за счет трения гофрированных металлических пластин друг о друга, структурного трения, а также всасывания масла внутрь пакета и выдавливания его из пакета при растяжении и сжатии амортизатора. Изменяя вязкость масляного наполнителя, в котором помещены гидропленочные пакеты, в определенных пределах, можно управлять демпфирующими свойствами амортизатора, осуществляя, таким образом, индивидуальную настройку его динамических характеристик под каждый конкретный случай. С этой целью применяются наполнители с различными коэффициентами вязкости. В гидропленочных амортизаторах системы амортизации ВКС в качестве наполнителя используется пластичная смазка ЦИАТИМ-205 (ГОСТ 8551−205).

Технические характеристики амортизаторов типа АГП 2,1

Номинальная нагрузка 1…2,1 т Коэффициент виброизоляции на частоте 50 Гц 50

Осадка под номинальной нагрузкой 6…12 мм Рабочий диапазон температур 500С…+600С Расчетный срок службы 20 лет Амортизаторы допускают длительную эксплуатацию при следующих температурных условиях:

от -300 до 50С 30% ресурса от 50 до 250С 35% ресурса от 250 до 400С 25% ресурса от 400 до 600С 10% ресурса.

Виброизоляция фундамента и демпфирование колебаний агрегата обеспечивается также применением серийных корабельных резинометаллических амортизаторов типа А-2000 (рис. 3).

Рис. 3 Общий вид амортизатора А-2000

Компенсаторы-виброгасители. Работа насосов в неоптимальных режимах сопровождается повышенной вибрацией трубных коллекторов и установленной на них запорно-регулирующей арматуры, это ведет к постепенной просадке и снижению несущей способности опор трубопроводов, передаче на патрубки насосов нерасчетных механических напряжений, превышающих допустимые в десятки раз.

Технические параметры компенсатора-виброгасителя типа ПРКУ Диаметр условного прохода Dу, мм 500; 700; 1000

Рабочее давление МПа (кгс/см2) 7,5 (75,0)

Рабочая cреда вода, нефть, нефтепродукты Направление потока жидкости любое Компенсация смещения трубопроводовот 15 до 25 мм в любом направлении Коэффициент снижения вибрации в диапазоне

частот 25…1000 Гц, дБ 6…20

Сейсмостойкость, баллы шкалы Рихтера 8

Расчетный срок службы до замены РКО, лет 13

А б Рис. 4 Общий вид компенсаторов-виброгасителей а) компенсаторвиброгаситель типа ПРКУ;

б) компенсатор-виброгаситель типа КР Технические характеристики компенсатора сильфонного Условное давление — Ру 7, 5 МПа.

Условный диаметр — Ду=300−1000 мм.

Проводимая среда — нефть, нефтепродукты.

Скорость среды 0,5… 5,0 м/сек;

Компенсирующая способность, сдвиг 30 (15) мм.

Количество циклов — 5000.

Срок службы — 20 лет.

Муфты универсальные компенсирующие (УКМ) с дисковыми гибкими элементами применяются для соединения валов роторов насоса и электродвигателя, при передаче крутящего момента от 160 до 25 000 Нм, уменьшения динамических (вибрационных) нагрузок насосных и компрессорных агрегатов в системах добычи, переработки, транспорта нефти, газа, теплоэнергоносителей и воды. Безлюфтовая передача вращающего момента в УКМ осуществляется через многослойные пакеты упругих пластин, обладающих нелинейной жесткостью и демпфирующих вибрацию роторной системы, снижая этим общую виброактивность насосного агрегата.

Гибкие элементы УКМ, изготовленные из многослойной тонколистовой нержавеющей стали или комбинированных материалов типа ТРМЭ, имеют высокую упругость и обладают способностью диссипативного рассеивания вибрационной энергии. Вследствие этого муфта допускает значительную расцентровку валов без увеличения вибрации.

Расчетный срок службы УКМ — 10−15 лет. Она не требует смазки и технического обслуживания в течение всего срока эксплуатации. Муфты комплектуются ЗИП, инструментами для сборки, центровки соосности валов

Рис. 5 Общий вид УКМ Компенсаторы — виброгасители КРВ, КРВГ и виброгасящие рукава ВГР предназначены для гибкого виброгасящего соединения трубопроводов вспомогательной обвязки насосных агрегатов, компрессоров и другого технологического оборудования.

