Оптимизация смазки подшипников API центрифугальных насосов: проверенные лучшие практики

В современных нефтехимических и природного газа объектах, продление среднего времени между ремонтами (MTBR) вращающегося оборудования — особенно API центрифугальных насосов — является топ-приоритетом. Максимизация эффективности смазки напрямую способствует достижению этих целей MTBR.

Введение

Хотя эта статья фокусируется на горизонтальных API (American Petroleum Industry) процессных насосах, концепции широко применяются к ANSI-рейтингам также. Множественные исследования приписывают преждевременный подшипниковый отказ в первую очередь неадекватной смазке, с одним опросом отмечающим, что 50 % ущерба вызвано дефектными практиками смазки. Плохая смазка может быть catégorisée в четыре частых отказа:

• Неверный тип смазки
• Неверное количество смазки
• Загрязненная смазка
• Деградация смазки

Рисунок 1: Типичные причины подшипниковых отказов

API Standard 610 специфицирует минимум L10 жизнь подшипника 25 000 часов для непрерывной операции на рейтинговых условиях, и минимум 16 000 часов под максимальными нагрузками и скоростью. Предполагая 80 % готовности в год (292 дня), минимальная ожидаемая L10 жизнь переводится примерно в 3,5 года и 2,2 года соответственно. Дефектная смазка может вызвать до 50 % подшипников отказать до того, как вступит усталость, потенциально в течение часов после установки, после года или прямо перед усталостью. Продление этой жизни возможно через следование 5 R смазки: Правильная смазка, Правильное количество, Правильное место, Правильное время, Правильное качество.

Выбор смазки

Антифрикционные подшипники в процессных насосах могут быть смазаны смазкой, минеральным маслом или синтетическим маслом. Первичная функция масла (или масляной составляющей смазки) — разделять катящиеся элементы от дорожек, смазывать скользящие поверхности, обеспечивать коррозийную защиту и помогать охлаждению.

Вязкость — самое критичное свойство. Использование правильной вязкости для скорости, операционной температуры и нагрузки обеспечивает полную масляную пленку между движущимися частями. Неверная вязкость снижает несущую способность, утончает пленку и может привести к жертвенному контакту. Вязкость меняется с нагрузкой, температурой, водой, загрязнителями и химической деградацией. Обратитесь к OEM операционному мануалу для рекомендаций по вязкости, и мониторьте температуру картера, так как вязкость падает с ростом температуры.

Таблица 1: Рекомендация SKF для шаровых подшипников в насосах

Процессные насосные масла типично ISO 46, 68 или 100 (кинематическая вязкость в центистоках). В то время как углеводородные масла распространены, синтетические масла предпочтительны там, где температурные флуктуации превышают 100 °C (212 °F), потому что окисление минерального масла ускоряется при высоких температурах.

Количество смазки

После выбора подходящей смазки, определение правильного количества существенно. Понимание дизайна подшипникового корпуса и предполагаемого уровня масла — первый шаг.

Дизайн-базированный уровень масла

Частые методы смазки для горизонтальных процессных насосов включают:

• Смазка (преимущественно для низших лошадиных сил блоков)
• Масляный сплэш (прямой контакт, масляные кольца, флингеры)
• Чистый масляный мист
• Пурговый масляный мист

Прямой контакт сплэш включает вал, вращающийся через тонкую масляную пленку; подшипники не должны быть погружены глубже чем половина диаметра нижнего катящегося элемента. Масляные кольца обеспечивают сплэш-смазку без прямого контакта, идеально для более высоких скоростей или нагрузок. Флингер-диски действуют похоже, но прикреплены к валу, позволяя постоянное погружение около 3/8 дюйма.

Рисунок 2: Поперечное сечение насоса – Масляной сплэш/Прямой контакт

Мист-системы атонимизируют масло в 1–3 мкм капли, которые транспортируются воздушным потоком в подшипниковый корпус. Чистый мист подает масло под давлением без резервуара, в то время как пурговый мист включает резервуар и может включать флингеры или кольца для дополнительной сплэш-смазки.

Низкие vs. Высокие уровни масла

Низкие уровни масла компромиссную силу пленки, приводя к скольжению, термическому бегству и катастрофическому отказу. Высокие уровни вызывают чрезмерное окисление, залегание воздуха и утечки уплотнений. Ни одно крайнее не должно терпиться.

Поддержание правильных уровней

Картерная смазка масла требует только чтобы уровни оставались в приемлемых границах — ни критически низкими, ни чрезмерно высокими. Обратитесь к OEM мануалу для конкретных диапазонов и используйте маркировки или теги на корпусе для визуальной верификации.

Рисунок 3: Типичные условия уровня масла

Наиболее частое решение — постоянный-уровень ойлер. Однажды установленный, он автоматически пополняет масло, потерянное через утечки или вентиляцию, поддерживая стабильный уровень картера. Визуальное подтверждение может быть достигнуто с бычьими-глазами портами или смотровыми стеклами.

Управление загрязнением

Загрязнители — частицы, влага, несовместимые жидкости и воздух — главные контрибьюторы преждевременного подшипникового износа. Частицы вызывают локализованное давление и абразивный ущерб; вода подрывает масляную пленку, приводя к коррозии, кавитации и окислению; воздух снижает силу пленки и продвигает окисление.

Источники загрязнения делятся на три категории:

• Генерированные (износ заезжания, эрозия масляных колец)
• Внешнее проникновение (давления дифференциалы, экологическое вхождение)
• Обслуживание-индуцированные (неправильное хранение, дозирование)

Эффективное уплотнение — магнитные или лицевые уплотнения — вместе с лабиринтными типами изоляторов подшипников и не-вентиляционными ойлерами драматически снижают вхождение. Правильная вентиляция и выравнивание давления при пуске и остановке дальше защищают картер.

Деградация смазки

Все масла окисляются со временем, особенно при повышенных температурах. На каждые 8 °C (18 °F) подъема, скорость окисления удваивается. Насосы, работающие на или выше 60 °C (140 °F), могут сократить жизнь масла пополам, если температура не контролируется. Снижение температуры масла до 50 °C (122 °F) может снизить окисление на 50 %.

Ключевые стратегии продления жизни масла включают:

• Использование правильной вязкости
• Выбор высококачественных масел
• Поддержание правильного количества масла
• Сохранение чистоты масла через фильтрацию и правильную манипуляцию

Залегание воздуха — первичный источник кислорода для окисления. Сплэш-типы корпусов (напр., флингер-кольца) особенно склонны к аэрации. Избыточный воздух ухудшает кислотное число, цвет масла, вязкость и продвигает коррозию и лакокрасочные отложения.

График 1. Температура vs. Время работы

Резюме

Эффективная смазка — смесь знаний и практики. Начните с фундаментов:

• Выберите правильный тип смазки и вязкость
• Согласуйте выбор масла с дизайном насоса (смазка, сплэш, мист)
• Поддерживайте предписанный уровень масла — используйте постоянные-уровень ойлеры и визуальные проверки
• Минимизируйте загрязнение: дизайн уплотнений, вентиляция, хранение и обслуживание
• Контролируйте операционную температуру для замедления окисления
• Применяйте анализ масла для раннего обнаружения загрязнителей
• Следуйте 5 R смазки последовательно

Устраняя плохие практики смазки, объекты могут надежно достичь рейтингов L10 жизни, специфицированных API 610, и даже превзойти их, тем самым продлевая MTBR и сокращая простой.

Ссылки

• Brandlein, Eschmann, Hasbargen, Weigand. Ball and Roller Bearings, 3rd Edition
• Bloch, Budris. Pump Users Handbook