Подъем, установка и центровка центробежных насосов двустороннего входа: стандартизированный процесс монтажа на основе стандартов ISO

Качество монтажа центробежных насосов двустороннего входа (горизонтальных центробежных насосов с разъемным корпусом и двусторонним входом, типы BB1/BB2 по ISO 13709) определяется тремя ключевыми этапами: подъемом, установкой и центровкой. Основные задачи контроля на каждом этапе следующие: при подъеме необходимо контролировать нагрузки и не допускать деформации; при установке — контролировать отметку и горизонтальность; при центровке — контролировать смещение осей и внешние нагрузки со стороны трубопроводов. 

В данной статье представлен практический порядок монтажа, количественные критерии контроля и методы приемки в соответствии с системой стандартов ISO. Материал применим к монтажу центробежных насосов двустороннего входа, поставляемых как в полностью собранном виде, так и отдельными узлами, для промышленных систем водоснабжения и водоотведения, городского водоснабжения и гидротехнических проектов.

I. Три типичных вида отказов: почему необходимо соблюдать последовательность монтажа

Практика эксплуатации показывает, что большинство отказов центробежных насосов двустороннего входа после ввода в эксплуатацию связано не с производственными дефектами, а с пропуском или неправильным выполнением отдельных монтажных операций. Поэтому далее процесс рассматривается как замкнутый цикл:

Подготовка → Подъем → Установка → Подливка → Центровка → Трубопроводы → Приемка

II. Подготовка к монтажу и проверка фундамента

1. Проверка фундамента

Прочность бетонного фундамента должна быть подтверждена в соответствии с проектной документацией. Как правило, монтаж следует начинать после достижения бетоном не менее 75 % проектной прочности. Испытания и оценку прочности выполняют в соответствии с применимыми методами серии ISO 1920.

Необходимо повторно проверить осевые линии фундамента, отметку и положение отверстий под анкерные болты. В качестве общего ориентира отклонение координат следует удерживать в пределах ±5 мм, а отклонение по высоте — в пределах ±5 мм.

Поверхность фундамента необходимо очистить от цементного молочка, масла и других загрязнений и выполнить ее шероховку. Участки установки подкладок должны быть отшлифованы и выровнены. Площадь контакта должна составлять не менее 50 %. При проверке щупом толщиной 0,05 мм глубина его прохода не должна превышать одной трети длины подкладки.

2. Проверка после распаковки и предварительный контроль

Проверить модели и данные на табличках насоса, двигателя и общей рамы, а также наличие всех поставленных принадлежностей и специальных инструментов.

Проверить легкость вращения ротора и подтвердить класс балансировки ротора — как правило, не ниже G2.5 по ISO 1940-1.

Проверить механическое уплотнение и трубопроводы промывки уплотнения. Схема промывки должна соответствовать ISO 21049. Убедиться в отсутствии повреждений, полученных при транспортировке.

Проверить тип муфты и допустимую величину компенсации. Эти значения используются как исходные данные для определения допустимых отклонений при окончательной центровке.

III. Подъем: контроль нагрузок и предотвращение деформации конструкции

Основные принципы подъема — контролируемое приложение нагрузки, использование штатных точек подъема и отсутствие ударных воздействий.

Грузоподъемное оборудование и точки подъема

Грузоподъемность крана должна быть проверена с учетом как минимум 1,2-кратной массы насосного агрегата. Стропы, скобы и траверсы должны иметь действующую маркировку и подтверждение пригодности. Поврежденные или перегруженные грузозахватные приспособления использовать запрещается.

Насос необходимо поднимать за штатные рымы/точки подъема на корпусе либо в местах установки строп, указанных изготовителем.

Запрещается поднимать насос, обхватывая стропами вал насоса, муфту, всасывающий или напорный фланец, механическое уплотнение либо соединения контрольно-измерительных приборов.

Угол между стропом и вертикалью рекомендуется выдерживать не более 60°; максимальный угол не должен превышать 90°. С увеличением угла натяжение стропа возрастает, поэтому схема подъема должна быть соответствующим образом рассчитана.

Защита и перемещение

В местах контакта стропов с острыми кромками корпуса необходимо использовать резиновые чехлы, защитные накладки или аналогичные средства защиты для предотвращения повреждения покрытия и обработанных поверхностей.

При подъеме насос должен сохранять горизонтальное положение. Подъем, опускание и перемещение следует выполнять плавно и с контролируемой скоростью. Не допускаются резкие остановки, внезапные изменения направления движения и боковое нагружение.

