تجزیه و تحلیل و ارتقاء مهندسی حل خرابی پمپ بخش حلقه
یک نیروگاه بزرگ در ایالات متحده با چندین پمپ تغذیه دیگ بخار با بخش حلقه ای (BB4) مشکلات ارتعاش و چرخش بالا را تجربه کرد که منجر به خرابی های فاجعه بار متعدد و قطعی های برنامه ریزی نشده شد. این مطالعه موردی یکی از پمپ هایی را که برای تجزیه و تحلیل کامل، عیب یابی، طرح تعمیر، بازسازی و تست عملکرد به مرکز خدمات پمپ پس از فروش ارسال شده است، شرح می دهد.
نیروگاه های سیکل ترکیبی «بچه های جدید در بلوک» صنعت تولید برق هستند. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی که برای ترکیب توربین‌های گاز و بخار طراحی شده‌اند، می‌توانند تا 50 درصد برق بیشتری را با مصرف سوخت مشابه نیروگاه‌های سیکل ساده تولید کنند. نیروگاه های سیکل ترکیبی مدرن همچنین می توانند به سرعت به نیازهای شبکه برق واکنش نشان دهند و توانایی شروع تولید انرژی در کمتر از 10 دقیقه و کارکرد با ظرفیت کامل در کمتر از 60 دقیقه را دارند. این یک مکمل کارآمد برای فناوری تجدیدپذیر متناوب است.
با تغییر تقاضای برق و جایگزینی نیروگاه های سیکل ترکیبی به جای نیروگاه های فسیلی و حرارتی معمولی، نوع پمپ های مورد استفاده نیز تغییر کرده است. نیروگاه های فسیلی اغلب از پمپ های بشکه ای قوی و بادوام استفاده می کنند. این پمپ‌ها برای دوره‌های طولانی و بدون وقفه کار می‌کنند و به طور کلی نیروگاه‌ها با دو پمپ 100 درصدی یا سه 50 درصدی در هر واحد نصب می‌شوند.
زمینه
پس از تجربه مشکلات متعدد عملکرد پمپ تغذیه دیگ بخار و قابلیت اطمینان در نیروگاه خود، صاحب نیروگاه تصمیم گرفت تا یک تجزیه و تحلیل ریشه ای جامع و طرح تعمیر را با یک مرکز خدمات پس از فروش پمپ در لس آنجلس، کالیفرنیا دنبال کند. این بررسی در نهایت یک سری مسائل اساسی مرتبط با مشکلات عملکرد و خرابی های غیرمنتظره پمپ را نشان داد.
یافته ها، راه حل های مهندسی شده و توصیه ها
در بازرسی و تحلیل اولیه واحد اول، مشخص شد که آستین بالانس نسبت به شفت تناسب مخروطی دارد. این نوع طراحی غیر معمول است زیرا برای نصب یا برداشتن آستین بالانس از شفت نیاز به فشار بالا و ابزار خاصی دارد. این نیز یک نگرانی عمده ایمنی است.
علاوه بر این، یک آستین بالانس متناسب باریک در نزدیکی نقطه تسلیم روی شفت نصب شد. فشار بالا و تناسب مخروطی منجر به تناسب نامطلوب بر روی شفت شده و مناطقی با غلظت بالا ایجاد می کند. قطر بیرونی مطابق با شفت نبود که منجر به فشار یا نیروی محیطی نابرابر در اطراف آستین تعادل شد. در عوض، سناریویی را ایجاد کرد که در آن شفت می تواند خم شود. نیروی معکوس یا لنگر خمشی 3550 بار در دقیقه ایجاد می‌شود که باعث ایجاد گشتاورهای خمشی قابل توجهی در ریشه آستین تعادل می‌شود و در نهایت شفت پمپ را خسته می‌کند.
برای کاهش فاصله محوری بین پروانه مرحله آخر و آستین بالانس، پیشنهادی برای طراحی مجدد آستین بالانس از طریق صاف کردن آن و بلندتر کردن آن ارائه شد. این مانع از "جلوگیری" حلقه سایش می شود که منجر به بی ثباتی روتور می شود.
پدیده ای که در آن پروانه ها به جلو پرش می کنند و سپس به موقعیت اولیه خود باز می گردند هنوز وجود دارد، اما به دلیل کاهش شکاف، پروانه نمی تواند جریان را به دستگاه تعادل محدود کند.
مرکز خدمات دریافت که طراحی اولیه پمپ نیاز به مونتاژ با پیکربندی چهره به چهره با استفاده از پین های ضد چرخش دارد. از آنجایی که دیفیوزر مرحله آخر در پمپ دارای پین در طرح اصلی نبود، پوشش باید دیفیوزر را "فشرده" کند تا از چرخش جلوگیری کند. شکاف تولید شده توسط این طرح منجر به شکست زودرس O-حلقه و همچنین محدودیت ظرفیت حمل فشار شد. برای بهبود قابلیت اطمینان پمپ و ظرفیت حمل فشار اتصال آخرین مرحله، سطوح دیفیوزر زمین دقیقی بود. با سفت کردن تلورانس‌های پشته‌آپ، ظرفیت حمل فشار اتصال آخرین مرحله نیز بهبود می‌یابد.
