如何提高泵的可靠性
某企業(yè)實(shí)際運(yùn)行中使用了500至2000臺泵，以及數(shù)千臺其他復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備（如壓縮機(jī)、攪拌器、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)等），平均每年在維護(hù)、運(yùn)行和能源方面花費(fèi)550萬美元。雖然這些機(jī)器的一次性購買和安裝成本為每臺幾千美元，但每年的運(yùn)行成本超過1萬美元。這包括維護(hù)、運(yùn)行和耗費(fèi)的能源。企業(yè)一直在努力降低成本和提高工廠產(chǎn)量，希望通過將泵的可靠性提高，以實(shí)現(xiàn)降低維護(hù)、運(yùn)行成本。
通常情況下，要做好泵的可靠性，光是設(shè)想還不夠，因?yàn)榭煽啃怨ぷ鞯膶?shí)施需要企業(yè)相關(guān)人員以非常具體、步調(diào)一致的方式來實(shí)施可靠性工作才行。此外，可靠性工作的實(shí)施，通常不能再短期看到效果的，需要一定時(shí)間才能看出可靠性工作實(shí)施所帶來的效果、效益。因此，要實(shí)施可靠性工作，需要企業(yè)有非常堅(jiān)強(qiáng)、巨大的領(lǐng)導(dǎo)力支撐和紀(jì)律要求才能成功。需要利用企業(yè)的集體知識、經(jīng)驗(yàn)，甚至偶爾的失敗來指導(dǎo)提高可靠性。例如，可以讓產(chǎn)品維護(hù)人員和可靠性工程師參與新設(shè)備的設(shè)計(jì)和材料選擇，將他們掌握的知識和故障原因歷史信息擺在桌面上；讓產(chǎn)品使用人員參與性能規(guī)范制定，使其盡可能清晰；合理選擇供應(yīng)商，并根據(jù)最佳總成本而不是最低采購價(jià)格進(jìn)行最終設(shè)備選擇；咨詢倉庫人員關(guān)于現(xiàn)有備件庫存，以盡量減少多余的備件以及備件標(biāo)準(zhǔn)化等等。一般情況下，要提高泵的可靠性，可以按照以下10個(gè)步驟實(shí)施：
（1）正確的設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇；
（2）正確安裝和調(diào)試；
（3）正確的流量控制；
（4）正確的操作；
（5）正確的維護(hù)；
（6）恰當(dāng)?shù)膸齑媪慵?/p>
（7）監(jiān)控效率；
（8）跟蹤泵壽命周期的歷史記錄；
（9）制定泵管理計(jì)劃；
（10） 建立配置管理流程。
第一步：正確的設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇
泵的規(guī)范應(yīng)該詳細(xì)說明所有的操作要求和操作參數(shù)，例如：
? 所選擇的泵的（BEP）（最佳效率點(diǎn)的流量、壓力）
? 流量
? 壓力
? 有效汽蝕余量（NPSHA）
? 速度
? 電壓
? 流體類型
? 比重和PH值
? 冶金學(xué)
? 進(jìn)出口管道尺寸
? 工作溫度
? 粘度
? 夾帶的固體
? 化學(xué)反應(yīng)特性
? 蒸汽壓力
? 夾帶的空氣/氣體
? 密封位置
? 軸承潤滑方法
? 管道尺寸和配置
? 物理位置和環(huán)境等
完整、詳細(xì)的規(guī)范是實(shí)現(xiàn)泵可靠性的第一步。
許多工程師傾向于大尺寸的泵和大馬力的驅(qū)動器，對于實(shí)際應(yīng)用來說，他們總認(rèn)為功率過大總比功率過小好。如果從泵出來的流量太高，只需在排放側(cè)節(jié)流即可。這種方法雖然很常見，但卻是一種效率很低、成本很高的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。它這種設(shè)計(jì)方法增加了操作泵系統(tǒng)的能源成本，縮短了設(shè)備的使用壽命，并且很可能會增加泵的故障頻率。
要理解為什么會這樣，需要先了解泵是如何工作。離心泵通過旋轉(zhuǎn)葉輪運(yùn)行，該葉輪將速度能量傳遞給液體。葉輪加速液體并將其排放到殼體中，隨著殼體面積的增加，速度能量轉(zhuǎn)化為壓力。速度越高，壓力越大。