На протяжении всей операции подъема следует использовать оттяжки, предотвращающие столкновение насоса с фундаментом или опорными конструкциями.

При монтаже в разобранном виде, например при вскрытии корпуса на месте монтажа, ротор необходимо поднимать с использованием специального грузозахватного приспособления и сохранять в горизонтальном положении. Запрещается поднимать ротор за рабочее колесо или втулку вала. После вскрытия корпуса поверхности горизонтального разъема необходимо тщательно защитить.

IV. Установка, выверка и предварительная центровка: подкладки имеют решающее значение

1. Расположение подкладок

Пакеты подкладок следует размещать по обеим сторонам анкерных болтов и под несущими ребрами или конструктивными элементами рамы. Рекомендуемое расстояние между пакетами подкладок составляет 500–1000 мм.

В каждом пакете обычно должно быть не более пяти подкладок. Пара клиновых подкладок, устанавливаемых как единый комплект, считается двумя подкладками.

Подкладки должны выступать за внешний край рамы на 10–30 мм, а их часть под рамой должна заходить за осевую линию анкерного болта.

Длина перекрытия клиновых подкладок должна составлять не менее трех четвертей их общей длины.

После завершения и приемки выверки пакеты подкладок следует зафиксировать прихваточной сваркой либо другим способом, предусмотренным монтажной документацией.

Примечание: Количество фундаментных подкладок и тонких регулировочных прокладок из нержавеющей стали, используемых для центровки двигателя, — это разные понятия. Их нельзя смешивать. Для центровки двигателя обычно используют не более трех тонких прокладок.

2. Установка и выверка

Плавно опустить насосный агрегат на фундамент, совместить его с осевыми линиями фундамента и монтажными базовыми линиями и оставить достаточный запас для регулировки положения анкерных болтов.

В качестве общего ориентира отклонение положения осевой линии должно составлять ≤±5 мм, а отклонение монтажной отметки — ≤±5 мм.

Для проверки горизонтальности следует использовать прецизионный рамный уровень с точностью 0,02 мм/м или высокоточный пузырьковый уровень. Измерения выполняют в следующих местах:

Горизонтальная плоскость разъема корпуса насоса — измеряют продольную и поперечную горизонтальность.

Плоскость разъема корпуса подшипника / шейка вала насоса — проверяют горизонтальность вала насоса.

Не следует использовать всасывающий или напорный фланец для проверки горизонтальности. Это вертикальные поверхности, которые характеризуют вертикальную ориентацию, а не горизонтальность.

Контрольные значения: при монтаже насоса в разобранном виде продольный уклон должен быть ≤0,05/1000. Для агрегата, поставляемого в полностью собранном виде, продольный уклон должен быть ≤0,1/1000, а поперечный — ≤0,2/1000, если изготовитель не устанавливает иные значения.

3. Общая рама и раздельная рама

Полностью собранный агрегат с общей рамой: центровка обычно выполняется на заводе. На объекте основная задача заключается в проверке. Регулировка требуется только в том случае, если транспортировка, подъем или подливка привели к выходу центровки за установленные допуски.

Раздельная рама / отдельные опорные основания: сначала устанавливают и выверяют насос, затем устанавливают двигатель. После этого на объекте выполняется полный комплекс операций по центровке.

V. Подливка и выдержка: этапы, которые часто пропускают и которые могут привести к наиболее серьезным проблемам

Это один из наиболее часто игнорируемых этапов, хотя именно он во многом определяет, сможет ли окончательная центровка сохраняться в процессе эксплуатации.

Первичная подливка: 

заполнить раствором отверстия под анкерные болты после удаления загрязнений и увлажнения отверстий. Использовать предусмотренный проектом состав и обеспечить полное заполнение без пустот.

Вторичная подливка:

Заполнить раствором пространство между рамой и фундаментом. Толщина слоя подливки обычно составляет 30–70 мм.

Подливка должна выполняться непрерывно, с обеспечением плотного заполнения, за одну операцию. Под рамой и внутри ее конструкции не должно оставаться пустот.

Анкерные болты следует выбирать в соответствии с классами прочности, указанными в ISO 898-1. Момент затяжки должен соответствовать проектной документации; болты затягивают симметрично и поэтапно.

Период выдержки обычно должен составлять не менее 7 суток. Прецизионную центровку нельзя начинать до достижения раствором не менее 75 % проектной прочности.

