Kerosakan biasa, punca dan penyelesaian dalam operasi pam emparan

Pam empar adalah antara peralatan berputar yang paling banyak digunakan dalam proses perindustrian, ditemui hampir di mana-mana daripada petrokimia dan penjanaan kuasa kepada metalurgi, daripada bekalan air bandar kepada pengairan pertanian. Walau bagaimanapun, banyak pam gagal mencapai jangka hayat reka bentuknya-sebuah pam empar standard, beroperasi berhampiran titik kecekapan optimumnya dan diselenggara dengan betul, boleh bertahan 15 hingga 20 tahun, atau bahkan lebih daripada 25 tahun. Pada hakikatnya, sebilangan besar pam emparan gagal sebelum waktunya, memerlukan pembaikan yang kerap, dan menyebabkan kerugian pengeluaran yang ketara akibat masa henti yang tidak dirancang.

Kertas kerja ini secara sistematik mengenal pasti kesalahan biasa dalam operasi pam emparan, menganalisis mekanismenya, laluan kegagalan dan ciri-ciri pemusnah, dan, berdasarkan piawaian seperti API 610 dan amalan kejuruteraan, mencadangkan strategi pengurusan kitaran hayat penuh, daripada pemilihan reka bentuk dan operasi/penyelenggaraan kepada pemantauan keadaan. Kertas kerja ini bertujuan untuk membantu pengurus peralatan mengenal pasti tanda-tanda kerosakan tersembunyi, mewujudkan sistem penyelenggaraan ramalan, dan secara asasnya memanjangkan hayat perkhidmatan pam emparan dan meningkatkan kebolehpercayaan unit.

 

 

• Daya jejari dan pesongan aci

Daya jejari ialah daya sisian terhasil yang bertindak pada aci pam apabila pendesak beroperasi di luar keadaan reka bentuknya. Apabila pam menyimpang dari titik kecekapan optimumnya (BEP), taburan tekanan dalam volut menjadi tidak sekata, dan tekanan di sekeliling pendesak menjadi tidak simetri, menghasilkan daya jejarian menghala ke arah tertentu. Magnitud daya ini berbeza dengan kadar aliran - semakin rendah kadar aliran, semakin besar daya jejari; semakin tinggi kadar aliran, semakin besar daya jejari; hanya pada BEP adalah daya jejari minimum.

 

Bahaya daya jejari terletak pada sifat "tersembunyi". Di bawah pengaruh daya jejarian, aci pam yang lurus sempurna apabila pam dihentikan mungkin bengkok semasa operasi; apabila berhenti, aci kembali ke kedudukan lurusnya. Ini bermakna pemeriksaan penjajaran statik konvensional tidak dapat mengesan masalah. Aci pam yang beroperasi pada 3,550 rpm membengkok (membelok) 7,100 kali seminit, 426,000 kali sejam, dan lebih 3.7 bilion kali setahun. Tegasan bergantian{11}berkekerapan tinggi ini ialah punca kegagalan pengedap mekanikal dan kegagalan galas pramatang. Daya jejari yang tinggi menyebabkan pesongan aci menyukarkan muka pengedap untuk mengekalkan sentuhan, mengganggu lapisan bendalir yang diperlukan untuk pengedap. Pada masa yang sama, ia membebankan galas jejari, dan hayat galas dikaitkan secara eksponen dengan salah jajaran - salah jajaran 1.5 mm akan menyebabkan kegagalan galas dalam tempoh tiga hingga lima bulan, manakala salah jajaran 0.025 mm boleh membenarkan galas yang sama beroperasi selama lebih 90 bulan.

 

Penyelesaiannya:Mengendalikan pam emparan berhampiran BEP (Titik Kesan Sempadan) adalah prinsip utama untuk mengawal daya jejari. Lebar pendesak adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi daya jejari - lebih luas pendesak, lebih besar daya jejari. Memilih geometri volut yang munasabah dan diameter aci yang mencukupi boleh mengurangkan daya jejarian melalui reka bentuk. Untuk pam yang sudah beroperasi, elakkan operasi berpanjangan di bawah kadar aliran minimum.

