Santrifüj pompanın çalışmasında yaygın hatalar, nedenleri ve çözümleri

Santrifüj pompalar, petrokimya ve enerji üretiminden metalurjiye, kentsel su temininden tarımsal sulamaya kadar hemen hemen her yerde bulunan endüstriyel proseslerde en yaygın kullanılan döner ekipmanlar arasında yer almaktadır. Bununla birlikte, pek çok pompa tasarlanan kullanım ömrüne ulaşmada başarısız olur-optimum verimlilik noktasına yakın çalışan ve bakımı uygun şekilde yapılan standart bir santrifüj pompanın ömrü 15 ila 20 yıl, hatta 25 yıldan fazla olabilir. Gerçekte, çok sayıda santrifüj pompa zamanından önce arızalanır, sık sık onarım gerektirir ve plansız duruş nedeniyle önemli üretim kayıplarına neden olur.

Bu belge, santrifüj pompa işletimindeki yaygın hataları sistematik olarak tanımlar, bunların mekanizmalarını, arıza yollarını ve yıkıcı özelliklerini analiz eder ve API 610 gibi standartlara ve mühendislik uygulamalarına dayanarak tasarım seçiminden işletim/bakıma kadar durum izlemeye kadar tam bir yaşam döngüsü yönetimi stratejisi önerir. Bu belge, ekipman yöneticilerinin gizli arıza işaretlerini tespit etmelerine, öngörücü bir bakım sistemi kurmalarına ve temel olarak santrifüj pompaların hizmet ömrünü uzatmalarına ve ünite güvenilirliğini artırmalarına yardımcı olmayı amaçlamaktadır.

 

 

• Radyal kuvvet ve şaft sapması

Radyal kuvvet, pervane tasarım koşulları dışında çalıştığında pompa miline etki eden yanal kuvvetin bileşkesidir. Pompa optimum verimlilik noktasından (BEP) saptığında, salyangoz içindeki basınç dağılımı dengesiz hale gelir ve pervane etrafındaki basınç asimetrik hale gelir ve belirli bir yöne işaret eden radyal bir kuvvet oluşturur. Bu kuvvetin büyüklüğü akış hızına göre değişir; akış hızı ne kadar düşük olursa radyal kuvvet de o kadar büyük olur; akış hızı ne kadar yüksek olursa radyal kuvvet de o kadar büyük olur; yalnızca BEP'te radyal kuvvet minimumdur.

 

Radyal kuvvetin tehlikesi "gizli" doğasında yatmaktadır. Radyal kuvvetin etkisi altında, pompa durdurulduğunda tamamen düz olan bir pompa mili, çalışma sırasında bükülebilir; durdurulduğunda şaft düz konumuna geri döner. Bu, geleneksel statik hizalama kontrollerinin sorunu tespit edemediği anlamına gelir. 3.550 rpm'de çalışan bir pompa mili dakikada 7.100 kez, saatte 426.000 kez ve yılda 3,7 milyardan fazla kez bükülür (saptırılır). Bu yüksek-frekanslı alternatif gerilim, mekanik salmastra arızasının ve erken rulman arızasının temel nedenidir. Şaftın sapmasına neden olan yüksek radyal kuvvetler, sızdırmazlık yüzeylerinin teması sürdürmesini zorlaştırarak sızdırmazlık için gereken sıvı katmanını bozar. Aynı zamanda, radyal rulmana aşırı yük bindirirler ve rulman ömrü yanlış hizalamayla üstel olarak ilişkilidir; 1,5 mm'lik bir yanlış hizalama, üç ila beş ay içinde rulman arızasına neden olurken, 0,025 mm'lik bir yanlış hizalama, aynı rulmanın 90 aydan fazla çalışmasına izin verebilir.

 

Çözüm:Santrifüj pompanın BEP (Sınır Etki Noktası) yakınında çalıştırılması radyal kuvvetleri kontrol etmenin temel prensibidir. Pervane genişliği radyal kuvvetleri etkileyen ana faktörlerden biridir; pervane ne kadar geniş olursa radyal kuvvet de o kadar büyük olur. Makul bir salyangoz geometrisi ve yeterli şaft çapının seçilmesi, tasarım yoluyla radyal kuvvetleri azaltabilir. Halihazırda çalışmakta olan pompalar için, minimum akış hızının altında uzun süre çalıştırmaktan kaçının.