Применение КРВ ВГР повышает надежность и стабильность работы оборудования при воздействии дестабилизирующих эксплуатационных факторов:

повышенной вибрации;

изменениях в широких пределах температуры окружающего воздуха и перекачиваемой среды;

перепадах и пульсации давления в трубопроводах;

просадке фундаментов оборудования и трубопроводов (на грунтах с низкой несущей способностью);

механическом напряжении и деформации трубопроводов.

Гибкие виброгасящие металлорукава (рис. 19) предотвращают передачу вибрации от подшипниковых узлов агрегата к вспомогательным трубопроводам.

Металлорукава компенсируют монтажные, температурные и эксплуатационные деформации, неточности монтажа оборудования, гасят вибрационные нагрузки, демпфируют пульсирующие и гидроударные воздействия, не препятствуют работам при центровке агрегата.

Рис. 6 Гибкие виброгасящие металлорукава Регулируемые реактивные опоры являются опорно-фиксирующими элементами наружных участков входного и выходного трубопроводов насоса и предназначены для восприятия весовых нагрузок трубопроводов, заполненных нефтью, снижения передачи на корпус насоса температурных и механических напряжений трубопроводов, а также для уменьшения передачи пусковых нагрузок и рабочей вибрации насосов на трубопроводы, запорную арматуру и коллектор нефтеперекачивающей станции (НПС).

ТЕХНОЛОГИЯ ПО УСТРОЙСТВУ РАБОТ Надёжная работа насосных агрегатов во время эксплуатации во многом зависит от того, как проведены их первоначальный монтаж, наладка и предпусковые испытания. Перед началом монтажных работ необходимо ознакомиться со схемами, чертежами и инструкциями по монтажу устанавливаемого оборудования, подготовить необходимый комплект слесарно-монтажного и контрольно-измерительного инструмента. Место установки насоса должно иметь свободный доступ для его осмотра и ухода за ним во время эксплуатации, а также для сборки и разборки. Фундамент насоса должен быть прочным и устойчивым, чтобы насосный агрегат не вибрировал. Затем производится ревизия насоса. С поверхностей и деталей насоса удаляется консервация и заменяется на тонкий слой жидкого масла. Снимают крышку насоса, вскрывают подшипники и тщательно очищают и промывают в керосине торцовые уплотнения, уплотнения рабочих колёс и вкладышей подшипников.

Проверяют зазоры по вкладышам подшипников, осевое и радиальное расположение ротора насоса. После проведения подготовительных работ производят подгонку шпонок к пазам вала электродвигателя и втулке зубчатой муфты. Предварительно нагретая в кипящей масляной ванне втулка зубчатой муфты напрессовывается на вал электродвигателя, затем надевают втулку зубчатой муфты на вал насоса и закрепляют гайкой. Насос и электродвигатель устанавливают на фундаменте по высоте и по осям в плане таким образом, чтобы обеспечивалось расстояние между фундаментом и нижними плоскостями фундаментных рам не менее 65 мм для последующей возможной подливки бетонов. Расстояние между торцами валов измеряется при среднем положении ротора электродвигателя. Насос выверяется по уровню с точностью 0,1 мм на 1000 мм по оси агрегата и 0,2 мм на 1000 мм по оси патрубков насоса. Базой для уровня служат шейки вала насоса по оси агрегата и плоскость разъёма корпуса насоса в местах присоединения подшипников по оси патрубков.