 

• peronggaan

Apabila tekanan mutlak tempatan berhampiran salur masuk pam atau salur masuk bilah pendesak turun di bawah tekanan wap tepu cecair pada suhu tersebut, cecair mengewap, membentuk banyak buih wap kecil. Gelembung ini, yang dibawa oleh aliran cecair ke dalam zon tekanan tinggi-, runtuh dengan cepat atau "meletup," menghasilkan gelombang kejutan frekuensi tinggi (600~25,000 Hz) dengan tekanan tempatan mencecah sehingga 49 MPa. Kesan ini berulang kali bertindak pada permukaan logam, menyebabkan hakisan mekanikal; pada masa yang sama, kakisan kimia yang dihasilkan oleh haba pengewapan memburukkan lagi kerosakan. Peronggaan juga mengganggu pertukaran tenaga dalam pendesak, membawa kepada penurunan menyeluruh dalam lengkung Q-H, Q-P, dan Q-η, dan dalam kes yang teruk, malah mengganggu aliran cecair dan menyebabkan pam tidak boleh beroperasi.

 

Terdapat pelbagai jenis peronggaan. Yang paling biasa ialah peronggaan pengewapan (jenis kekurangan NPSHa), di mana halaju bendalir meningkat dan tekanan berkurangan apabila ia melalui salur masuk pendesak, menyebabkan cecair mendidih dan mengewap. Peronggaan bergelora disebabkan oleh pusaran dan perbezaan tekanan yang dihasilkan oleh komponen seperti selekoh dan injap dalam saluran paip. Peronggaan sindrom bilah berlaku apabila jurang antara pendesak dan selongsong pam terlalu kecil, mengakibatkan peningkatan mendadak dalam halaju aliran dan penurunan tekanan. Peronggaan peredaran semula dalaman berlaku apabila injap keluar pam ditutup atau kadar aliran terlalu rendah, menyebabkan bendalir beredar di sekeliling pendesak, menghasilkan haba dan buih. Selain itu, udara yang memasuki pam melalui injap yang rosak atau sambungan yang longgar juga boleh menyebabkan peronggaan pemerangkapan udara.

 

Kawasan yang paling terdedah untuk peronggaan dalam pam empar termasuk:plat penutup hadapan dengan kelengkungan pendesak paling besar, bahagian tekanan-rendah berhampiran tepi masuk bilah, lidah volut ruang nyahcas dan-tekanan rendah tepi masuk ram pemandu.

 

Penyelesaian:Pastikan Kepala Sedutan Positif Bersih (NPSHA) sistem sentiasa lebih besar daripada Kepala Sedutan Positif Bersih yang Diperlukan (NPSHR), secara amnya disyorkan untuk mempunyai margin sekurang-kurangnya 0.5–1.0 m. Meningkatkan rintangan peronggaan boleh didekati dari dua aspek: pertama, menambah baik reka bentuk pam itu sendiri – meningkatkan kawasan aliran, meningkatkan jejari kelengkungan bahagian masuk plat penutup pendesak dan menggunakan-pendesak terpasang di hadapan atau pendesak sedutan-berganda; kedua, memperbaiki keadaan sistem – meningkatkan tekanan paras cecair dalam takungan hulu, mengurangkan ketinggian pemasangan pam, menukar daripada sedutan atas ke aliran balik, dan mengurangkan kehilangan saluran paip, dsb.

 

• getaran

Sumber getaran boleh dikategorikan kepada jenis utama berikut:

