如何提高泵的可靠性
某企業(yè)實際運行中使用了500至2000臺泵，以及數(shù)千臺其他復雜的機械設備（如壓縮機、攪拌器、風扇、鼓風機、輸送機等），平均每年在維護、運行和能源方面花費550萬美元。雖然這些機器的一次性購買和安裝成本為每臺幾千美元，但每年的運行成本超過1萬美元。這包括維護、運行和耗費的能源。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，以實現(xiàn)降低維護、運行成本。
通常情況下，要做好泵的可靠性，光是設想還不夠，因為可靠性工作的實施需要企業(yè)相關人員以非常具體、步調(diào)一致的方式來實施可靠性工作才行。此外，可靠性工作的實施，通常不能再短期看到效果的，需要一定時間才能看出可靠性工作實施所帶來的效果、效益。因此，要實施可靠性工作，需要企業(yè)有非常堅強、巨大的領導力支撐和紀律要求才能成功。需要利用企業(yè)的集體知識、經(jīng)驗，甚至偶爾的失敗來指導提高可靠性。例如，可以讓產(chǎn)品維護人員和可靠性工程師參與新設備的設計和材料選擇，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；合理選擇供應商，并根據(jù)最佳總成本而不是最低采購價格進行最終設備選擇；咨詢倉庫人員關于現(xiàn)有備件庫存，以盡量減少多余的備件以及備件標準化等等。一般情況下，要提高泵的可靠性，可以按照以下10個步驟實施：
（1）正確的設計和設備選擇；
（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；
（6）恰當?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）制定泵管理計劃；
（10） 建立配置管理流程。
第一步：正確的設計和設備選擇
泵的規(guī)范應該詳細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
? 進出口管道尺寸
? 工作溫度
? 粘度
? 夾帶的固體
? 化學反應特性
? 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、詳細的規(guī)范是實現(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，對于實際應用來說，他們總認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)設計方法。它這種設計方法增加了操作泵系統(tǒng)的能源成本，縮短了設備的使用壽命，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計的。當泵的尺寸合適且運行最佳時，或在其最佳效率點（BEP，是指泵在額定葉輪直徑下性能曲線上效率最高的點，當泵運行在越靠近BEP處，泵的磨損就越小，從而提高可靠性）時，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運行，則泵的內(nèi)部將出現(xiàn)壓力不平衡。這種不平衡會導致軸偏轉(zhuǎn)、軸承和機械密封上的過載、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)泵的運行條件都是動態(tài)的，并且實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時運行是非常重要的。
如果泵在遠離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。當進入葉輪孔眼的流體的角度與葉輪葉片平行時會達到BEP。當泵運行在遠離BEP點時，會改變流體到入口葉片的角度，會增加泵過早或災難性故障的可能性?？赡軐е挛牖蚺懦鲅h(huán)流或氣蝕，會導致過度振動、軸偏轉(zhuǎn)增加、軸承負載增加和密封壽命縮短。
第二步：正確的安裝和調(diào)試
當泵交付到現(xiàn)場時，建議花費一定時間檢查泵以確保它與訂單信息匹配并且沒有損壞。如果泵的儲存時間小于六個月，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)。如果泵的儲存時間超過六個月，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堅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，并在擰緊腳螺栓時防止應變和變形。準備合適的混凝土地基有很多需要注意的細節(jié)，這些可以從供應商的安裝手冊查閱。
另一個好的做法是，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變，并導致泵和驅(qū)動器之間的錯位。管道應變會對泵的運行產(chǎn)生不利影響，這可能會導致人身傷害和/或設備損壞。
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間內(nèi)不會出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，可能需要花費大量的時間和成本來解決（例如，重新設計、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、檢查、安裝/拆卸和維護。
? 保護機組免受因降雨、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)中安裝和操作設備。
? 考慮到不必要的噪音和振動的發(fā)生。
? 遵循供應商手冊中列出的所有安全、安裝、校準、啟動、關閉和操作程序。
? 使用API 686標準/公差，或至少使用液壓學會的標準/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)生氣穴的風險。
? 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，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)可能導致金屬部件的直接接觸、過度發(fā)熱和災難性故障。
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，但從長遠來看，通常效率非常低且成本高昂。關閉部分控制閥的方式，導致泵會耗費大量的能量，并可能導致泵過早失效。這種流量控制方法修改了系統(tǒng)曲線與泵曲線相交的點，如果系統(tǒng)曲線明顯偏離BEP，則泵的壽命將縮短。
在設計階段，應對變頻驅(qū)動器（VFD）進行流量控制評估。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，泵損壞的風險遠遠超過任何可能的好處。改變泵吸入側(cè)的流量將導致泵壽命縮短和不安全的情況，這些情況可能會損壞設備并導致嚴重的人身傷害或死亡。
第四步：正確的運行、工作
在泵運行過程中，應持續(xù)監(jiān)測關鍵性能要素，如流量、壓力、溫度、振動、電流負載和清潔度，以確保泵送系統(tǒng)高效運行。