泵是為特定的流量范圍而設(shè)計(jì)的。當(dāng)泵的尺寸合適且運(yùn)行最佳時(shí)，或在其最佳效率點(diǎn)（BEP，是指泵在額定葉輪直徑下性能曲線上效率最高的點(diǎn)，當(dāng)泵運(yùn)行在越靠近BEP處，泵的磨損就越小，從而提高可靠性）時(shí)，液體流量是恒定的，作用在葉輪上的徑向力最小。這使得泵能夠體驗(yàn)到最高的效率和最低的振動。如果泵以增加或減少的流速偏離BEP運(yùn)行，則泵的內(nèi)部將出現(xiàn)壓力不平衡。這種不平衡會導(dǎo)致軸偏轉(zhuǎn)、軸承和機(jī)械密封上的過載、過度振動和過熱，所有這些都會顯著縮短泵的壽命，并增加泵早期失效的可能性。由于大多數(shù)泵的運(yùn)行條件都是動態(tài)的，并且實(shí)際流量和壓力都會波動，因此確定泵的尺寸以使其在BEP或接近BEP時(shí)運(yùn)行是非常重要的。
如果泵在遠(yuǎn)離BEP的方式工作，那么會出現(xiàn)非常多的問題，且很難有提高其可靠性、效率的方法。當(dāng)進(jìn)入葉輪孔眼的流體的角度與葉輪葉片平行時(shí)會達(dá)到BEP。當(dāng)泵運(yùn)行在遠(yuǎn)離BEP點(diǎn)時(shí)，會改變流體到入口葉片的角度，會增加泵過早或?yàn)?zāi)難性故障的可能性?？赡軐?dǎo)致吸入或排出循環(huán)流或氣蝕，會導(dǎo)致過度振動、軸偏轉(zhuǎn)增加、軸承負(fù)載增加和密封壽命縮短。
第二步：正確的安裝和調(diào)試
當(dāng)泵交付到現(xiàn)場時(shí)，建議花費(fèi)一定時(shí)間檢查泵以確保它與訂單信息匹配并且沒有損壞。如果泵的儲存時(shí)間小于六個(gè)月，您只需要將其儲存在干凈、干燥、無污染、無過熱和振動的環(huán)境中，即可保持其良好狀態(tài)。如果泵的儲存時(shí)間超過六個(gè)月，將其儲存在干凈、干燥、無污染、無過熱和振動的環(huán)境中，并至少每三個(gè)月手動旋轉(zhuǎn)一次軸，以防止軸承表面出現(xiàn)壓痕。
泵的安裝需要提供一個(gè)堅(jiān)硬平坦的混凝土地基，其重量是泵的兩到三倍。這將吸收任何類型的振動，并在擰緊腳螺栓時(shí)防止應(yīng)變和變形。準(zhǔn)備合適的混凝土地基有很多需要注意的細(xì)節(jié)，這些可以從供應(yīng)商的安裝手冊查閱。
另一個(gè)好的做法是，不要在泵的法蘭連接處用力拉管道到位。這可能會在裝置上引入顯著的應(yīng)變，并導(dǎo)致泵和驅(qū)動器之間的錯(cuò)位。管道應(yīng)變會對泵的運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，這可能會導(dǎo)致人身傷害和/或設(shè)備損壞。
安裝和調(diào)試只占泵總體成本（TCO）的一小部分。然而，不正確的安裝、調(diào)試將導(dǎo)致出現(xiàn)問題，從而大大降低泵的可靠性。這些問題通常在一段時(shí)間內(nèi)不會出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，可能需要花費(fèi)大量的時(shí)間和成本來解決（例如，重新設(shè)計(jì)、基板或地基更換、管道改造等）。
建議的一些避免出現(xiàn)泵早期失效的安裝、調(diào)試注意點(diǎn)如下：
? 將泵放置在盡可能靠近流體源的位置。
? 確保泵周圍和上方有足夠的空間用于安全、通風(fēng)、檢查、安裝/拆卸和維護(hù)。
? 保護(hù)機(jī)組免受因降雨、洪水和冰凍溫度造成的天氣和水損害。
? 除非系統(tǒng)采用尺寸合適的安全裝置和控制裝置，否則不要在封閉系統(tǒng)中安裝和操作設(shè)備。
? 考慮到不必要的噪音和振動的發(fā)生。
? 遵循供應(yīng)商手冊中列出的所有安全、安裝、校準(zhǔn)、啟動、關(guān)閉和操作程序。
? 使用API 686標(biāo)準(zhǔn)/公差，或至少使用液壓學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)/公差（如適用）。
? 確保泵的入口法蘭和最近的彎管之間的距離至少為五個(gè)管徑。這最大限度地降低了泵吸入口因湍流而產(chǎn)生氣穴的風(fēng)險(xiǎn)。
? 確保彎管通常沒有急轉(zhuǎn)彎，并且吸入管道比泵的吸入口大一兩個(gè)尺寸。
? 吸入管道的直徑不得小于泵的吸入口。
? 確保吸入管道的任何部分都沒有延伸到泵的吸入法蘭下方，足夠低于液體源的表面，并且從液體源水平或向下傾斜。
? 可用的有效汽蝕余量（NPSHA）必須始終超過必需汽蝕余量NPSH（NPSHR）。