1. Isu berkaitan-motor:Sipi pemutar atau lenturan membawa kepada keseimbangan statik dan dinamik yang berlebihan; palang sangkar tupai patah menyebabkan ketidakseimbangan medan magnet; rintangan belitan stator yang tidak seimbang menghasilkan daya elektromagnet yang tidak sekata.
2. Asas dan sokongan:Asas longgar atau asas fleksibel mengurangkan kekakuan kekangan; bolt sauh yang longgar memburukkan lagi getaran.
3. Gandingan:Jarak bolt tidak sekata, bahagian sambungan sipi, imbangan statik dan dinamik yang lemah, kelegaan muat yang tidak betul, dsb.
4. Pendesak: Kualiti tuangan atau pemesinan substandard membawa kepada kesipian; kakisan saluran aliran menyebabkan kesipian; cincin haus yang dipakai meningkatkan geseran.
5. Sistem aci:Kekakuan aci yang tidak mencukupi, pesongan yang berlebihan; pelepasan cakera keseimbangan yang berlebihan atau pergerakan paksi yang tidak betul.
6. Keadaan operasi:Menyimpang daripada keadaan reka bentuk membawa kepada peningkatan daya jejarian; pemilihan yang tidak betul atau sambungan selari yang tidak sepadan.
7. Galas dan pelinciran:Kekakuan galas yang tidak mencukupi, pelepasan yang berlebihan, pelinciran yang lemah.

 

Di samping itu, bendalir itu sendiri juga merupakan sumber getaran - aliran air yang memberi kesan kepada ram pemandu dan pinggir utama pendesak, denyutan tekanan dalam badan pam, dan peronggaan semuanya boleh menyebabkan getaran. Getaran yang berlebihan boleh menyebabkan geseran pemegun-pemutar atau malah rampasan, kegagalan pengedap aci dan kebocoran, dan juga boleh menjejaskan kelengkapan paip, injap dan asas, menyebabkan bahaya sekunder kepada pengendali dan alam sekitar.

 

Penyelesaian:Diagnosis getaran memerlukan pendekatan yang sistematik. Melalui bentuk gelombang masa, spektrum, dan analisis fasa, digabungkan dengan pemantauan berterusan, sumber getaran boleh dikesan dengan tepat. Adalah disyorkan untuk mewujudkan garis asas kesihatan getaran untuk peralatan, merujuk kepada piawaian penilaian getaran seperti ISO 10816-7. Semasa pemeriksaan rutin, peningkatan tidak normal dalam nilai getaran selalunya merupakan isyarat amaran terawal.

 

• Pencemaran galas dan pelinciran

Galas adalah antara komponen pam emparan yang paling terdedah, dan lebih 85% kegagalan galas disebabkan oleh bahan cemar - sama ada kotoran, bendasing atau air. Kuasa pemusnah bahan cemar sangat mengejutkan: hanya 250 bahagian per juta (ppm) air boleh memendekkan hayat galas sebanyak empat kali ganda.

 

Pencemaran minyak pelincir datang daripada pelbagai sumber: ia mungkin disebabkan oleh proses resapan media selepas kegagalan pengedap, kekotoran yang diperkenalkan semasa penyelenggaraan atau kemerosotan minyak pelincir itu sendiri dalam tempoh-pengoperasian jangka panjang. Mod kegagalan galas biasa termasuk haus pelekat, haus keletihan dan haus melelas, selalunya disebabkan oleh pelepasan permukaan sentuhan yang tidak betul, kekasaran permukaan yang lemah, atau kemerosotan sifat fizikokimia minyak pelincir.

 

Sebagai tambahan kepada pencemaran, galas tertakluk kepada beban tambahan daripada daya jejarian, daya paksi, salah jajaran, dan ketegangan paip. Daya ini menyebabkan galas beroperasi jauh melebihi beban reka bentuk mereka, mempercepatkan proses kegagalan.

 

Penyelesaiannya:Mengekalkan minyak pelincir bersih adalah langkah paling berkesan untuk memanjangkan hayat galas. Wujudkan sistem ujian minyak biasa (sekurang-kurangnya setiap suku tahun disyorkan), dan kawal kelembapan dengan ketat ( Kurang daripada atau sama dengan 100 ppm) dan kandungan bahan zarahan (tidak lebih rendah daripada standard kebersihan Kelas 9 NAS). Pada masa yang sama, pastikan pam beroperasi berhampiran BEP untuk mengurangkan daya jejarian, memastikan penjajaran tepat pam dan pemacu, dan menghapuskan ketegangan saluran paip.