Предварительную центровку электродвигателя с насосом с точностью до 0,03 мм осуществляют с помощью специального приспособления и набора металлических прокладок. Фундаментные шпильки предварительно отцентрованного агрегата затягивают с моментом сил 9Дж. Фундаментные рамы заливают бетоном и после его затвердевания шпильки окончательно затягивают с моментом сил 12Дж. Если насос отклонился от горизонтали, под его лапы подкладывают металлические подкладки и окончательно центруют агрегат. К входному и напорному патрубкам установленного на фундаменте насосного агрегата приваривают технологический трубопровод. Во избежании возникновения воздушных мешков во входном трубопроводе насос рекомендуется устанавливать с максимально коротким входным трубопроводом, который должен иметь небольшой уклон от насоса. После сварки проверяют качество сварных швов и испытывают насос совместно с трубопроводом в течении 1часа при снятых торцевых уплотнениях давлением 9МПа, а в сборе с ротором и торцевыми уплотнениями типа ТМдавлением до 8МПа. После присоединения к насосу вспомогательных трубопроводов разгрузки, слива утечек, подвода и отвода масла проверяют центровку агрегата Если электродвигатель невзрывобезопасного исполнения, на его зубчатую втулку устанавливают воздушную камеру, а кольцо приваривают к фрамуге. При установке воздушной камеры необходимо тщательно выдержать зазор между воздушной камерой и зубчатой втулкой электродвигателя и убедиться достаточен ли зазор между воздушной камерой и торцовой крышкой зубчатой муфты при смещённом в сторону возбудителя роторе электродвигателя. После установки насосного агрегата и обвязки его с технологическими и вспомогательными трубопроводами насосной станции производят его наладку и пусковые испытания. Пуск насосного агрегата возможен лишь при наличии качественной смазки трущихся пар. Маслосистему продувают сжатым воздухом, промывают 15%-ным раствором ортофосфорной кислоты до исчезновения ржавчины в трубопроводах, а затем — 2%-ным раствором кальционированной соды. На подводе масла к подшипникам устанавливают фильтрующие сетки с ячейкой не более 0,16 мм и масло прокачивают по системе не менее 6 ч, при этом периодически очищают фильтрую сетки. После прокачки загрязнённое масло сливают из системы, маслобак, фильтры, подшипники и другие элементы очищают и в систему заливают чистое масло.

Отрегулировав дроссельными шайбами количество масла поступающего к подшипникам, производят пробный пуск электродвигателя на холостом ходу. Убедившись в правильном направлении вращения ротора, отсутствии стуков вибрации, подготавливают пуск насоса, для чего рукой проворачивают ротор насоса, подключают его к электродвигателю, заполняют насос нефтью и проверяют работу агрегатных задвижек и подачу воздуха в воздушную камеру.

Перед пуском насосного агрегата открывают входную задвижку, приоткрывают на 10% задвижку на напорном трубопроводе и производят пуск агрегата. Пуск агрегата возможен и на закрытую напорную задвижку, но при этом агрегат должен работать не более 2 мин. Обкатка насосного агрегата производится при номинальном режиме не менее двух часов. Во время обкатки необходимо следить за температурой подшипников и вибрацией агрегата, за работой маслосистемы, герметичностью узлов и коммуникаций согласно инструкции завода-изготовителя. После отключения электродвигателя измеряют время выбега агрегата, которое должно быть не менее 1 мин. Качественное проведение монтажных и наладочных работ на оборудовании в значительной степени способствует его дальнейшей надёжной работе.

Виброизолирующая компенсирующая система представляет собой комплекс технических средств. Комплексом ВКС могут быть оснащены агрегаты мощностью от 200 кВт до 10 МВт и более в системах добычи, подготовки и транспорта нефти, на нефтеперерабатывающих, нефтехимических производствах, в теплои электроэнергетике.

На рисунке 7 приведен общий вид опытного образца магистрального насосного агрегата НМ 5000. Основные элементы комплекса ВКС: 1 — насос; 2 — электродвигатель; 3 — упрочненную вибродемпфирующую раму агрегата с высокоточной механообработкой базовых опорных поверхностей, обеспечивающую долговременную стабильность положения насоса и электродвигателя; 4 — упруго-демпферные опоры агрегата, снижающие передачу вибрации агрегатов на фундаменты и несущие конструкции 5 — муфты упругие компенсационные (УКМ) в соединении валов насоса и электродвигателя, обеспечивающие развязку вибрации роторов насоса и электродвигателя, компенсирующие остаточную несоосность валов агрегата;

В зависимости от конкретных условий эксплуатации может применяться как комплекс в целом, так и его составные элементы в отдельности. Система ВКС обеспечивает следующие показатели функционального назначения при работе агрегата на номинальном режиме и отклонениях подачи насоса Q на ± 10% от 0НОМ: 76 77

Комплекс ВКС относится к категории ремонтопригодной, восстанавливаемой. Комплекс и составные элементы ВКС имеют 90% наработку на отказ не менее 10 000 часов. Средний ресурс работы до капитального ремонта насосных агрегатов, оснащенных полным комплексом ВКС: насоса НМ — 85 000 часов, электродвигателя — 40 000 часов; агрегатов, оснащенных неполным комплексом ВКС: насоса НМ — 50 000 часов, электродвигателя — 25 000 часов.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ НАСОСНОГО АГРЕГАТА ЦЕЛЬ РАСЧЕТА Целью расчёта насосных агрегатов является определение основных параметров, на основе которых осуществляется проектирование системы виброизоляции насосного агрегата, установленного в блок-боксах.