? 在啟動前檢查旋轉(zhuǎn)情況時(shí)，斷開泵與驅(qū)動器的連接，以防止泵反向旋轉(zhuǎn)。反向旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致金屬部件的直接接觸、過度發(fā)熱和災(zāi)難性故障。
第三步：正確的流量控制
流量控制是優(yōu)化泵系統(tǒng)的效率和生命周期成本的一個(gè)非常重要的因素。通過節(jié)流排放管線中的閥門來控制流量是一種廣泛使用的控制流量的方法，但從長遠(yuǎn)來看，通常效率非常低且成本高昂。關(guān)閉部分控制閥的方式，導(dǎo)致泵會耗費(fèi)大量的能量，并可能導(dǎo)致泵過早失效。這種流量控制方法修改了系統(tǒng)曲線與泵曲線相交的點(diǎn)，如果系統(tǒng)曲線明顯偏離BEP，則泵的壽命將縮短。
在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對變頻驅(qū)動器（VFD）進(jìn)行流量控制評估。VFD的購買和安裝成本更高，并且不適用于所有情況，但在許多情況下，較小的馬力需求和提高的能源效率可以抵消初始成本。VFD的使用允許泵通過改變驅(qū)動器的速度在一定的流量范圍內(nèi)保持接近BEP。VFD允許沿著系統(tǒng)曲線調(diào)節(jié)泵曲線，而不是使用修改系統(tǒng)曲線的控制閥。
另一種流量控制方法是使用帶有固定速度驅(qū)動器的旁通管路。這種方法允許通過泵的流量保持恒定，希望在BEP，同時(shí)調(diào)節(jié)下游的流速并將一些流體分流回源。在任何情況下都不得從泵的吸入側(cè)調(diào)節(jié)泵流量。這樣做，泵損壞的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何可能的好處。改變泵吸入側(cè)的流量將導(dǎo)致泵壽命縮短和不安全的情況，這些情況可能會損壞設(shè)備并導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害或死亡。
第四步：正確的運(yùn)行、工作
在泵運(yùn)行過程中，應(yīng)持續(xù)監(jiān)測關(guān)鍵性能要素，如流量、壓力、溫度、振動、電流負(fù)載和清潔度，以確保泵送系統(tǒng)高效運(yùn)行。
如前所述，至關(guān)重要的是，泵的尺寸應(yīng)適當(dāng)，并以最佳速度運(yùn)行，以滿足流量和壓頭要求，同時(shí)在大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)保持在BEP。此外，正確操作泵非常重要，以確保設(shè)備達(dá)到其有效設(shè)計(jì)壽命，并確保工廠人員的安全。泵損壞（軸承/密封）是累積的。無論損壞程度如何，它都會保留在部件上，直到最終更換部件為止。多次不當(dāng)操作會導(dǎo)致泵過早失效。
一些泵的操作規(guī)則如下：
? 吸入閥始終處于100%打開狀態(tài)
? 調(diào)節(jié)排放流量，以確保有足夠的背壓來消除水錘或達(dá)到最大流量
? 泵在啟動前已啟動并排氣
? 啟動前，密封沖洗系統(tǒng)已投入運(yùn)行
? 潤滑水平適當(dāng)，符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
? 泵必須以一定的速度運(yùn)行，以保持通過泵送系統(tǒng)的足夠流量。（高于制造商規(guī)定的最小流量）
? 泵不應(yīng)在最大流速下長時(shí)間運(yùn)行
? 在未正確安裝聯(lián)軸器護(hù)罩的情況下，請勿操作泵
? 泵不應(yīng)在排放閥完全關(guān)閉的情況下長時(shí)間運(yùn)行
? 不要讓泵反向旋轉(zhuǎn)
不遵守這些規(guī)則可能會導(dǎo)致溫度升高、過度振動、潛在的液體閃蒸、氣蝕和過度壓力積聚，這可能導(dǎo)致災(zāi)難性或過早的設(shè)備故障、人員受傷或死亡。
第五步：正確的維護(hù)
維護(hù)是總成本中的第二高成本因素，占20%。因此，制定并遵循嚴(yán)格的維護(hù)計(jì)劃以保持泵的良好運(yùn)行狀態(tài)并最大限度地延長其使用壽命是極其重要的。
維護(hù)泵相對直接，你通常會對任何旋轉(zhuǎn)設(shè)備做同樣的事情。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，泵故障的最高原因是操作不當(dāng)導(dǎo)致密封失效、潤滑不當(dāng)導(dǎo)致軸承過早失效。