如前所述，至關重要的是，泵的尺寸應適當，并以最佳速度運行，以滿足流量和壓頭要求，同時在大部分運行時間內(nèi)保持在BEP。此外，正確操作泵非常重要，以確保設備達到其有效設計壽命，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。多次不當操作會導致泵過早失效。
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)已投入運行
? 潤滑水平適當，符合規(guī)定的質(zhì)量標準
? 泵必須以一定的速度運行，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）
? 泵不應在最大流速下長時間運行
? 在未正確安裝聯(lián)軸器護罩的情況下，請勿操作泵
? 泵不應在排放閥完全關閉的情況下長時間運行
? 不要讓泵反向旋轉(zhuǎn)
不遵守這些規(guī)則可能會導致溫度升高、過度振動、潛在的液體閃蒸、氣蝕和過度壓力積聚，這可能導致災難性或過早的設備故障、人員受傷或死亡。
第五步：正確的維護
維護是總成本中的第二高成本因素，占20%。因此，制定并遵循嚴格的維護計劃以保持泵的良好運行狀態(tài)并最大限度地延長其使用壽命是極其重要的。
維護泵相對直接，你通常會對任何旋轉(zhuǎn)設備做同樣的事情。根據(jù)我們的經(jīng)驗，泵故障的最高原因是操作不當導致密封失效、潤滑不當導致軸承過早失效。
首要任務是建立一個狀態(tài)監(jiān)測（CM）計劃，該計劃包括盡可能多的合理技術。需要對技術進行一些投資的情況應考慮：
? 流量
? 壓力
? 溫度
? 振動
? 超聲波
? Amp繪制
應為這些參數(shù)中的每一個建立可接受的范圍，并在每次測量時對實際讀數(shù)進行比較。應隨時間對讀數(shù)進行趨勢分析，以確定需要進一步分析的任何趨勢。許多計算機化維護管理系統(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分析。
另外，更傳統(tǒng)的基于時間的預防性維護（PM）活動應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?shù)目諝饬髁?/p>
? 基礎或底板問題
? 管道系統(tǒng)吊架和支架的完整性
? 檢查聯(lián)軸器防護裝置
? 螺栓松動
必須采用專業(yè)的計劃和調(diào)度技術，以確保所有狀態(tài)監(jiān)測和預防性維護活動都得到了正確的計劃和安排。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，計劃和日程安排再怎么強調(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。
一個好的維護計劃的另一個重要元素是采用可靠的工程技術來消除故障。Stanley Nowlan和Howard Heap是以可靠性為中心的維修（RCM）的先驅(qū)，他們得出的結論是，要提高機器的可靠性，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器。事實證明，他們是對的。飛機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，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)的可靠運行，這似乎需要付出很多努力，但當你將這些努力與持續(xù)低效和重復故障的成本進行比較時，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格出售更換零件。不幸的是，很多時候這些零件不符合規(guī)范，也沒有適當?shù)馁|(zhì)量控制程序。當我們被要求為客戶進行根本原因分析時，這些不合格的零件總是罪魁禍首。如果您選擇從仿制品制造商購買零件，請確保供應商展示了用于生產(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原始指定零件不再可用時。
為了最大限度地減少儲存在倉庫中的零件數(shù)量，您應該考慮與供應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。零件應儲存在干凈、干燥的環(huán)境中，并清楚地標記適當?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非常有價值的工作。工程師和設計師通常會在超尺寸設計泵系統(tǒng)方面犯錯誤，并且不提供優(yōu)化能源消耗的控制系統(tǒng)。另一個因素是，隨著設備發(fā)展和時間的推移，泵系統(tǒng)沒有被修改以執(zhí)行新的要求。
決定泵系統(tǒng)效率的兩個主要因素是泵在泵性能曲線上最佳效率點（BEP）位置運行，以及使用什么類型的控制系統(tǒng)來控制泵輸出。依靠關閉部分閥門進行泵輸出控制是一種非常低效的方式。
考慮到這些因素，應持續(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
來自計算機化維護管理系統(tǒng)（CMMS）的數(shù)據(jù)，經(jīng)過適當?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”設備，并消除重復故障，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來計劃和安排所有活動，記錄所執(zhí)行工作的準確數(shù)據(jù)，并定期分析數(shù)據(jù)，那么您就可以很好地跟蹤設備的生命周期歷史。剩下的唯一一件事就是對你進行的分析結果采取行動。
在我們與各種行業(yè)合作的經(jīng)驗中，我們觀察到許多制造商很難維護其設備基本信息的準確數(shù)據(jù)庫，更不用說在設備的整個生命周期中跟蹤設備的歷史了。這些問題促使我們的IT公司開發(fā)了生命周期解決方案，這是一個設備管理系統(tǒng)，它使用條形碼和智能手機將規(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)專家遠程分析生命周期數(shù)據(jù)，以跟蹤平均故障間隔時間（MTBF），識別不良因素和重復故障，跟蹤更換零件的使用情況，并為我們的客戶提供其他有價值的改進建議。它還直接向工廠操作和維護團隊提供實時數(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，最好是簡歷一個泵可靠性的管理程序、管理辦法?，F(xiàn)在，許多泵研制企業(yè)都創(chuàng)建了由管理、技術、運營和維護資源組成的泵可靠性管理團隊，并基于所建立的管理程序?qū)ΜF(xiàn)有泵系統(tǒng)進行迭代改進。一旦實現(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確性，必須有一個流程，旨在持續(xù)監(jiān)控我們對設備和流程所做的更改，并及時更新信息。配置管理是一種過程，可以比作變更過程的管理，即每當我們對制造過程進行更改、對現(xiàn)有設備進行修改或升級、安裝新設備或丟棄過時設備時，都會更新設備數(shù)據(jù)、規(guī)范、圖紙、備件和其他技術數(shù)據(jù)。