РАСЧЁТ ВИБРОИЗОЛЯИИ НАСОСНОГО АГРЕГАТА ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Основные исходные данные насосного агрегата:

Тип электродвигателя СТДП…3150−2

Тип насосаНМ…5000−210

Масса электродвигателя…19 450кг Масса насоса…5000кг Масса рамы…1512кг Масса муфты…139 кг Масса ротора электродвигателя…2520 кг Масса ротора насоса…200 кг Масса агрегата в целом…28 821кг Эксцентриситет ротора электродвигателя…0,0075 м Эксцентриситет ротора насоса…0,004 м Эксцентриситет муфты…0,004 м Число оборотов ротора…3000об/мин Координата х’ц.м. электродвигателя…2,87 м Координата х’ц.м. насоса…6,37 м Координата х’ц.м. рамы…3,76 м координата х’ц.м. муфты…4,87 м Координата z’ц.м. электродвигателя…1,42 м Координата z’ц.м. насоса…1,0 м Координата z’ц.м. рамы…0,42 м Координата z’ц.м. муфты…0,997 м Радиус электродвигателя…0,56 м Радиус муфты…0,18 м Длина цилиндра электродвигателя…3,05 м Длина насоса…2,2 м Длина рамы…6,22 м Длина цилиндра муфты…0,285 м Ширина насоса…2,25 м Ширина рамы…1,3 м Высота насоса…1,83 м Высота рамы…0,85 м Насос НМ 5000−210−2.1

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ АГРЕГАТА типа АНМ с двигателем СТДП ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ЦЕНТРА МАСС НАСОСНОГО АГРЕГАТА Для определения координат центра масс выделим следующие элементы агрегата: электродвигатель, насос, фундаментная рама, зубчатая муфта.

Точку О на горизонтальной оси симметрии агрегата принимаем за начало системы координат X’Y’Z'.

Оси X' и Y' проводим в плоскости, проходящей через нижнюю опорную поверхность фундаментной рамы.

Ось X'— параллельно оси вращения насоса.

Ось Y'— перпендикулярно оси X' поперёк нижней опорной поверхности фундаментной рамы.

Ось Z' —через точку пересечения осей X' и Y' перпендикулярно оси вращения насоса.

При таком расположении осей:

Y’цм,=0;

Х’цм= (Q1X1'+ Q2X2'+ Q3X3'+ Q4X4')/(Q1+Q2+Q3+Q4)=(19 450•2,87+5000 • 6,37+1512 • 3,76+139 •4,87)/(19 450+5000+1512+139)=3,94 м;

Z’цm=(Q1Z1'+ Q2Z2'+ Q3Z3'+ Q4Z4')/(Q1+Q2+Q3+Q4)=(19 450 • 1,42+5000 • 1+1512 • 0,42+139 •0,997)/(19 450+500+1512+139)=1,25 м;

где Х’цм, У'цм, Z'цмкоординаты центра масс агрегата;

Q1,Q2,Q3,Q4- соответственно масса электродвигателя, насоса, фундамента, рамы, зубчатой муфты;

Х1', Х2', ХЗ', Х4' - соответственно координаты по оси X' центра массы электродвигателя, насоса, фундамента, рамы, зубчатой муфты;

Zl', Z2', Z3', Z4' - cooтветственно координаты по оси Z' центра массы электродвигателя, насоса, фундамента, рамы, зубчатой муфты.

Рис. 8. К расчету координат центра масс и моментов инерции агрегата ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ АГРЕГАТА Jx, Jy, Jz ОТНОСИТЕЛЬНО ОСЕЙ Х, Y, Z, ПРОХОДЯЩИХ ЧЕРЕЗ ЕГО ЦЕНТР МАСС

Jx=?(Jxi+Qi*(yi2 +zi2)/g);

Jy=?(Jyi+Qi*(xi2 +zi2)/g);

Jz=?(Jzi+Qi*(xi2 +yi2)/g);

xi=xi'-X'цм; yi=yi'-Y'цм; zi=zi'-Z'цм;

где хj, yi, zj — координаты центра массы i-го элемента в системе координат XYZ, полученной параллельным переносом системы координат X’Y’Z' и её цетра в центр масс агрегата;

Jxi, Jyi Jzi — моменты инерции i-ro элемента агрегата относительно осей, проходящих через центры масс элемента.