首要任務(wù)是建立一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測（CM）計(jì)劃，該計(jì)劃包括盡可能多的合理技術(shù)。需要對技術(shù)進(jìn)行一些投資的情況應(yīng)考慮：
? 流量
? 壓力
? 溫度
? 振動
? 超聲波
? Amp繪制
應(yīng)為這些參數(shù)中的每一個(gè)建立可接受的范圍，并在每次測量時(shí)對實(shí)際讀數(shù)進(jìn)行比較。應(yīng)隨時(shí)間對讀數(shù)進(jìn)行趨勢分析，以確定需要進(jìn)一步分析的任何趨勢。許多計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng)能夠以電子方式將這些條件直接輸入系統(tǒng)，并將提供趨勢圖以供及時(shí)分析。
另外，更傳統(tǒng)的基于時(shí)間的預(yù)防性維護(hù)（PM）活動應(yīng)考慮的其他條件包括：
? 潤滑（制造商規(guī)范）
? 密封或填料的完整性
? 清潔
? 適當(dāng)?shù)目諝饬髁?/p>
? 基礎(chǔ)或底板問題
? 管道系統(tǒng)吊架和支架的完整性
? 檢查聯(lián)軸器防護(hù)裝置
? 螺栓松動
必須采用專業(yè)的計(jì)劃和調(diào)度技術(shù)，以確保所有狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)防性維護(hù)活動都得到了正確的計(jì)劃和安排。為了確保以正確的頻率執(zhí)行正確的行動，并采取行動解決日常工作中產(chǎn)生的任何問題，計(jì)劃和日程安排再怎么強(qiáng)調(diào)也不為過。畢竟，在問題演變成故障之前解決的問題是CM/PM投資的回報(bào)。
一個(gè)好的維護(hù)計(jì)劃的另一個(gè)重要元素是采用可靠的工程技術(shù)來消除故障。Stanley Nowlan和Howard Heap是以可靠性為中心的維修（RCM）的先驅(qū)，他們得出的結(jié)論是，要提高機(jī)器的可靠性，你必須了解它是如何發(fā)生故障的，并提供消除故障的方法。最終，你會消除它可能出現(xiàn)的所有故障，最終得到一臺更可靠的機(jī)器。事實(shí)證明，他們是對的。飛機(jī)和汽車制造商以及許多其他制造商已經(jīng)很好地使用了這些技術(shù)，以顯著提高其產(chǎn)品的可靠性。
如果您在泵管理策略中包含了這些步驟，那么您就可以很好地優(yōu)化成本和工廠產(chǎn)量。為了保持泵送系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，這似乎需要付出很多努力，但當(dāng)你將這些努力與持續(xù)低效和重復(fù)故障的成本進(jìn)行比較時(shí)，這一切都是值得的。
第六步：庫存、備件正確
提高泵可靠性的最簡單、最快的方法之一是使用符合制造商原始規(guī)格的零件。在泵行業(yè)，有許多零件仿制品以更低的價(jià)格出售更換零件。不幸的是，很多時(shí)候這些零件不符合規(guī)范，也沒有適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量控制程序。當(dāng)我們被要求為客戶進(jìn)行根本原因分析時(shí)，這些不合格的零件總是罪魁禍?zhǔn)住Ｈ绻x擇從仿制品制造商購買零件，請確保供應(yīng)商展示了用于生產(chǎn)零件的規(guī)格和質(zhì)量程序。但請記住，從仿制品制造商購買零件的唯一意義是當(dāng)原始指定零件不再可用時(shí)。
為了最大限度地減少儲存在倉庫中的零件數(shù)量，您應(yīng)該考慮與供應(yīng)商簽訂有效的更換和維修合同。
如果您選擇儲存自己的內(nèi)部維修所需的零件，請確保參考制造商的建議維修零件清單，并儲存操作中每種泵所需的最低數(shù)量。零件應(yīng)儲存在干凈、干燥的環(huán)境中，并清楚地標(biāo)記適當(dāng)?shù)膸齑婊騻}號，以便于檢索。如果您存儲完整的裝置或動力設(shè)備，美國石油協(xié)會（API）建議您每月將軸旋轉(zhuǎn)1?圈，以防止軸上出現(xiàn)軸承平點(diǎn)和加工硬化區(qū)域。
第七步：監(jiān)控效率