 

• kavitasyon

Pompa girişi veya pervane kanadı girişi yakınındaki yerel mutlak basınç, sıvının o sıcaklıktaki doymuş buhar basıncının altına düştüğünde, sıvı buharlaşarak çok sayıda küçük buhar kabarcığı oluşturur. Sıvı akışıyla yüksek-basınç bölgesine taşınan bu kabarcıklar, hızla çöker veya "içeriye patlar", yerel basınçları 49 MPa'ya ulaşan yüksek-frekanslı (600~25.000 Hz) şok dalgaları oluşturur. Bu etki defalarca metal yüzeye etki ederek mekanik erozyona neden olur; Aynı zamanda buharlaşma ısısının oluşturduğu kimyasal korozyon da hasarı daha da şiddetlendirir. Kavitasyon aynı zamanda pervane içindeki enerji alışverişine de müdahale ederek Q-H, Q-P ve Q-η eğrilerinde kapsamlı bir düşüşe yol açar ve ciddi durumlarda sıvı akışını keserek pompayı çalışmaz hale getirir.

 

Kavitasyonun çeşitli türleri vardır. En yaygın olanı, pervane girişinden geçerken akışkan hızının arttığı ve basıncın azaldığı, sıvının kaynamasına ve buharlaşmasına neden olan buharlaşma kavitasyonudur (NPSHa eksikliği tipi). Türbülanslı kavitasyon, boru hattındaki dirsekler ve valfler gibi bileşenlerin oluşturduğu girdaplar ve basınç farklarından kaynaklanır. Kanat sendromu kavitasyonu, pervane ile pompa gövdesi arasındaki boşluk çok küçük olduğunda meydana gelir ve bu da akış hızında keskin bir artışa ve basınçta bir düşüşe neden olur. İç devridaim kavitasyonu, pompa çıkış valfi kapatıldığında veya akış hızı çok düşük olduğunda meydana gelir ve sıvının pervanenin etrafında dolaşarak ısı ve kabarcık oluşturmasına neden olur. Ek olarak, hatalı valfler veya gevşek bağlantılar yoluyla pompaya giren hava da hava sürüklenmesinde kavitasyona neden olabilir.

 

Santrifüj pompalarda kavitasyona en duyarlı alanlar şunlardır:pervane eğriliğinin en büyük olduğu ön kapak plakası, bıçak giriş kenarına yakın düşük-basınç tarafı, boşaltma odası salyangoz dili ve kılavuz kanat giriş kenarının düşük-basınç tarafı.

 

Çözümler:Sistemin Net Pozitif Emme Yüksekliğinin (NPSHA), genellikle en az 0,5-1,0 m'lik bir marja sahip olması önerilen Gerekli Net Pozitif Emme Yüksekliğinden (NPSHR) her zaman daha büyük olduğundan emin olun. Kavitasyon direncinin iyileştirilmesine iki açıdan yaklaşılabilir: birincisi, pompa tasarımının iyileştirilmesi - akış alanının arttırılması, pervane kapak plakası giriş bölümünün eğrilik yarıçapının arttırılması ve öne- monte edilmiş bir indüktör veya çift-emme pervanesinin kullanılması; ikincisi, sistem koşullarının iyileştirilmesi - yukarı akış rezervuarındaki sıvı seviyesi basıncının arttırılması, pompa kurulum yüksekliğinin azaltılması, üstten emmeden geri akışa geçiş ve boru hattı kayıplarının azaltılması vb.

 

• titreşim

Titreşim kaynakları aşağıdaki ana tiplere ayrılabilir:

