离心泵可靠性指标的研究

2022-09-11

建国初期, 我国石化工业用泵全部依靠进口。我国在50年代中期和60年代中期, 先后开发了国产第一代和第二代流程泵和耐腐蚀泵。改革开放后, 在消化吸收引进技术和总结国内流程泵30多年生产和使用经验的基础上, 推出了我国第三代石化用泵。这些泵的技术经济指标和可靠性虽然有了很大提高, 但与国外同类产品相比, 在各个方面仍有一定差距。在今后的开发中, 泵行业不能只把目标定在满足用户最起码的要求上, 而应朝着石化用泵的整体发展趋势迎头赶上, 以API 610标准为目标。例如API610规定, 泵需连续运行3年, 泵使用寿命应为20年。

1 离心泵工作原理

离心泵是叶片式泵的一种, 由于这种泵主要是由叶轮 (一个或多个) 旋转时产生离心力而输送液体的, 所以叫做离心泵。离心泵的主要工作部件是吸入室、叶轮、压出室, 其核心是叶轮。当泵内灌满液体时, 由于叶轮高速旋转, 液体在叶轮作用下产生惯性离心力, 惯性离心力驱使泵内的液体沿叶片流道向四周甩出去, 由于液体在泵中通过旋转的叶轮获得能量, 使液体的压力和流速都增加, 于是液体就沿排出管流出, 并由于压力的作用而将液体升至高处。当将泵内和吸入管灌满液体而启动后, 叶轮中心附近的液体受离心力作用而被甩向叶轮周围, 这时在叶轮中心附近形成低压区, 而储液槽内的液体在压力作用下对泵内和泵外之间产生一个压差, 液体在压差的作用下, 经吸入管进入叶轮中。因此, 叶轮不断旋转, 泵便能不断吸入液体而连续不断地工作。

吸入室的功用是将液体从吸入管均匀地引入叶轮, 减少压力损失。压出室的功用是先将叶轮甩出的高速液体收集并引到排出管, 但由于压力损失是与流速平方成正比, 因此将压出室流道截面制成逐渐增大的形态, 使流速降低按伯努利方程式原理, 在总量不变下, 速度能降低, 则压力能增加, 而压力能正是我们所需要的, 所以压出室主要作用是转换液体能量的形成。

总之, 离心泵工作原理, 简单的说是:靠泵内外压差将液体吸入, 靠叶轮使液体获得能量, 靠压出室将速度能变为压力能形式。

2 离心泵可靠性指标的研究

可靠性的定义:产品在规定的条件下和规定的时间内, 完成规定功能的能力。

(1) “产品”是指离心泵6 5YⅡ-10 0整车。

(2) “规定的条件”指的是使用条件、维护条件、环境条件操作技术等, 具体地讲, 离心泵应在以下条件下运行:

(1) 操作者应按正常操作指标操作;

(2) 泵出口压力 (2.0MPa) 及电流保持正常, 严禁长时间抽空;

(3) 润滑油坚持三级过滤, 及时换油, 防止出现假液位;

(4) 轴承箱内润滑油无乳化变质现象;

(5) 在运行中不能中断冷却水;

(6) 机泵、油箱、油环不得甩油、串水, 机泵螺栓和螺母要紧固。

(3) “规定的功能”是指泵应运行正常、效能良好, 压力、流量平稳。出口压力2.0 MPa, 流量为2 5.4 m 3/h。

根据石化用泵的具体情况, 我们确定离心泵可靠性指标。见下图。以泵104从2003年到2006年7月运行数据为依据进行相关计算。

2.1 平均无故障工作时间

对于可修复的产品而言, 平均无故障工作时间即是无故障工作时间的平均值, 记作M T B F。泵1 0 4平均无故障工作时间:MTBF=1700h。

2.2 可靠度

可靠度是产品在规定条件下和规定的时间内, 完成规定功能的概率, 记作:R (t) 。一般情况下, 从泵发生故障到修理完恢复功能用时3h, 在这3h中, 另一台备用泵运行。特殊情况下, 损坏零件的备用件库房没有, 需外购。最大可费时50h。

2.3 故障率

故障率是工作到某时刻尚未失效的产品, 在该时刻后单位时间内发生失效的概率, 记作:λ (t) 。此离心泵无故障工作时间服从指数分布, 则故障率为常数, 也就是说离心泵工作一段时间后的寿命分布与原来未工作时寿命分布相同。此离心泵故障率的点估计为:

2.4 维修度

对于可维修产品, 维修度就是在规定条件下和规定时间内完成维修的概率。记作:M ( (t) 。此离心泵共进行了16次停机维修, 4个维修工按规定的程序和方法, 在4小时内, 都能使此设备保持和恢复到能完成规定功能状态。

M ( (4 h) =100%

2.5 平均修复时间

平均修复时间是产品修复时间的平均值。记作:MTTR。

MTTR=3h。

2.6 工作有效度

工作有效度是平均可工作的时间对平均可工作时间与平均停机时间之和的比, 即:

式中:MUT为平均可工作的时间;MDT为平均不可工作的时间。

泵104从2003年运行到2006年7月没有进行过改装, 总时间为:990×24×2=47520 (h) , 不可工作时间包括维修时间、延误时间。维修时间为45h, 延误时间包括: (1) 下工单及领料时间, 如库房有, 每次延时平均为1h。 (2) 换泵体、叶轮机及泵轴等大件, 有一半的情况下库房无现货, 得去外购, 每次平均延误47h。 (3) 密封、轴承等常用备件有时也没有现货, 需外购, 每次平均耗时4h, 总延误时间为113h。

工作有效度: