如何提高泵的可靠性
某企业实际运行中使用了500至2000台泵，以及数千台其他复杂的机械设备（如压缩机、搅拌器、风扇、鼓风机、输送机等），平均每年在维护、运行和能源方面花费550万美元。虽然这些机器的一次性购买和安装成本为每台几千美元，但每年的运行成本超过1万美元。这包括维护、运行和耗费的能源。企业一直在努力降低成本和提高工厂产量，希望通过将泵的可靠性提高，以实现降低维护、运行成本。
通常情况下，要做好泵的可靠性，光是设想还不够，因为可靠性工作的实施需要企业相关人员以非常具体、步调一致的方式来实施可靠性工作才行。此外，可靠性工作的实施，通常不能再短期看到效果的，需要一定时间才能看出可靠性工作实施所带来的效果、效益。因此，要实施可靠性工作，需要企业有非常坚强、巨大的领导力支撑和纪律要求才能成功。需要利用企业的集体知识、经验，甚至偶尔的失败来指导提高可靠性。例如，可以让产品维护人员和可靠性工程师参与新设备的设计和材料选择，将他们掌握的知识和故障原因历史信息摆在桌面上；让产品使用人员参与性能规范制定，使其尽可能清晰；合理选择供应商，并根据最佳总成本而不是最低采购价格进行最终设备选择；咨询仓库人员关于现有备件库存，以尽量减少多余的备件以及备件标准化等等。一般情况下，要提高泵的可靠性，可以按照以下10个步骤实施：
（1）正确的设计和设备选择；
（2）正确安装和调试；
（3）正确的流量控制；
（4）正确的操作；
（5）正确的维护；
（6）恰当的库存零件；
（7）监控效率；
（8）跟踪泵寿命周期的历史记录；
（9）制定泵管理计划；
（10） 建立配置管理流程。
第一步：正确的设计和设备选择
泵的规范应该详细说明所有的操作要求和操作参数，例如：
• 所选择的泵的（BEP）（最佳效率点的流量、压力）
• 流量
• 压力
• 有效汽蚀余量（NPSHA）
• 速度
• 电压
• 流体类型
• 比重和PH值
• 冶金学
• 进出口管道尺寸
• 工作温度
• 粘度
• 夹带的固体
• 化学反应特性
• 蒸汽压力
• 夹带的空气/气体
• 密封位置
• 轴承润滑方法
• 管道尺寸和配置
• 物理位置和环境等
完整、详细的规范是实现泵可靠性的第一步。
许多工程师倾向于大尺寸的泵和大马力的驱动器，对于实际应用来说，他们总认为功率过大总比功率过小好。如果从泵出来的流量太高，只需在排放侧节流即可。这种方法虽然很常见，但却是一种效率很低、成本很高的系统设计方法。它这种设计方法增加了操作泵系统的能源成本，缩短了设备的使用寿命，并且很可能会增加泵的故障频率。
要理解为什么会这样，需要先了解泵是如何工作。离心泵通过旋转叶轮运行，该叶轮将速度能量传递给液体。叶轮加速液体并将其排放到壳体中，随着壳体面积的增加，速度能量转化为压力。速度越高，压力越大。
泵是为特定的流量范围而设计的。当泵的尺寸合适且运行最佳时，或在其最佳效率点（BEP，是指泵在额定叶轮直径下性能曲线上效率最高的点，当泵运行在越靠近BEP处，泵的磨损就越小，从而提高可靠性）时，液体流量是恒定的，作用在叶轮上的径向力最小。这使得泵能够体验到最高的效率和最低的振动。如果泵以增加或减少的流速偏离BEP运行，则泵的内部将出现压力不平衡。这种不平衡会导致轴偏转、轴承和机械密封上的过载、过度振动和过热，所有这些都会显著缩短泵的寿命，并增加泵早期失效的可能性。由于大多数泵的运行条件都是动态的，并且实际流量和压力都会波动，因此确定泵的尺寸以使其在BEP或接近BEP时运行是非常重要的。
