Dažni išcentrinio siurblio veikimo sutrikimai, priežastys ir sprendimai

Išcentriniai siurbliai yra viena plačiausiai pramoniniuose procesuose naudojamų besisukančių įrenginių, randamų beveik visur nuo naftos chemijos ir elektros energijos gamybos iki metalurgijos, nuo miesto vandens tiekimo iki žemės ūkio drėkinimo. Tačiau daugelis siurblių nepasiekia numatytos eksploatavimo trukmės-standartinis išcentrinis siurblys, veikiantis netoli optimalaus efektyvumo taško ir tinkamai prižiūrimas, gali tarnauti 15–20 metų ar net daugiau nei 25 metus. Realiai daug išcentrinių siurblių sugenda anksčiau laiko, juos reikia dažnai taisyti, o dėl neplanuotų prastovų patiriami dideli gamybos nuostoliai.

Šiame darbe sistemingai nustatomi dažni išcentrinio siurblio veikimo gedimai, analizuojami jų mechanizmai, gedimų keliai ir destruktyvios charakteristikos bei, remiantis tokiais standartais kaip API 610 ir inžinerine praktika, siūloma viso gyvavimo ciklo valdymo strategija – nuo ​​projekto parinkimo ir eksploatavimo/priežiūros iki būklės stebėjimo. Šiuo straipsniu siekiama padėti įrangos vadovams nustatyti paslėptus gedimų ženklus, sukurti nuspėjamą priežiūros sistemą ir iš esmės pailginti išcentrinių siurblių tarnavimo laiką bei pagerinti įrenginio patikimumą.

 

 

• Radialinė jėga ir veleno įlinkis

Radialinė jėga yra šoninė jėga, veikianti siurblio veleną, kai sparnuotė veikia ne pagal projektines sąlygas. Kai siurblys nukrypsta nuo optimalaus naudingumo taško (BEP), slėgio pasiskirstymas spirale tampa netolygus, o slėgis aplink sparnuotės tampa asimetriškas, sukuriant radialinę jėgą, nukreiptą tam tikra kryptimi. Šios jėgos dydis kinta priklausomai nuo srauto greičio – kuo mažesnis srautas, tuo didesnė radialinė jėga; kuo didesnis srautas, tuo didesnė radialinė jėga; tik ties BEP radialinė jėga yra minimali.

 

Radialinės jėgos pavojus slypi jos „paslėptoje“ prigimtyje. Veikiant radialinei jėgai, visiškai tiesus siurblio velenas, kai siurblys sustabdomas, veikimo metu gali sulinkti; sustojus velenas grįžta į tiesią padėtį. Tai reiškia, kad įprastiniai statinio išlygiavimo patikrinimai negali aptikti problemos. Siurblio velenas, veikiantis 3550 aps./min., per minutę pasilenkia (nukrypsta) 7100 kartų, per valandą – 426 tūkst. kartų, o per metus – daugiau nei 3,7 mlrd. Šis didelio{11}}dažnio kintamasis įtempis yra pagrindinė mechaninio sandariklio ir priešlaikinio guolių gedimo priežastis. Didelės radialinės jėgos, sukeliančios veleno įlinkį, apsunkina sandarinimo paviršių kontaktą, sutrikdo sandarinimui reikalingą skysčio sluoksnį. Tuo pačiu metu jie perkrauna radialinį guolį, o guolio tarnavimo laikas yra eksponentiškai susijęs su nesutapimu – 1,5 mm nesutapimas sukels guolio gedimą per tris ar penkis mėnesius, o 0,025 mm nesutapimas gali leisti tam pačiam guoliui veikti ilgiau nei 90 mėnesių.

 

Sprendimas:Išcentrinio siurblio veikimas šalia jo BEP (ribinio poveikio taško) yra pagrindinis radialinių jėgų valdymo principas. Darbaračio plotis yra vienas iš pagrindinių faktorių, turinčių įtakos radialinei jėgai – kuo platesnis sparnuotė, tuo didesnė radialinė jėga. Pasirinkus pagrįstą spiralės geometriją ir pakankamą veleno skersmenį, projektuojant galima sumažinti radialines jėgas. Jei siurbliai jau veikia, venkite ilgo veikimo, mažesnio už minimalų srautą.

 

• kavitacija

Kai vietinis absoliutus slėgis šalia siurblio įleidimo angos arba sparnuotės mentės įleidimo angos nukrenta žemiau skysčio sočiųjų garų slėgio toje temperatūroje, skystis išgaruoja, sudarydamas daugybę mažyčių garų burbuliukų. Šie burbuliukai, skysčio srauto pernešami į aukšto slėgio zoną, greitai subyra arba „sprogsta“, sukeldami aukšto -dažnio (600–25 000 Hz) smūgio bangas, kurių vietinis slėgis siekia iki 49 MPa. Šis smūgis pakartotinai veikia metalinį paviršių, sukeldamas mechaninę eroziją; tuo pat metu cheminė korozija, kurią sukelia garavimo šiluma, dar labiau padidina žalą. Kavitacija taip pat trukdo energijos mainams sparnuotėje, dėl to labai sumažėja Q-H, Q-P ir Q-η kreivės, o sunkiais atvejais netgi pertraukiamas skysčio srautas ir siurblys tampa neveikiantis.

 

Yra įvairių tipų kavitacijos. Labiausiai paplitusi yra garinimo kavitacija (NPSHa trūkumo tipas), kai skysčio greitis didėja, o slėgis mažėja, kai jis praeina pro sparnuotės įleidimo angą, todėl skystis užverda ir išgaruoja. Turbulentinę kavitaciją sukelia sūkuriai ir slėgio skirtumai, kuriuos sukuria dujotiekio komponentai, tokie kaip vingiai ir vožtuvai. Ašmenų sindromo kavitacija atsiranda, kai tarpas tarp sparnuotės ir siurblio korpuso yra per mažas, todėl smarkiai padidėja srauto greitis ir sumažėja slėgis. Vidinė recirkuliacijos kavitacija atsiranda, kai siurblio išleidimo vožtuvas yra uždarytas arba srautas yra per mažas, todėl skystis cirkuliuoja aplink sparnuotę, generuodamas šilumą ir burbuliukus. Be to, oras, patenkantis į siurblį per sugedusius vožtuvus arba palaidas jungtis, taip pat gali sukelti oro įsiurbimo kavitaciją.

 

Labiausiai pažeidžiamos kavitacijos išcentriniuose siurbliuose vietos yra:priekinė dengiamoji plokštė, kurioje sparnuotės kreivumas yra didžiausias, žemo{0}}slėgio pusė šalia ašmenų įleidimo krašto, išleidimo kameros spiralinis liežuvėlis ir kreipiamosios mentės įleidimo krašto žemo-slėgio pusė.

 

Sprendimai:Užtikrinkite, kad sistemos grynasis teigiamas įsiurbimo aukštis (NPSHA) visada būtų didesnis nei reikalaujamas grynasis teigiamas įsiurbimo aukštis (NPSHR), paprastai rekomenduojama, kad atstumas būtų bent 0,5–1,0 m. Atsparumo kavitacijai gerinimas gali būti sprendžiamas dviem aspektais: pirma, tobulinant pačią siurblio konstrukciją – padidinant srauto plotą, padidinant sparnuotės dangtelio plokštės įleidimo sekcijos kreivio spindulį ir naudojant priekyje-montuojamą induktorių arba dvigubą-siurbimo sparnuotė; antra, gerinamos sistemos sąlygos – padidinamas skysčio lygio slėgis prieš srovę esančiame rezervuare, sumažinamas siurblio montavimo aukštis, keičiamas nuo viršutinio įsiurbimo prie atbulinio srauto ir sumažinami vamzdyno nuostoliai ir kt.

 

• vibracija

Vibracijos šaltinius galima suskirstyti į šiuos pagrindinius tipus:

1. Su varikliu{0}}susijusios problemos:Rotoriaus ekscentriškumas arba lenkimas lemia per didelę statinę ir dinaminę pusiausvyrą; sulūžę voverės narvelio strypai sukelia magnetinio lauko disbalansą; nesubalansuota statoriaus apvijos varža sukuria netolygią elektromagnetinę jėgą.
2. Fondas ir parama:Laisvi pamatai arba lankstūs pamatai sumažina suvaržymo standumą; atsilaisvinę inkaro varžtai sustiprina vibraciją.
3. Movos:Netolygus atstumas tarp varžtų, ekscentriškos išplėtimo sekcijos, prasta statinė ir dinaminė pusiausvyra, netinkami tvirtinimo tarpai ir kt.
4. Darbaratis: Nestandartinė liejimo arba apdirbimo kokybė lemia ekscentriškumą; srauto kanalo korozija sukelia ekscentriškumą; susidėvėję dilimo žiedai padidina trintį.
5. Veleno sistema:Nepakankamas veleno standumas, per didelis įlinkis; per didelis balanso disko tarpas arba netinkamas ašinis judėjimas.
6. Veikimo sąlygos:Nukrypimas nuo projektavimo sąlygų padidina radialinę jėgą; netinkamas pasirinkimas arba nesuderintos lygiagrečios jungtys.
7. Guoliai ir tepimas:Nepakankamas guolių standumas, per didelis tarpas, prastas tepimas.

 

Be to, pats skystis taip pat yra vibracijos šaltinis – vandens srautas, veikiantis kreipiamąją mentę ir sparnuotės priekinį kraštą, slėgio pulsavimas siurblio korpuse ir kavitacija – visa tai gali sukelti vibraciją. Per didelė vibracija gali sukelti rotoriaus-statoriaus trintį ar net užstrigimą, veleno sandariklio gedimą ir nuotėkį, taip pat gali paveikti vamzdžių jungiamąsias detales, vožtuvus ir pamatus, sukeldama antrinį pavojų operatoriams ir aplinkai.

 

Sprendimas:Vibracijos diagnostika reikalauja sistemingo požiūrio. Atliekant laiko bangos formą, spektrą ir fazių analizę, kartu su nuolatiniu stebėjimu, galima tiksliai nustatyti vibracijos šaltinio vietą. Rekomenduojama nustatyti įrangos vibracijos būklės bazinę liniją, remiantis vibracijos vertinimo standartais, tokiais kaip ISO 10816-7. Įprastų patikrinimų metu nenormalus vibracijos padidėjimas dažnai yra ankstyviausias įspėjamasis signalas.

 

• Guolių ir tepimo užteršimas

Guoliai yra vienas pažeidžiamiausių išcentrinių siurblių komponentų, o daugiau nei 85 % guolių gedimų sukelia teršalai – nešvarumai, pašalinės medžiagos ar vanduo. Ardomoji teršalų galia yra stulbinanti: vos 250 milijonų dalių (ppm) vandens gali sutrumpinti guolio tarnavimo laiką keturis kartus.

 

Tepimo alyva užteršta iš įvairių šaltinių: tai gali būti dėl proceso terpės prasiskverbimo sugedus sandarikliui, priemaišų, patekusių atliekant techninę priežiūrą, arba pačios tepalinės alyvos gedimo dėl ilgalaikio{0}} naudojimo. Įprasti guolių gedimo režimai apima klijų susidėvėjimą, nuovargį ir abrazyvinį nusidėvėjimą, kurį dažnai sukelia netinkamas kontaktinio paviršiaus prošvaisa, prastas paviršiaus šiurkštumas arba tepalinės alyvos fizikinių ir cheminių savybių pablogėjimas.

 

Be užteršimo, guolius veikia papildomos apkrovos dėl radialinių jėgų, ašinių jėgų, nesutapimo ir vamzdynų įtempimo. Dėl šių jėgų guoliai veikia gerokai viršijant projektinę apkrovą, o tai pagreitina gedimo procesą.

 

Sprendimas:Tepalinės alyvos švaros palaikymas yra veiksmingiausia priemonė guolio tarnavimo laikui pailginti. Sukurkite reguliarią alyvos tikrinimo sistemą (rekomenduojama bent kartą per ketvirtį) ir griežtai kontroliuokite drėgmę (Mažiau arba lygi 100 ppm) ir kietųjų dalelių kiekį (ne žemesnę nei NAS 9 klasės švarumo standartas). Tuo pačiu metu įsitikinkite, kad siurblys veikia šalia BEP, kad sumažintumėte radialinę jėgą, užtikrintumėte tikslų siurblio ir pavaros išlygiavimą ir pašalintumėte vamzdyno įtempimą.

 

• Veikimas minimaliu srauto greičiu

Daugelis operatorių mano, kad „kol siurblys veikia, viskas gerai“, nežinodami, kad darbas esant mažam srautui yra pati klastingiausia išcentrinių siurblių lėtinės žalos forma.