Моменты инерции отдельных элементов агрегата (электродвигатель, насос, фундаментная рама, зубчатая муфта) относительно их центров масс определяются приближенно, причем элементы рассматриваются как тела правильной геометрической фермы (например, электродвигатель и муфта — цилиндр, рама и насос — прямоугольный параллелепипед). Моменты инерции электродвигателя и муфты:

Jx=Qi•ri2/(2•g)=19 450 • 0,562/(2 • 9,81)=367,6 кг• м •с 2

Jyi = Jzi=Qi•(3-ri2+bi2 /(2•g)=19 450 •(3•0,562+3,052)/(2 •9,81)=12 005 кг• м •с 2

где гi — радиус электродвигателя, муфты; Q — масса электродвигателя, муфты;

bi — длина цилицдра электродвигателя, муфты;

i=1 —для электродвигателя, i=4—для муфты.

Момент инерции насоса:

Jx2=Q2 • (a22+c22) / (12 • g)=5000 • (2,252+1,832)/(12 • 9,81)=1024,4 кг• м •с 2 ;

Jy2=Q2 • (b22+c22) / (12 • g)= 5000 • (22+1,832)/(12 • 9,81)=914,3 кг• м •с 2 ;

Jz2=Q2 • (b22+a22) / (12 • g) = 5000 • (22+1,252)/(12 • 9,81)=1203.7,4 кг• м •с 2 ;

где ai, bi, ciширина, длина, высота насоса, рамы;

Qi — масса насоса, рамы;

i = 2 — для насоса, т= 3 — для рамы.

Момент инерции рамы:

Jx3=Q3 • (a32+c32) / (12 • g)=1512 • (1,32+0,852)/(12 • 9,81)=96,1 кг• м •с 2 ;

Jy3=Q3 • (b32+c32) / (12 • g)= 1512 • (6,222+0,852)/(12 • 9,81)=735,61 кг• м •с 2 ;

Jz3=Q3 • (b32+a32) / (12 • g) = 1512 • (6,222+1,32)/(12 • 9,81)=813,16 кг• м •с 2 ;

Момент инерции муфты:

Jx4=Q4 • r42 / (2 • g)=139 • 1,182/(2 • 9,81)=0,23 кг• м •с 2 ;

Jy4= Jz4=Q4 • (3 • r42+b42) / (2 • g)= 139 • (3•0,182+0.2852)/(2 • 9,81)=1,25 кг• м •с 2 ;

где r4- радиус муфты; Q4 — масса муфты;

b4 — длина цилицдра муфты;

Координаты центра масс z-ro элемента агрегата хьуzв системе координат XYZ, полученной параллельным переносом системы координатX’Y’Z' и её центра в центр масс агрегата:

хi=x'i-X'цм; yi=y'i-Y'цм; zi=z'i-Z'цм

xi =2,87−3,94= -1,07 м координаты центра масс;

yi=0−0=0 электродвигателя в системе;

zi =1,42−1,25=0,17 м координаты центра масс;

х2= 6,37−3,94=2,43 м координаты центра масс;

у2 = 0−0 =0 насоса в системе;

z2= 1,0−1,25=-0,25 м координат центра масс;

xз = 3,76−3,94= -0,18 м координаты центра масс;

yз = 0−0 = 0 рамы в системе;

z3 = 0,42−1,25=- 0,83 м координат XYZ;

x4 = 4.87−3.94=0,93 м координаты центра масс;

у4= 0−0 = 0 муфты в системе;

z4= 0,997−1,25= - 0,253 м координаты XYZ.