如果泵在远离BEP的方式工作，那么会出现非常多的问题，且很难有提高其可靠性、效率的方法。当进入叶轮孔眼的流体的角度与叶轮叶片平行时会达到BEP。当泵运行在远离BEP点时，会改变流体到入口叶片的角度，会增加泵过早或灾难性故障的可能性。可能导致吸入或排出循环流或气蚀，会导致过度振动、轴偏转增加、轴承负载增加和密封寿命缩短。
第二步：正确的安装和调试
当泵交付到现场时，建议花费一定时间检查泵以确保它与订单信息匹配并且没有损坏。如果泵的储存时间小于六个月，您只需要将其储存在干净、干燥、无污染、无过热和振动的环境中，即可保持其良好状态。如果泵的储存时间超过六个月，将其储存在干净、干燥、无污染、无过热和振动的环境中，并至少每三个月手动旋转一次轴，以防止轴承表面出现压痕。
泵的安装需要提供一个坚硬平坦的混凝土地基，其重量是泵的两到三倍。这将吸收任何类型的振动，并在拧紧脚螺栓时防止应变和变形。准备合适的混凝土地基有很多需要注意的细节，这些可以从供应商的安装手册查阅。
另一个好的做法是，不要在泵的法兰连接处用力拉管道到位。这可能会在装置上引入显著的应变，并导致泵和驱动器之间的错位。管道应变会对泵的运行产生不利影响，这可能会导致人身伤害和/或设备损坏。
安装和调试只占泵总体成本（TCO）的一小部分。然而，不正确的安装、调试将导致出现问题，从而大大降低泵的可靠性。这些问题通常在一段时间内不会出现，一旦出现，可能需要花费大量的时间和成本来解决（例如，重新设计、基板或地基更换、管道改造等）。
建议的一些避免出现泵早期失效的安装、调试注意点如下：
• 将泵放置在尽可能靠近流体源的位置。
• 确保泵周围和上方有足够的空间用于安全、通风、检查、安装/拆卸和维护。
• 保护机组免受因降雨、洪水和冰冻温度造成的天气和水损害。
• 除非系统采用尺寸合适的安全装置和控制装置，否则不要在封闭系统中安装和操作设备。
• 考虑到不必要的噪音和振动的发生。
• 遵循供应商手册中列出的所有安全、安装、校准、启动、关闭和操作程序。
• 使用API 686标准/公差，或至少使用液压学会的标准/公差（如适用）。
• 确保泵的入口法兰和最近的弯管之间的距离至少为五个管径。这最大限度地降低了泵吸入口因湍流而产生气穴的风险。
• 确保弯管通常没有急转弯，并且吸入管道比泵的吸入口大一两个尺寸。
• 吸入管道的直径不得小于泵的吸入口。
• 确保吸入管道的任何部分都没有延伸到泵的吸入法兰下方，足够低于液体源的表面，并且从液体源水平或向下倾斜。
• 可用的有效汽蚀余量（NPSHA）必须始终超过必需汽蚀余量NPSH（NPSHR）。
• 在启动前检查旋转情况时，断开泵与驱动器的连接，以防止泵反向旋转。反向旋转可能导致金属部件的直接接触、过度发热和灾难性故障。
第三步：正确的流量控制
流量控制是优化泵系统的效率和生命周期成本的一个非常重要的因素。通过节流排放管线中的阀门来控制流量是一种广泛使用的控制流量的方法，但从长远来看，通常效率非常低且成本高昂。关闭部分控制阀的方式，导致泵会耗费大量的能量，并可能导致泵过早失效。这种流量控制方法修改了系统曲线与泵曲线相交的点，如果系统曲线明显偏离BEP，则泵的寿命将缩短。
在设计阶段，应对变频驱动器（VFD）进行流量控制评估。VFD的购买和安装成本更高，并且不适用于所有情况，但在许多情况下，较小的马力需求和提高的能源效率可以抵消初始成本。VFD的使用允许泵通过改变驱动器的速度在一定的流量范围内保持接近BEP。VFD允许沿着系统曲线调节泵曲线，而不是使用修改系统曲线的控制阀。