 

Kiekvienas išcentrinis siurblys turi tam tikrą veikimo diapazoną. Šio diapazono viršijimas gali sukelti daugybę problemų: žymiai padidėjus vibracijai ir triukšmui, sumažėjus veikimui, sutrumpėjus komponentų tarnavimo laikui ir net mechaniniams pažeidimams. API 610 standartas apibrėžia du minimalius srautus: minimalų nuolatinį šiluminį ribinį srautą (mažiausias srautas, kuriam esant siurblys gali veikti nepažeisdamas temperatūros kilimo) ir minimalų nuolatinį pastovų srautą (mažiausias srautas, neviršijantis nurodytų vibracijos ribų).

 

Veikiant mažesniu nei minimaliu srautu, padidėja radialinė siurblio apkrova ir vibracija, suintensyvėja skysčių recirkuliacija, sutrumpėja guolių ir mechaninių sandariklių tarnavimo laikas. Siurblyje gali atsiskirti skysčiai, dar labiau padidinant vibraciją ir triukšmą. Didelės-galios išcentriniuose siurbliuose, veikiančiuose su uždarytu išleidimo vožtuvu, skystis siurblio viduje vis labiau įkaista ir gali sudeginti guolius. Esant mažam srautui, siurblio velenas taip pat patiria papildomų radialinių jėgų.

 

Minimalų nuolatinį pastovų srautą įtakoja tokie veiksniai kaip specifinis siurbimo greitis ir energijos tankis. Paprastai mažiausias nuolatinis pastovus srautas didėja didėjant savitajam siurbimo greičiui. Mažas- srautas taip pat gali sukelti vidinę recirkuliaciją, o tai dar labiau paspartins žalą.

 

Sprendimas:Patikimiausia apsaugos priemonė yra minimalaus srauto greičio linijos nustatymas. Kai darbinis srautas yra mažesnis už mažiausią siurblio srautą, reikia įrengti mažo -srauto srauto liniją (ty minimalią recirkuliacijos liniją arba aplinkkelį). Be to, galima naudoti kintamo dažnio pavaras, automatinius recirkuliacijos vožtuvus ir galios ar vibracijos stebėjimą. Siurbliai, atitinkantys API 610 standartus, turi griežtai laikytis nurodyto minimalaus nuolatinio stabilaus srauto greičio.

 

• Veleno sandariklio nuotėkis

Mechaniniai sandarikliai yra labiausiai paplitęs išcentrinių siurblių velenų sandarinimo būdas, tačiau jie taip pat dažnai sugenda. Mechaninių sandariklių nuotėkio taškai daugiausia sutelkti dinaminiuose ir statiniuose žiedo galiniuose paviršiuose ir pagalbiniame sandariklyje.

 

Sandarinimo gedimo priežastys yra įvairios: nestandartinis sandarinimo galinių paviršių lygumas arba šiurkštumas; kietosios dalelės tarp galinių paviršių; neigiamas slėgis sandarinimo ertmėje siurblio paleidimo{0}}ir išjungimo metu, dėl kurio susidaro sausa galinių paviršių trintis; užsitęsęs slėgio padidėjimas siurblyje, pažeidžiantis sandariklį; nepakankamas siurblio srautas, dėl kurio terpė cirkuliuoja, įkaista ir išgaruoja; pagalbinio sandariklio senėjimas arba pažeidimas. Be to, dėl radialinės jėgos sukelto veleno deformacijos sandarinimo galiniams paviršiams sunku išlaikyti kontaktą, o tai yra pagrindinė mechaninio sandariklio gedimo priežastis.

 

Sprendimai:Mechaninio sandariklio priežiūra reikalauja kruopštaus valdymo. Įprastų patikrinimų metu galima naudoti infraraudonųjų spindulių termometrą sandarinimo ertmės temperatūrai stebėti (įprasta Mažesnė arba lygi aplinkos temperatūrai +25 laipsnis) ir kas savaitę nuskaityti flanšo sąsają ultragarsiniu nuotėkio detektoriumi. Surinkdami įsitikinkite, kad ašinis veleno judėjimas yra mažesnis nei 0,1 mm. Specialioms terpėms reikia pasirinkti aukštai -temperatūrai ir korozijai- atsparias sandarinimo medžiagas, pvz., kietojo lydinio ir kietojo lydinio trinties poras ir perfluorelastomerinius O-žiedus.