1. Motorla{0}ilgili sorunlar:Rotorun eksantrikliği veya bükülmesi aşırı statik ve dinamik dengeye yol açar; kırık sincap kafesi çubukları manyetik alan dengesizliğine neden olur; dengesiz stator sargı direnci düzensiz elektromanyetik kuvvet üretir.
2. Kuruluş ve destek:Gevşek temeller veya esnek temeller kısıtlama sertliğini azaltır; gevşek ankraj cıvataları titreşimi artırır.
3. Kaplinler:Düzensiz cıvata aralığı, eksantrik uzatma bölümleri, zayıf statik ve dinamik denge, uygun olmayan montaj boşlukları vb.
4. Pervane: Standart altı döküm veya işleme kalitesi eksantrikliğe yol açar; akış kanalının korozyonu eksantrikliğe neden olur; aşınmış aşınma halkaları sürtünmeyi artırır.
5. Şaft sistemi:Yetersiz şaft sertliği, aşırı sapma; aşırı denge diski açıklığı veya uygunsuz eksenel hareket.
6. Çalışma koşulları:Tasarım koşullarından sapma, radyal kuvvetin artmasına neden olur; yanlış seçim veya uyumsuz paralel bağlantılar.
7. Rulmanlar ve yağlama:Yetersiz yatak sertliği, aşırı boşluk, zayıf yağlama.

 

Ek olarak, akışkanın kendisi de bir titreşim kaynağıdır; kılavuz kanadı ve pervanenin ön kenarını etkileyen su akışı, pompa gövdesi içindeki basınç titreşimi ve kavitasyonun tümü titreşime neden olabilir. Aşırı titreşim, rotor-statorunun sürtünmesine ve hatta tutukluk yapmasına, salmastra arızasına ve sızıntıya neden olabilir ve ayrıca boru bağlantılarını, vanaları ve temelleri etkileyerek operatörler ve çevre için ikincil tehlikelere neden olabilir.

 

Çözüm:Titreşim teşhisi sistematik bir yaklaşım gerektirir. Sürekli izlemeyle birlikte zaman dalga biçimi, spektrum ve faz analizi sayesinde titreşim kaynağının yeri doğru bir şekilde belirlenebilir. ISO 10816-7 gibi titreşim değerlendirme standartlarına atıfta bulunarak ekipman için bir titreşim sağlığı temelinin oluşturulması önerilir. Rutin muayeneler sırasında titreşim değerlerinde anormal bir artış çoğu zaman en erken uyarı sinyalidir.

 

• Rulman ve yağlama kirliliği

Rulmanlar, santrifüj pompaların en hassas bileşenleri arasındadır ve rulman arızalarının %85'inden fazlası kir, yabancı madde veya su gibi kirletici maddelerden kaynaklanır. Kirletici maddelerin yıkıcı gücü şaşırtıcıdır: Sadece milyonda 250 parça (ppm) su, rulman ömrünü dört kat kısaltabilir.

 

Yağlama yağı kirliliği çeşitli kaynaklardan gelir: Conta arızasından sonra proses ortamının sızması, bakım sırasında ortaya çıkan yabancı maddeler veya uzun süreli-çalışma sırasında yağlama yağının kendisinin bozulması nedeniyle olabilir. Yaygın rulman arıza modları arasında genellikle uygun olmayan temas yüzeyi açıklığı, zayıf yüzey pürüzlülüğü veya yağlama yağının fizikokimyasal özelliklerinin bozulmasından kaynaklanan adhezif aşınma, yorulma aşınması ve aşındırıcı aşınma yer alır.

 

Rulmanlar kirlenmenin yanı sıra radyal kuvvetler, eksenel kuvvetler, yanlış hizalama ve boru tesisatı geriliminden kaynaklanan ek yüklere de maruz kalır. Bu kuvvetler rulmanların tasarım yüklerinin çok ötesinde çalışmasına neden olarak arıza sürecini hızlandırır.

 

Çözüm:Yağlama yağının temiz tutulması rulman ömrünü uzatmanın en etkili önlemidir. Düzenli bir yağ test sistemi oluşturun (en az üç ayda bir önerilir) ve nemi (100 ppm'den az veya eşit) ve partikül madde içeriğini (NAS Sınıf 9 temizlik standardından düşük değil) sıkı bir şekilde kontrol edin. Aynı zamanda, radyal kuvveti azaltmak, pompa ile tahrikin hassas şekilde hizalanmasını sağlamak ve boru hattındaki gerilimi ortadan kaldırmak için pompanın BEP'ye yakın çalıştığından emin olun.

 

• Minimum akış hızı çalışması

Birçok operatör, düşük akış hızlarında çalışmanın santrifüj pompalara verilen kronik hasarın en sinsi şekli olduğunun farkında olmadan "pompa çalıştığı sürece sorun olmadığını" düşünür.