另一种流量控制方法是使用带有固定速度驱动器的旁通管路。这种方法允许通过泵的流量保持恒定，希望在BEP，同时调节下游的流速并将一些流体分流回源。在任何情况下都不得从泵的吸入侧调节泵流量。这样做，泵损坏的风险远远超过任何可能的好处。改变泵吸入侧的流量将导致泵寿命缩短和不安全的情况，这些情况可能会损坏设备并导致严重的人身伤害或死亡。
第四步：正确的运行、工作
在泵运行过程中，应持续监测关键性能要素，如流量、压力、温度、振动、电流负载和清洁度，以确保泵送系统高效运行。
如前所述，至关重要的是，泵的尺寸应适当，并以最佳速度运行，以满足流量和压头要求，同时在大部分运行时间内保持在BEP。此外，正确操作泵非常重要，以确保设备达到其有效设计寿命，并确保工厂人员的安全。泵损坏（轴承/密封）是累积的。无论损坏程度如何，它都会保留在部件上，直到最终更换部件为止。多次不当操作会导致泵过早失效。
一些泵的操作规则如下：
• 吸入阀始终处于100%打开状态
• 调节排放流量，以确保有足够的背压来消除水锤或达到最大流量
• 泵在启动前已启动并排气
• 启动前，密封冲洗系统已投入运行
• 润滑水平适当，符合规定的质量标准
• 泵必须以一定的速度运行，以保持通过泵送系统的足够流量。（高于制造商规定的最小流量）
• 泵不应在最大流速下长时间运行
• 在未正确安装联轴器护罩的情况下，请勿操作泵
• 泵不应在排放阀完全关闭的情况下长时间运行
• 不要让泵反向旋转
不遵守这些规则可能会导致温度升高、过度振动、潜在的液体闪蒸、气蚀和过度压力积聚，这可能导致灾难性或过早的设备故障、人员受伤或死亡。
第五步：正确的维护
维护是总成本中的第二高成本因素，占20%。因此，制定并遵循严格的维护计划以保持泵的良好运行状态并最大限度地延长其使用寿命是极其重要的。
维护泵相对直接，你通常会对任何旋转设备做同样的事情。根据我们的经验，泵故障的最高原因是操作不当导致密封失效、润滑不当导致轴承过早失效。
首要任务是建立一个状态监测（CM）计划，该计划包括尽可能多的合理技术。需要对技术进行一些投资的情况应考虑：
• 流量
• 压力
• 温度
• 振动
• 超声波
• Amp绘制
应为这些参数中的每一个建立可接受的范围，并在每次测量时对实际读数进行比较。应随时间对读数进行趋势分析，以确定需要进一步分析的任何趋势。许多计算机化维护管理系统能够以电子方式将这些条件直接输入系统，并将提供趋势图以供及时分析。
另外，更传统的基于时间的预防性维护（PM）活动应考虑的其他条件包括：
• 润滑（制造商规范）
• 密封或填料的完整性
• 清洁
• 适当的空气流量
• 基础或底板问题
• 管道系统吊架和支架的完整性
• 检查联轴器防护装置
• 螺栓松动
必须采用专业的计划和调度技术，以确保所有状态监测和预防性维护活动都得到了正确的计划和安排。为了确保以正确的频率执行正确的行动，并采取行动解决日常工作中产生的任何问题，计划和日程安排再怎么强调也不为过。毕竟，在问题演变成故障之前解决的问题是CM/PM投资的回报。
一个好的维护计划的另一个重要元素是采用可靠的工程技术来消除故障。Stanley Nowlan和Howard Heap是以可靠性为中心的维修（RCM）的先驱，他们得出的结论是，要提高机器的可靠性，你必须了解它是如何发生故障的，并提供消除故障的方法。最终，你会消除它可能出现的所有故障，最终得到一台更可靠的机器。事实证明，他们是对的。飞机和汽车制造商以及许多其他制造商已经很好地使用了这些技术，以显著提高其产品的可靠性。
如果您在泵管理策略中包含了这些步骤，那么您就可以很好地优化成本和工厂产量。为了保持泵送系统的可靠运行，这似乎需要付出很多努力，但当你将这些努力与持续低效和重复故障的成本进行比较时，这一切都是值得的。