یکی دیگر از یافته‌های مهم این بود که پروانه‌های مناسب لغزشی با کمک وجه‌های توپی یکدیگر را روی شفت در محل مناسب نگه می‌داشتند. با این حال، چهره ها عمود نبودند، که باعث شد روتور خم شود و باعث ایجاد مشکلات ارتعاشی زیاد شود.
هنگامی که روتور برای بررسی خروجی روی غلتک ها قرار داده شد، به نظر می رسد که TIR (خروجی کل نشانگر) در حد تحمل باشد. با این حال، هنگامی که پمپ کار می کرد و نیروهای هیدرولیکی به پروانه ها وارد می شد، شفت به دلیل عمود نبودن وجه ها بر سوراخ دقیقاً خم می شود. تشخیص این موضوع بدون تقلید از نیروی هیدرولیک چالش برانگیز بود.
مرکز خدمات سطوح پوشش را مجدداً محاسبه و ماشینکاری کرد تا یک افتادگی پوشش مصنوعی تولید کند که کاملاً از افتادگی طبیعی روتور پیروی می کند.
انحرافات محاسبه شده مجدد برای روکش ها امکان استفاده از فاصله های محکم تر بین آستین بالانس و بوش تعادل را فراهم می کند، بنابراین جریان از طریق خط تعادل را کاهش می دهد. فشار خط تعادل به طور متوسط حدود 30 پوند در هر اینچ مربع (psig) کاهش یافت که MTBR را نیز گسترش داد.
چالش ها
در ابتدا، نیروگاه در اصلاح طرح اولیه پمپ و اجرای یک ارتقاء مهندسی مردد بود، که چالشی را برای مرکز خدمات ایجاد کرد تا به طور کامل مشکل و شکستگی شفت را حل کند. در جریان مذاکرات ارتقا، یکی دیگر از واحدهای تغذیه دیگ بخار کارخانه به طور غیرمنتظره ای با شکستگی شفت از کار افتاد. همانطور که مرکز خدمات پیش بینی کرده بود، این شکست اضافی برای تایید موضوع مورد نظر و تاکید بر نیاز فوری به اصلاح طراحی بود.
تست عملکرد برای اعتبار سنجی
نیروگاه ها از فشار خط تعادل به عنوان نقطه مرجع اصلی در ایجاد یک خط پایه برای سلامت کلی پمپ BB4 استفاده می کنند. فشار خط تعادل همراه با فاصله‌های داخلی بیشتر از تناسب‌های حیاتی، تلرانس‌ها و سایر عوامل کاهش‌دهنده افزایش می‌یابد که به راحتی می‌توان در طول مونتاژ از دست رفت. بنابراین، آزمایش عملکردی که شرایط واقعی یک پمپ در حال سرویس را به دقت تکرار می کند، یک مرحله مهم در فرآیند تعمیر است.
پس از تعمیر، پمپ به آزمایشگاه تست پمپ دارای گواهی موسسه هیدرولیک در شیکاگو فرستاده شد. در اینجا، پمپ ها تحت پروتکل های تست استاندارد برای اندازه گیری ارتعاش، فشار و جریان قرار گرفتند. برای قابلیت اطمینان، مهمترین نقطه داده جمع آوری شده فشار خط تعادل است که یک ویژگی منحصر به فرد در آزمایش پمپ های حلقه ای سگمنتال است. با پشتیبانی مهندسی آزمایشگاه آزمایش، مرکز خدمات توانست یک روش آزمایشی را طراحی و راه‌اندازی کند که دقیقاً شرایط میدان پمپ نصب شده را تقلید کند.
بازگشت به سرویس
هنگامی که تعمیر و آزمایش کامل شد و پمپ ها نصب شدند، مرکز خدمات تعدادی پمپ بخش حلقه ای یکسان را از چندین نیروگاه دریافت کرد که مشکلات مشابهی را نشان می دادند. با استفاده از دانش بازسازی های قبلی، مرکز خدمات توانست مجموعه ای از تعمیرات مشابه را برای این پمپ های تغذیه دیگ بخار اضافی در یک بازه زمانی سریع انجام دهد.
امروزه تمام پمپ های بخش حلقه ای سگمنتال دوباره وارد خدمت شده اند و بدون مشکل قابلیت اطمینان به درستی کار می کنند.
مرکز خدمات از یک فرآیند بازرسی کامل، روش‌های کنترل فرآیند گسترده و معیارهای پذیرش دقیق برای انجام این تعمیرات استفاده کرد.