Jx=?(Jxi+Qi*(yi2 +zi2)/g)=(367,6+19 450 • (02+0.172))/9,81+(1024,4+5000 •(02+(-0,252))/9,81+(96,1+1512 • (02+(-0,83)2))/9,81+(0,23+139 •(02+(0,253)2))/9,81=

=1719,67 кг• м •с 2 ;

Jy=?(Jyi+Qi*(xi2 +zi2)/g))=(12 005+19450 • (-1,072+0.172))/9,81+(91 403+5000 •(2,432+(-0,252))/9,81+(735,61+1512 • (-0,182+(-0,83)2))/9,81+(1,25+139 •(0,932+(0,253)2))/9,81=22 797,99 кг• м •с 2 ;

Jz=?(Jzi+Qi*(xi2 +yi2)/g))=(12 005+19450 • (-1,072+02))/9,81+(1203,7+5000 •(2,432+02))/9,81+(813,16+1512 • (-0,182+02))/9,81+(1,25+139 •(0,932+02))/9,81=

=22 855,1 кг• м •с 2 ;

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУД ВОЗМУЩАЮЩ ИХ СИЛ Причиной вибрации насосного агрегата являются возмущающие силы и моменты, возникающие при работе агрегата вследствие динамической неуравновешенности роторов насоса и электродвигателя.

Величина амплитуд возмущающей силы определяется по формуле

P=m •e •щ02

где m — масса ротора; е — эксцентриситет ротора;

щ0- круговая частота возмущающей силы щ0=2 •3,14 • ѓB

ѓB — частота рабочей вибрации, Гц.

ѓB=N/60

где N — число оборотов ротора за минуту.

Подставляя приведённые величины, в формулу, получаем:

Р = m•e•(2−3,14•N/60)2

Амплитуды возмущающих усилий в направлении осей Z и Y:

— для электродвигателя:

Pz1 = Ру1 = m1 • е1 • (2 • 3,14 • N / 60)2=(2 •3.14•N/60)2=2520 •0,0075 • (2 • 3,14 • 3000/60)2=3342,4 кН,

где m1 — масса ротора электродвигателя;

е1 — эксцентриситет ротора электродвигателя.

для насоса:

Pz2-Py2=m2 • е2 •(2•3,14• N /60)2=200 • 0,004 • (2 • 3,14 • 3000/60)2 =

= 157,75 кН,

где m2 — масса ротора насоса; е2 — эксцентриситет ротора насоса.

для муфты:

Pz4 = Ру4 = m4 • е4 • (2• 3,14-N/60)2=139• 0,004 • (2 • 3,14 • 3000/60)2 =

= 54,82 кН,

где m4 —масса муфты; е4 — эксцентриситет муфты.

Суммарная амплитуда возмущающей нагрузки:

Pz = Ру = Pz1+ Pz2 + Pz4=3342,157,75+54,82=3554,97 кН.

Амплитуды возмущающих моментов относительно осей OX, OY, OZ:

Мох = Py*h=3554,97 • 4,185= 14 877,55 кН•м;

Моу = Моz = 0,

где h — расстояние между осями координат OZ' и OZ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ АМПЛИТУД ВЫНУЖДЕННЫХ ПОСТУПАТЕЛЬНЫХ И ВРАЩАТЕЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ АГРЕГАТА щ0=2 •3,14 • N/60=2 • 3.14 •3000/60=315 Гц.

Aox=0;

Aoy=Aoz=Pz/(Q • щ02)=3554,97 •103/(28 821 •3152)=10,3 •10−4м;

цox = Мox/(Jx• щ02•g)=14 877,55 • 103/1719,67 •315 2 •9,81)=8,9 • 10−3 рад, где Аoу, Аоz — амплитуды вынужденных колебаний по осям OY, OZ;

цox — амплитуда вращательных колебаний относительно оси ОХ.

Значение амплитуды колебаний вала агрегата по оси ОХ вычисляют по формуле:

Ay=Aoy+цox •h=1,03 • 10−3 +8,9 •10−3 • 4,185=38,28 •10−3 м.

ВЫБОР ТИПОРАЗМЕРА И КОЛИЧЕСТВА ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ Для виброизолирующего крепления насосного агрегата принимаем виброизоляторо типа «А-2000». Номинальная нагрузка на один виброизолятор составляет 2000 кг. Максимальное количество виброизоляторов n в креплении определяется по формуле

n=Q/pH=28 821/2000=14,

где Q — масса агрегата; Рн — номинальная нагрузка на один виброизолятор.