 

Her santrifüj pompanın belirli bir çalışma aralığı vardır. Bu aralığın aşılması bir dizi sorunu tetikleyebilir: önemli ölçüde artan titreşim ve gürültü, performansın azalması, bileşen ömrünün kısalması ve hatta mekanik hasar. API 610 standardı iki minimum akış hızı tanımlar: minimum sürekli termal limit akış hızı (pompanın sıcaklık artışından zarar görmeden çalışmayı sürdürebildiği en düşük akış hızı) ve minimum sürekli sabit akış hızı (belirtilen titreşim sınırlarını aşmayan en düşük akış hızı).

 

Minimum akış hızının altında çalışmak, pompanın radyal yükünü ve titreşimini artırır, sıvı devridaimini yoğunlaştırır ve yatakların ve mekanik salmastraların ömrünü kısaltır. Pompa içinde sıvı ayrılması meydana gelebilir, bu da titreşimi ve gürültüyü daha da artırır. Çıkış valfi kapalıyken çalışan yüksek-güçlü santrifüj pompalarda, pompanın içindeki sıvı giderek daha fazla ısınacak ve potansiyel olarak yatakları yakacaktır. Düşük akış hızlarında pompa mili ayrıca ilave radyal kuvvetlere maruz kalır.

 

Minimum sürekli sabit akış hızı, emme özgül hızı ve enerji yoğunluğu gibi faktörlerden etkilenir. Genel olarak minimum sürekli sabit akış hızı, emme özgül hızının artmasıyla birlikte artar. Düşük-akışlı çalışma aynı zamanda dahili devridaim kavitasyonuna neden olarak hasarı daha da hızlandırabilir.

 

Çözüm:Minimum akış hızı hattını ayarlamak en güvenilir koruyucu önlemdir. Çalışma akış hızı, pompanın minimum akış hızından düşük olduğunda, düşük- akış hızına sahip bir hat (yani minimum devridaim hattı veya baypas) kurulmalıdır. Ayrıca değişken frekanslı sürücüler, otomatik devridaim valfleri ve güç veya titreşim izleme de kullanılabilir. API 610 standartlarına uygun pompalar için çalıştırma, belirtilen minimum sürekli kararlı akış hızına kesinlikle bağlı kalmalıdır.

 

• Salmastra sızıntısı

Mekanik salmastralar, santrifüj pompalar için en yaygın şaft sızdırmazlık yöntemidir ancak aynı zamanda sıklıkla arızalanmaya da eğilimlidirler. Mekanik salmastralardaki sızıntı noktaları esas olarak dinamik ve statik halka uç yüzeylerinde ve yardımcı salmastrada yoğunlaşmıştır.

 

Sızdırmazlık arızasının nedenleri çeşitlidir: Sızdırmazlık uç yüzlerinin standardın altında düzlüğü veya pürüzlülüğü; uç yüzler arasındaki partikül madde; pompanın çalıştırılması ve kapatılması sırasında sızdırmazlık boşluğundaki negatif basınç-ve uç yüzlerin kuru sürtünmesine neden olur; pompada uzun süreli basınç birikmesi contaya zarar verir; ortamın dolaşmasına, ısınmasına ve buharlaşmasına neden olan yetersiz pompa akışı; yardımcı contanın eskimesi veya hasar görmesi. Ayrıca, radyal kuvvetin neden olduğu şaft sapması, sızdırmazlık uç yüzeylerinin teması sürdürmesini zorlaştırır ve bu da mekanik salmastra arızasının ana nedenidir.

 

Çözümler:Mekanik salmastra bakımı titiz bir yönetim gerektirir. Rutin denetimler, sızdırmazlık boşluğu sıcaklığını izlemek için bir kızılötesi termometre kullanabilir (normalde Ortam sıcaklığına eşit veya daha az +25 derece) ve flanş arayüzünün bir ultrasonik sızıntı dedektörü ile haftalık olarak taranması. Montaj sırasında milin eksenel hareketinin 0,1 mm'den az olmasına dikkat edin. Özel ortamlar için, sert alaşımdan sert alaşıma sürtünme çiftleri ve perfloroelastomer O-halkaları gibi yüksek-sıcaklığa ve korozyona-dirençli sızdırmazlık malzemeleri seçilmelidir.