第六步：库存、备件正确
提高泵可靠性的最简单、最快的方法之一是使用符合制造商原始规格的零件。在泵行业，有许多零件仿制品以更低的价格出售更换零件。不幸的是，很多时候这些零件不符合规范，也没有适当的质量控制程序。当我们被要求为客户进行根本原因分析时，这些不合格的零件总是罪魁祸首。如果您选择从仿制品制造商购买零件，请确保供应商展示了用于生产零件的规格和质量程序。但请记住，从仿制品制造商购买零件的唯一意义是当原始指定零件不再可用时。
为了最大限度地减少储存在仓库中的零件数量，您应该考虑与供应商签订有效的更换和维修合同。
如果您选择储存自己的内部维修所需的零件，请确保参考制造商的建议维修零件清单，并储存操作中每种泵所需的最低数量。零件应储存在干净、干燥的环境中，并清楚地标记适当的库存或仓号，以便于检索。如果您存储完整的装置或动力设备，美国石油协会（API）建议您每月将轴旋转1¼圈，以防止轴上出现轴承平点和加工硬化区域。
第七步：监控效率
在大多数制造厂，监测泵的效率可能是一项非常有价值的工作。工程师和设计师通常会在超尺寸设计泵系统方面犯错误，并且不提供优化能源消耗的控制系统。另一个因素是，随着设备发展和时间的推移，泵系统没有被修改以执行新的要求。
决定泵系统效率的两个主要因素是泵在泵性能曲线上最佳效率点（BEP）位置运行，以及使用什么类型的控制系统来控制泵输出。依靠关闭部分阀门进行泵输出控制是一种非常低效的方式。
考虑到这些因素，应持续监测泵系统的效率，以确保以尽可能低的成本满足工艺要求。
第八步：寿命周期跟踪
来自计算机化维护管理系统（CMMS）的数据，经过适当的记录和分析，将提供持续提高性能和降低泵送系统成本所需的数据。这句话的关键是“正确记录和分析”。通过对这些数据的分析，你可以确定根本原因，识别“故障”设备，并消除重复故障，这些故障一旦得到解决，将为提高公司的盈利提供巨大潜力。
如果您较好地使用CMMS来计划和安排所有活动，记录所执行工作的准确数据，并定期分析数据，那么您就可以很好地跟踪设备的生命周期历史。剩下的唯一一件事就是对你进行的分析结果采取行动。
在我们与各种行业合作的经验中，我们观察到许多制造商很难维护其设备基本信息的准确数据库，更不用说在设备的整个生命周期中跟踪设备的历史了。这些问题促使我们的IT公司开发了生命周期解决方案，这是一个设备管理系统，它使用条形码和智能手机将规格、采购数据和性能日期链接到基于Web的系统，这样我们就可以部署设备跟踪系统，只需很少的操作。该系统使我们能够让我们的泵送系统专家远程分析生命周期数据，以跟踪平均故障间隔时间（MTBF），识别不良因素和重复故障，跟踪更换零件的使用情况，并为我们的客户提供其他有价值的改进建议。它还直接向工厂操作和维护团队提供实时数据，从而无需离开现场查找泵曲线和安装/操作/维护手册等信息。
第九步：建立泵管理程序
根据上面所述的规则、要求，最好是简历一个泵可靠性的管理程序、管理办法。现在，许多泵研制企业都创建了由管理、技术、运营和维护资源组成的泵可靠性管理团队，并基于所建立的管理程序对现有泵系统进行迭代改进。一旦实现上述的规则、要求，将会带来降低支出成本、提高生产效率的效果。
第十步：建立配置管理过程
为了保持我们系统中数据和信息的完整性和准确性，必须有一个流程，旨在持续监控我们对设备和流程所做的更改，并及时更新信息。配置管理是一种过程，可以比作变更过程的管理，即每当我们对制造过程进行更改、对现有设备进行修改或升级、安装新设备或丢弃过时设备时，都会更新设备数据、规范、图纸、备件和其他技术数据。