При составлении схемы размещения виброизоляторов стараются выполнить условие максимального приближения центра масс агрегата к центру жёсткости виброизоляторов.

Координаты центра жёсткости виброизолирующего устройства в системе координат XYZ:

Yцж=0;

Хцж=?(xi)/n=(0,9+0,9+1,8+1,8+2,7+2,7+3,6+3,6−0,9−0,9−1,8−1,8−2,7−2,7−3,6−3,6)/14=0

Координаты центра жёсткости виброизолирующего устройства в системе координат X’Y’Z':

Y’цж=0;

X’цж=?(xi)/n=(0,16+0,16+1,06+1,06+1,96+1,96+2,86+2,86+3,76+3,76+4,66+4,66+5,56+5,56+6,46+6,46+7,36+7,36)/3,76 м, где xi — координаты центра жесткости i-го виброизолятора;

ni-количество виброизоляторов.

Хцж, Yцжкоординаты центра жесткости виброизоляторов вплоскостаи XY;

kц — динамическая жёсткость всех виброизоляторов по направлению оси Z;

кzi — динамическая жёсткость i-ro виброизолятора в направлении оси Z;

xiyi — координаты центра жесткости i-го виброзолятора Так как мы принимаем один тип виброизоляторов, то преобразуется в вид:

Yцж=0; Xцж=?(xi)/n

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ АГРЕГАТА НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ

Частота свободных вертикальных колебаний агрегата на виброизоляторах fz определяется по формуле:

ѓz =(KZ/Q)0.5 /(2 •3,14)=(45 •106/28 821) 0,5/(2 • 3,14)=5,71 Гц, где Kz = n • kzi=14 • 2500=45 •102 Н/м;

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУД ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ АГРЕГАТА НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ Амплитуда вертикальных колебаний работающего агрегата определяется по формуле:

A’oz=Pz/(Q • щ02 — Kz)=3554,97 • 103 /(28 821 • 3152−45 • 10 6)=10,4 • 10 -4 м.

где Pz — амплитуда возмущающих сил в направлении оси Z.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕГО КРЕПЛЕНИЯ Эффективность виброизоляций оценивается коэффициентом:

м=Pz/Pkz=3554,97 • 103/(46 800=75,96

где Pkz — амплитуда динамической силы, передающейся в направлении оси Z. Определяется по формуле:

Pkz= A’oz • Kz=10,4 • 10−4 • 45 • 106=46800H

Значение коэффициента м должно находиться в пределах от 5 до 100.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гумеров А. Г., Гумеров Р. С., Исхаков Р. Г., Новикова Л. Ф., Хангильдин Т. В. Г 94 Виброизолирующая компенсирующая система насосноэнергетических агрегатов. Уфа, 2008. — 328 с: ил.

2. Александров А. В. и др. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы / А. В. Александров, Б. Я. Лащенников, Н. Н. Шапошников. — М.: Стройиздат, 1983. — 488 с.

3. Александров А. В., Потапов В. Д. Основы теории упругости и пластичности. — М.: Высшая школа, 1990. — 400 с.

4. Аргирис Д. Современные достижения в методах расчета конструкций с применением матриц. — М.: Иностранная литература, 1968. — 248 с.

5. Артамошкин СВ. Облегченные опорные конструкции с комплексом виброизолирующей компенсирующей системы под нефтеперекачивающие агрегаты // Материалы первого конкурса научных работ молодых ученых и аспирантов УНЦ РАН и АН РБ 20 ноября 2002 г. — Уфа: Гилем, 2003. — С. 14

6. Артамошкин СВ. Облегченные опорные конструкции с комплексом виброизолирующей компенсирующей системы под нефтеперекачивающие агрегаты // Экологические проблемы промышленных регионов. Тез. докл. — Екатеринбург: ГУПР МПР России по Свердловской области ГНЦ РФ ОАО Уральский институт металлов, 2003. — С. 95.

7. Бажайкин С. Г., Акбердин A.M., Хангильдин В. Г. О некоторых проблемах экономии электроэнергии на предприятиях Башкортостана / Ресурсои энергосбережение в Республике Башкортостан: проблемы и задачи. Тез. докл. первой научн.-практ. республ. конф. — Уфа, 1997.

8. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. — М.: Стройиздат, 1982. — 448 с.

насосных агрегатов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР. — Уфа, 2004. — С. 177−182.