在大多數(shù)制造廠，監(jiān)測泵的效率可能是一項(xiàng)非常有價(jià)值的工作。工程師和設(shè)計(jì)師通常會在超尺寸設(shè)計(jì)泵系統(tǒng)方面犯錯(cuò)誤，并且不提供優(yōu)化能源消耗的控制系統(tǒng)。另一個(gè)因素是，隨著設(shè)備發(fā)展和時(shí)間的推移，泵系統(tǒng)沒有被修改以執(zhí)行新的要求。
決定泵系統(tǒng)效率的兩個(gè)主要因素是泵在泵性能曲線上最佳效率點(diǎn)（BEP）位置運(yùn)行，以及使用什么類型的控制系統(tǒng)來控制泵輸出。依靠關(guān)閉部分閥門進(jìn)行泵輸出控制是一種非常低效的方式。
考慮到這些因素，應(yīng)持續(xù)監(jiān)測泵系統(tǒng)的效率，以確保以盡可能低的成本滿足工藝要求。
第八步：壽命周期跟蹤
來自計(jì)算機(jī)化維護(hù)管理系統(tǒng)（CMMS）的數(shù)據(jù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)挠涗浐头治?，將提供持續(xù)提高性能和降低泵送系統(tǒng)成本所需的數(shù)據(jù)。這句話的關(guān)鍵是“正確記錄和分析”。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，你可以確定根本原因，識別“故障”設(shè)備，并消除重復(fù)故障，這些故障一旦得到解決，將為提高公司的盈利提供巨大潛力。
如果您較好地使用CMMS來計(jì)劃和安排所有活動，記錄所執(zhí)行工作的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并定期分析數(shù)據(jù)，那么您就可以很好地跟蹤設(shè)備的生命周期歷史。剩下的唯一一件事就是對你進(jìn)行的分析結(jié)果采取行動。
在我們與各種行業(yè)合作的經(jīng)驗(yàn)中，我們觀察到許多制造商很難維護(hù)其設(shè)備基本信息的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)庫，更不用說在設(shè)備的整個(gè)生命周期中跟蹤設(shè)備的歷史了。這些問題促使我們的IT公司開發(fā)了生命周期解決方案，這是一個(gè)設(shè)備管理系統(tǒng)，它使用條形碼和智能手機(jī)將規(guī)格、采購數(shù)據(jù)和性能日期鏈接到基于Web的系統(tǒng)，這樣我們就可以部署設(shè)備跟蹤系統(tǒng)，只需很少的操作。該系統(tǒng)使我們能夠讓我們的泵送系統(tǒng)專家遠(yuǎn)程分析生命周期數(shù)據(jù)，以跟蹤平均故障間隔時(shí)間（MTBF），識別不良因素和重復(fù)故障，跟蹤更換零件的使用情況，并為我們的客戶提供其他有價(jià)值的改進(jìn)建議。它還直接向工廠操作和維護(hù)團(tuán)隊(duì)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而無需離開現(xiàn)場查找泵曲線和安裝/操作/維護(hù)手冊等信息。
第九步：建立泵管理程序
根據(jù)上面所述的規(guī)則、要求，最好是簡歷一個(gè)泵可靠性的管理程序、管理辦法。現(xiàn)在，許多泵研制企業(yè)都創(chuàng)建了由管理、技術(shù)、運(yùn)營和維護(hù)資源組成的泵可靠性管理團(tuán)隊(duì)，并基于所建立的管理程序?qū)ΜF(xiàn)有泵系統(tǒng)進(jìn)行迭代改進(jìn)。一旦實(shí)現(xiàn)上述的規(guī)則、要求，將會帶來降低支出成本、提高生產(chǎn)效率的效果。
第十步：建立配置管理過程
為了保持我們系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和信息的完整性和準(zhǔn)確性，必須有一個(gè)流程，旨在持續(xù)監(jiān)控我們對設(shè)備和流程所做的更改，并及時(shí)更新信息。配置管理是一種過程，可以比作變更過程的管理，即每當(dāng)我們對制造過程進(jìn)行更改、對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行修改或升級、安裝新設(shè)備或丟棄過時(shí)設(shè)備時(shí)，都會更新設(shè)備數(shù)據(jù)、規(guī)范、圖紙、備件和其他技術(shù)數(shù)據(jù)。