 

• Ašinės jėgos disbalansas

Kai veikia vienos{0}}pakopos vieno-siurbimo išcentrinis siurblys, rotorius patiria ašinę trauką, nukreiptą į įsiurbimo angą. Daugiapakopių išcentrinių siurblių ašinės jėgos problema yra rimtesnė – dauguma gedimų kyla dėl netinkamų balansavimo mechanizmo nustatymų arba balansavimo sistemos gedimo.

 

Ašinės jėgos disbalansas padidina traukos guolio apkrovą ir verčia rotorių pajudėti siurbimo angos link, todėl atsiranda vibracija. Sunkiais atvejais tai gali sukelti sparnuotės žiedo trintį ar net pažeisti siurblio korpusą. Įprastos ašinės jėgos balansavimo konstrukcijos arba įtaisai apima balansavimo skyles, balansavimo diskus arba balansavimo būgnelius (su balansuojančiais grįžtamaisiais vamzdžiais). Ekscentriškas balansavimo disko montavimas gali sukelti rotoriaus vibraciją, galinčią pažeisti guolius ir siurblio veleną.

 

Sprendimai:Reguliariai tikrinkite balansavimo angas ir grįžtamuosius vamzdžius, ar neužsikimšę. Balansavimo diskiniams įrenginiams griežtai kontroliuoti montavimo ekscentriškumą, paprastai reikalaujant, kad jis neviršytų 0,05 mm. Prieš paleidžiant daugiapakopį siurblį, būtina kruopščiai užpildyti ir išleisti orą, kad būtų išvengta per didelės momentinės ašinės traukos. Turėtų būti įdiegtas traukos guolio temperatūros padidėjimo stebėjimas internetu, nes staigūs guolio temperatūros pokyčiai dažnai yra ašinės jėgos disbalanso pirmtakas.

 

• Sulūžęs velenas

Siurblio veleno lūžis yra vienas rimčiausių išcentrinių siurblių gedimų, dažnai nulemtas sukimosi įtempimo ir lenkimo nuovargio. Beveik visose besisukančiose mašinose prieš veleno lūžimą atsiranda intensyvi vibracija.

 

Dažniausios veleno lūžimo priežastys: netinkama siurblio veleno konstrukcija, neteisingas agregato veleno centro išsidėstymas, netinkamas guolio pasirinkimas, netinkamas išleidimo vamzdžio montavimas; įtempių koncentracija veleno galo reljefo griovelyje; ir per didelis pagrindinio veleno tarpatramis, dėl kurio padidėja lenkimo įtempis. Nuovargio įtrūkimai prasideda silpniausioje vietoje, palaipsniui plinta nuolat kintant įtempiams ir galiausiai tam tikru momentu staiga lūžta. Kadangi išjungus siurblio veleną dažnai nerodoma jokių anomalijų, šis nuovargio kaupimosi procesas yra itin klastingas.

 

Sprendimai:Venkite įtempių koncentracijos projektuojant; tinkamai nustatykite reljefo griovelio spindulį (rekomenduojama ne mažiau kaip 5% veleno skersmens). Sustiprinti vibracijos stebėjimą eksploatacijos metu; nenormalus vibracijos verčių padidėjimas dažnai yra veleno lūžio pirmtakas. Reguliariai tikrinkite veleno koaksialumą ir nutekėjimą; Magnetinių dalelių arba ultragarso veleno sistemos bandymas rekomenduojamas kapitalinio remonto ciklų metu. Įrenginiams, patyrusiems veleno lūžimą, būtina išsami gedimo priežasties analizė; paprasčiausiai pakeisti veleną ir vėl pradėti jį naudoti neleidžiama.

 

Prevencija yra geriau nei taisymas, o stebėjimas yra geriau nei spėlionės. Sistemingos vibracijos stebėjimo, temperatūros stebėjimo, tepalų analizės ir veikimo parametrų registravimo sistemos sukūrimas yra pagrindinis būdas pratęsti išcentrinių siurblių tarnavimo laiką ir užtikrinti nuolatinę gamybą.