 

• Operasi kadar aliran minimum

Ramai pengendali percaya bahawa "selagi pam berjalan, tidak mengapa," tidak menyedari bahawa beroperasi pada kadar aliran rendah adalah bentuk kerosakan kronik yang paling berbahaya pada pam emparan.

 

Setiap pam emparan mempunyai julat operasi tertentu. Melebihi julat ini boleh mencetuskan beberapa masalah: getaran dan bunyi yang meningkat dengan ketara, prestasi menurun, jangka hayat komponen yang dipendekkan, dan juga kerosakan mekanikal. Piawaian API 610 mentakrifkan dua kadar aliran minimum: kadar aliran had haba berterusan minimum (kadar aliran terendah di mana pam boleh mengekalkan operasi tanpa rosak akibat kenaikan suhu) dan kadar aliran stabil berterusan minimum (kadar aliran terendah yang tidak melebihi had getaran yang ditentukan).

 

Beroperasi di bawah kadar aliran minimum meningkatkan beban jejarian pam dan getaran, mempergiatkan peredaran semula bendalir, dan memendekkan jangka hayat galas dan pengedap mekanikal. Pemisahan cecair boleh berlaku di dalam pam, meningkatkan lagi getaran dan bunyi. Dalam pam empar-berkuasa tinggi yang beroperasi dengan injap alir keluar tertutup, bendalir di dalam pam akan menjadi semakin panas, berpotensi membakar galas. Pada kadar aliran rendah, aci pam juga mengalami daya jejarian tambahan.

 

Kadar aliran mantap berterusan minimum dipengaruhi oleh faktor seperti kelajuan khusus sedutan dan ketumpatan tenaga. Secara amnya, kadar aliran mantap berterusan minimum meningkat dengan peningkatan kelajuan khusus sedutan. Operasi aliran-rendah juga boleh mendorong peronggaan peredaran semula dalaman, seterusnya mempercepatkan kerosakan.

 

Penyelesaiannya:Menetapkan garis kadar aliran minimum adalah langkah perlindungan yang paling boleh dipercayai. Apabila kadar aliran pengendalian adalah lebih rendah daripada kadar aliran minimum pam, garisan kadar aliran-rendah (iaitu, garisan edaran semula minimum atau pintasan) hendaklah dipasang. Selain itu, pemacu frekuensi berubah-ubah, injap peredaran semula automatik dan pemantauan kuasa atau getaran boleh digunakan. Untuk pam yang mematuhi piawaian API 610, operasi mesti mematuhi kadar aliran stabil berterusan minimum yang ditetapkan.

 

• Kebocoran kedap aci

Pengedap mekanikal adalah kaedah pengedap aci yang paling biasa untuk pam emparan, tetapi ia juga kerap terdedah kepada kegagalan. Titik kebocoran dalam pengedap mekanikal terutamanya tertumpu pada muka hujung gelang dinamik dan statik dan meterai tambahan.

 

Punca kegagalan pengedap adalah berbeza-beza: kerataan atau kekasaran muka akhir pengedap substandard; zarah di antara muka hujung; tekanan negatif dalam rongga pengedap semasa pam mula-dihidupkan dan ditutup, yang membawa kepada geseran kering muka hujung; pembentukan tekanan yang berpanjangan dalam pam merosakkan meterai; aliran pam yang tidak mencukupi menyebabkan medium beredar, panas dan mengewap; penuaan atau kerosakan pada meterai tambahan. Tambahan pula, pesongan aci yang disebabkan oleh daya jejarian menyukarkan muka hujung pengedap untuk mengekalkan sentuhan, punca utama kegagalan pengedap mekanikal.

 

Penyelesaian:Penyelenggaraan meterai mekanikal memerlukan pengurusan yang teliti. Pemeriksaan rutin boleh menggunakan termometer inframerah untuk memantau suhu rongga pengedap (normal Kurang daripada atau sama dengan suhu ambien +25 darjah ), dan pengimbasan mingguan antara muka bebibir dengan pengesan kebocoran ultrasonik. Semasa pemasangan, pastikan pergerakan paksi aci kurang daripada 0.1 mm. Untuk media khas, bahan pengedap-suhu dan kakisan-tinggi hendaklah dipilih, seperti aloi keras kepada pasangan geseran aloi keras dan gelang O-perfluoroelastomer.