Основной принцип: окончательную прецизионную центровку необходимо выполнять после завершения вторичной подливки и ее выдержки. После подключения трубопроводов центровку необходимо проверить повторно.

Усадка подливочного раствора и затяжка анкерных болтов могут вызвать смещение оборудования. Если выполнить окончательную центровку слишком рано, работу фактически придется выполнять повторно.

VI. Прецизионная центровка муфты: сначала исключить ложные показания, затем выполнять измерения

1. Две обязательные предварительные проверки

1-1. Проверка «мягкой лапы» (Soft Foot)

Недостаточный контакт между опорными лапами оборудования и рамой может привести к деформации оборудования при затяжке анкерных болтов, из-за чего последующие показания индикатора часового типа становятся недостоверными.

Для проверки «мягкой лапы» установите индикатор часового типа рядом с опорной лапой оборудования и поочередно ослабляйте анкерные болты, измеряя величину подъема лапы. В качестве общего ориентира подъем должен быть ≤0,05 мм.

Если значение превышает допустимый предел, его следует устранить с помощью цельных прокладок из нержавеющей стали. Не допускается использовать несколько слоев тонких прокладок.

1-2. Проверка биения полумуфты

Поворачивая вал, измерьте радиальное и торцевое биение полумуфты. В качестве общего ориентира биение должно быть ≤0,02–0,03 мм.

Перед использованием полумуфты в качестве базы для измерений центровки необходимо убедиться в отсутствии чрезмерного биения и деформации торцевой поверхности.

2. Предварительная и прецизионная центровка

Зазор муфты: установите зазор в соответствии со значением, указанным изготовителем муфты для конкретной модели. Также необходимо учитывать требуемое осевое перемещение и тепловое расширение. Нельзя использовать универсальное значение 3–5 мм.

Предварительная центровка: используйте поверочную линейку и щуп для устранения явных параллельных и угловых отклонений.

Прецизионная центровка: предпочтительно использовать лазерную систему центровки. Введите правильные размеры оборудования и убедитесь, что измерительные кронштейны надежно закреплены.

При отсутствии лазерной системы можно использовать метод трех индикаторов: один индикатор измеряет радиальное смещение, а два других устанавливаются на торцевой поверхности под углом 180° друг к другу для получения усредненных показаний и снижения влияния осевого перемещения при проворачивании.

Измерения выполняют в положениях 0°, 90°, 180° и 270°. Показания должны корректно замыкаться. Кронштейн индикатора должен обладать достаточной жесткостью; перед измерениями необходимо проверить его прогиб, а измерительный шток индикатора должен быть перпендикулярен контролируемой поверхности.

3. Критерии приемки центровки

Центровку следует контролировать в соответствии с ISO 14691 и допустимой величиной компенсации, установленной изготовителем муфты. Два следующих независимых параметра должны оцениваться отдельно:

Примечание: Центровку муфты не следует оценивать только по показателю «концентричности». «Концентричность» является геометрическим допуском, определенным в ISO 1101. При практической центровке валов радиальное смещение и угловая несоосность являются двумя независимыми параметрами, которые необходимо контролировать отдельно.

4. Компенсация при холодной центровке и повторная проверка

Рассчитайте требуемое предварительное смещение при холодной центровке с учетом рабочей температуры перекачиваемой среды и теплового расширения насоса и двигателя. При работе в горячем состоянии обычно требуется установить осевую линию двигателя выше, чтобы компенсировать тепловое расширение и обеспечить соответствие допускам центровки как в холодном состоянии, так и при рабочей температуре.

После монтажа трубопроводов и завершения выдержки подливочного раствора центровку необходимо проверить повторно. Перед вводом в эксплуатацию следует выполнить еще одну окончательную проверку.

VII. Подключение трубопроводов и контроль внешних нагрузок

Внешние силы со стороны трубопроводов являются одной из основных причин повышенной вибрации во время эксплуатации и могут оказывать большее влияние, чем сама ошибка центровки.

Трубопроводы должны иметь независимые опоры. Фланцы насоса не должны воспринимать вес трубопроводов или усилия, возникающие вследствие теплового расширения.

Размеры и классы давления фланцев должны соответствовать требованиям ISO 7005. При свободном, ненапряженном состоянии трубопровода необходимо проверить параллельность фланцев. В качестве общего ориентира отклонение должно составлять ≤0,1–0,2 мм, а болты должны свободно проходить через отверстия.