 

• Eksenel kuvvet dengesizliği

Tek-kademeli, tek-emmeli bir santrifüj pompa çalışırken, rotor, emme girişine doğru yönlendirilen eksenel bir itme kuvvetiyle karşılaşır. Çok-kademeli santrifüj pompalarda eksenel kuvvet sorunu daha ciddidir; çoğu arıza, uygun olmayan dengeleme mekanizması ayarlarından veya dengeleme sistemi arızasından kaynaklanır.

 

Eksenel kuvvet dengesizliği baskı yatağındaki iş yükünü arttırır ve rotorun emme girişine doğru hareket etmesine neden olarak titreşime neden olur. Ciddi durumlarda bu, pervane halkasının sürtünmesine ve hatta pompa gövdesinin hasar görmesine neden olabilir. Yaygın eksenel kuvvet dengeleme yapıları veya cihazları arasında dengeleme delikleri, dengeleme diskleri veya dengeleme tamburları (dengeleme dönüş boruları ile) bulunur. Dengeleme diskinin eksantrik montajı, rotor titreşimine neden olarak yataklara ve pompa miline zarar verme potansiyeline sahip olabilir.

 

Çözümler:Dengeleme deliklerini ve dönüş borularını tıkanıklık açısından düzenli olarak kontrol edin. Disk cihazlarını dengelemek için, kurulum eksantrikliğini sıkı bir şekilde kontrol edin ve genellikle bunun 0,05 mm'yi aşmamasını sağlayın. Çok-kademeli bir pompayı başlatmadan önce, aşırı anlık eksenel itmeyi önlemek için kapsamlı bir ilk çalıştırma ve havalandırma yapılması şarttır. Rulmandaki ani sıcaklık değişiklikleri genellikle eksenel kuvvet dengesizliğinin habercisi olduğundan, baskı yatağı sıcaklık artışının çevrimiçi izlenmesi uygulanmalıdır.

 

• Kırık şaft

Pompa mili kırılması, santrifüj pompaların en ciddi arızalarından biridir ve genellikle dönme gerilimi ve bükülme yorgunluğundan kaynaklanır. Neredeyse tüm dönen makinelerde, şaft kırılmasından önce yoğun titreşim gelir.

 

Şaft kırılmasının yaygın nedenleri şunlardır: yanlış pompa şaftı tasarımı, ünite şaft merkezinin yanlış hizalanması, uygunsuz yatak seçimi, çıkış borusunun yanlış montajı; mil ucu tahliye oluğundaki gerilim konsantrasyonu; ve aşırı ana şaft açıklığı, bükülme geriliminin artmasına neden olur. Yorulma çatlakları en zayıf noktada başlar, tekrarlanan değişken gerilim altında yavaş yavaş yayılır ve sonunda belirli bir anda aniden kırılır. Pompa şaftı kapatıldığında genellikle hiçbir anormallik göstermediğinden, bu yorulma birikimi süreci son derece sinsidir.

 

Çözümler:Tasarımda stres yoğunlaşmasından kaçının; tahliye oluğu yarıçapını uygun şekilde ayarlayın (şaft çapının %5'inden az olmaması önerilir). Çalışma sırasında titreşim izlemeyi güçlendirin; titreşim değerlerindeki anormal artışlar çoğu zaman şaft kırılmasının habercisidir. Şaftın eşeksenliliğini ve salgısını düzenli olarak kontrol edin; Büyük bakım döngüleri sırasında şaft sisteminin manyetik parçacık veya ultrasonik teste tabi tutulması tavsiye edilir. Şaft kırılması yaşayan üniteler için arıza nedeninin kapsamlı bir analizi çok önemlidir; sadece milin değiştirilmesine ve tekrar çalıştırılmasına izin verilmez.

 

Önleme, onarımdan daha iyidir ve izleme, tahminde bulunmaktan daha iyidir. Titreşim izleme, sıcaklık izleme, yağlayıcı analizi ve çalışma parametrelerinin kaydedilmesi için sistematik bir sistem oluşturmak, santrifüj pompaların ömrünü uzatmanın ve sürekli üretim sağlamanın temel yoludur.