 

• Ketidakseimbangan daya paksi

Apabila satu-peringkat, satu-pam emparan sedutan sedang berjalan, rotor mengalami tujahan paksi yang diarahkan ke arah salur masuk sedutan. Untuk pam emparan berbilang-peringkat, masalah daya paksi adalah lebih teruk – kebanyakan kegagalan berpunca daripada tetapan mekanisme pengimbangan yang tidak betul atau kerosakan sistem pengimbangan.

 

Ketidakseimbangan daya paksi meningkatkan beban kerja pada galas tujah dan menyebabkan pemutar bergerak ke arah salur masuk sedutan, mengakibatkan getaran. Dalam kes yang teruk, ini boleh menyebabkan geseran gelang pendesak atau kerosakan badan pam. Struktur atau peranti pengimbangan daya paksi biasa termasuk lubang pengimbang, cakera pengimbang atau gendang pengimbang (dengan paip pemulangan pengimbangan). Pemasangan eksentrik cakera pengimbang boleh menyebabkan getaran pemutar, berpotensi merosakkan galas dan aci pam.

 

Penyelesaian:Sentiasa periksa lubang pengimbang dan kembalikan paip untuk tersumbat. Untuk mengimbangi peranti cakera, kawal kesipian pemasangan dengan ketat, secara amnya memerlukannya tidak melebihi 0.05 mm. Sebelum memulakan pam berbilang-peringkat, penyebuan dan pengudaraan yang teliti adalah penting untuk mengelakkan tujahan paksi serta-merta yang berlebihan. Pemantauan dalam talian terhadap kenaikan suhu galas tujahan harus dilaksanakan, kerana perubahan suhu secara tiba-tiba dalam galas selalunya merupakan pelopor kepada ketidakseimbangan daya paksi.

 

• Aci patah

Patah aci pam adalah salah satu kegagalan yang paling serius bagi pam emparan, selalunya disebabkan oleh tegangan putaran dan kelesuan lentur. Dalam hampir semua jentera berputar, patah aci didahului oleh getaran yang kuat.

 

Punca biasa patah aci termasuk: reka bentuk aci pam yang tidak betul, salah jajaran pusat aci unit, pemilihan galas yang tidak sesuai, pemasangan paip alur keluar yang tidak betul; kepekatan tegasan pada alur pelepasan hujung aci; dan rentang aci utama yang berlebihan membawa kepada peningkatan tegasan lentur. Keretakan keletihan bermula pada titik paling lemah, secara beransur-ansur merambat di bawah tekanan berselang-seli berulang, dan akhirnya patah secara tiba-tiba pada saat tertentu. Kerana aci pam selalunya tidak menunjukkan keabnormalan apabila ditutup, proses pengumpulan keletihan ini amat berbahaya.

 

Penyelesaian:Elakkan penumpuan tekanan dalam reka bentuk; tetapkan jejari alur pelepasan dengan sewajarnya (disyorkan tidak kurang daripada 5% daripada diameter aci). Mengukuhkan pemantauan getaran semasa operasi; peningkatan yang tidak normal dalam nilai getaran selalunya merupakan pendahulu kepada patah aci. Periksa keserasian dan kehabisan aci secara kerap; zarah magnet atau ujian ultrasonik sistem aci disyorkan semasa kitaran baik pulih utama. Bagi unit yang mengalami kerosakan aci, analisis menyeluruh tentang punca kegagalan adalah penting; hanya menggantikan aci dan menghidupkannya semula adalah tidak dibenarkan.

 

Mencegah lebih baik daripada membaiki, dan memantau lebih baik daripada meneka. Mewujudkan sistem yang sistematik untuk pemantauan getaran, pemantauan suhu, analisis pelincir, dan rakaman parameter operasi ialah cara asas untuk memanjangkan hayat pam emparan dan memastikan pengeluaran berterusan.