Контроль с помощью индикатора часового типа: установите индикатор на муфте и контролируйте смещение во время симметричной затяжки болтов фланцев трубопровода. Смещение, измеренное в районе муфты, должно быть ≤0,05 мм. Если значение превышает допустимый предел, трубопровод необходимо повторно выровнять. Запрещается принудительно стягивать трубопровод с насосом.

Подключите и промойте трубопроводы промывки и охлаждения механического уплотнения в соответствии с применимыми требованиями ISO 21049. Перед подачей промывочной воды убедитесь в чистоте трубопроводов.

VIII. Пусконаладка и приемка: замкнуть цикл с помощью количественных критериев

Перед вводом в эксплуатацию необходимо проверить следующее:

Провернуть вал вручную и убедиться в плавности вращения, отсутствии заеданий и посторонних шумов.

Выполнить отдельное испытание двигателя без нагрузки и подтвердить правильное направление вращения.

Заполнить или долить смазочный материал в соответствии с установленным уровнем масла или смазки.

Установить защитное ограждение муфты в соответствии с ISO 14120.

Убедиться, что рабочая зона полностью очищена.

После запуска насос следует оценить в соответствии с ISO 9906 и ISO 10816-7 (с учетом современной системы оценки вибрации по ISO 20816-3):

IX. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q1: Можно ли поднимать центробежный насос двустороннего входа, обвязав всасывающий и напорный фланцы стальным канатом?

Нет. Фланцы и корпус являются литыми конструкциями, которые при неправильном подъеме могут быть повреждены или деформированы. Это может привести к повреждению уплотнительных поверхностей и последующей утечке в горизонтальном разъеме корпуса. Всегда используйте штатные точки подъема или подходящую траверсу.

Q2: Какое максимальное количество подкладок допускается в одном пакете?

В пакете фундаментных подкладок обычно должно быть не более пяти элементов. Пара клиновых подкладок считается двумя элементами.

Тонкие прокладки из нержавеющей стали, используемые для центровки двигателя, обычно применяются в количестве не более трех штук. Эти два типа подкладок нельзя смешивать.

Q3: Центровку следует выполнять до или после подливки?

Рекомендуемая последовательность:

Установка и выверка → Первичная подливка → Выдержка → Окончательная выверка и затяжка → Вторичная подливка → Выдержка до достижения требуемой прочности → Проверка «мягкой лапы» → Прецизионная центровка → Подключение трубопроводов → Окончательная проверка

Прецизионную центровку следует выполнять только после полного твердения подливочного раствора.

Q4: Что следует проверить, если показания при центровке постоянно изменяются?

Сначала проверьте «мягкую лапу», затем жесткость кронштейна индикатора и гистерезис индикатора часового типа. После этого проверьте, подключены ли уже трубопроводы и не создают ли они внешнюю нагрузку на насос.

Q5: Что делать, если вибрация значительно увеличивается после достижения рабочей температуры?

Проверьте, было ли предварительное смещение при холодной центровке правильно рассчитано с учетом рабочей температуры и теплового расширения. Также проверьте опоры и подвески трубопроводов, чтобы определить, работают ли они надлежащим образом и не создают ли тепловые нагрузки на насос.

Заключение

Монтаж центробежного насоса двустороннего входа по сути заключается в последовательном достижении трех целей: контролируемые нагрузки, надежные базовые точки и измеряемые допуски.

На этапе подъема приоритетом является предотвращение повреждения конструкции. При установке правильно расположенные подкладки и корректно выбранные поверхности измерения формируют надежную монтажную базу. При центровке сначала необходимо исключить ложные показания, вызванные «мягкой лапой» и биением полумуфты, после чего отдельно контролировать радиальное смещение и угловую несоосность. Наконец, контроль нагрузок со стороны трубопроводов и количественная приемка при вводе в эксплуатацию завершают процесс монтажа.

Наибольшая разница в качестве монтажа часто определяется не точностью измерительного оборудования, а тремя легко пропускаемыми операциями: проверкой «мягкой лапы», выдержкой подливочного раствора и контролем нагрузок трубопровода с помощью индикатора часового типа.

Строгое соблюдение последовательности монтажа и критериев контроля на основе стандартов ISO, приведенных в данной статье, позволяет значительно снизить риск повышенной вибрации, преждевременного износа подшипников и утечек через уплотнение вала, обеспечивая стабильную и надежную длительную работу насосного агрегата в расчетных условиях.