Analiz ve Mühendislik Yükseltmeleri Halka Kesiti Pompa Arızasını Çözün
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki büyük bir elektrik santrali, birkaç halka bölümlü (BB4) kazan besleme pompasıyla yüksek titreşim ve devridaim sorunları yaşadı ve bu da çok sayıda feci arızaya ve plansız kesintilere neden oldu. Bu vaka çalışması, tam bir analiz, sorun giderme, onarım planı, yeniden oluşturma ve performans testi için satış sonrası pompa servis merkezine gönderilen pompalardan birini detaylandırır.
Kombine çevrim santralleri, elektrik üretim endüstrisinin “bloktaki yeni çocukları” dır. Hem gaz hem de buhar türbinlerini birleştirmek üzere tasarlanan kombine çevrim santralleri, basit çevrim santralleriyle aynı yakıt kullanımıyla yüzde 50'ye kadar daha fazla elektrik üretebilir. Modern kombine çevrim santralleri ayrıca 10 dakikadan daha kısa sürede enerji üretmeye başlama ve 60 dakikadan daha kısa sürede tam kapasitede çalışma yeteneği ile elektrik şebekesi taleplerine hızlı bir şekilde tepki verebilir. Bu, kesintili yenilenebilir teknolojiye verimli bir tamamlayıcı sağlar.
Elektrik talebinin değişmesi ve kombine çevrim santrallerinin konvansiyonel fosil ve termik santrallerin yerini almaya başlamasıyla birlikte kullanılan pompa tipleri de değişti. Fosil enerji santralleri genellikle sağlam, uzun ömürlü varil pompaları kullanır. Bu pompalar uzun, kesintisiz süreler boyunca çalışır ve tesislerde genellikle birim başına iki adet yüzde 100 veya üç adet yüzde 50 kurulu pompa bulunur.
Arka fon
Santral sahibi, kendi santrallerinde çok sayıda kazan besleme pompası performansı ve güvenilirlik sorunu yaşadıktan sonra, Los Angeles, California'daki bir satış sonrası pompa servis merkezi ile kapsamlı bir temel neden analizi ve onarım planı izlemeyi tercih etti. Soruşturma sonunda performans sorunları ve beklenmeyen pompa arızalarıyla bağlantılı bir dizi temel sorunu ortaya çıkardı.
Bulgular, Tasarlanmış Çözümler ve Öneriler
İlk ünitenin ilk incelemesi ve analizi sırasında, balans manşonunun mile göre konik bir oturmaya sahip olduğu fark edildi. Bu tip bir tasarım yaygın değildir çünkü balans manşonunu mile takmak veya çıkarmak için yüksek basınç ve özel bir alet gerektirir. Bu aynı zamanda önemli bir güvenlik sorunudur.
Ek olarak, mil üzerine akma noktasının yanına konik bir denge manşonu yerleştirildi. Yüksek basınç ve konik oturma, şaft üzerinde istenmeyen bir oturmaya neden olarak yüksek gerilimli konsantrasyon alanları üretti. Dış çap şafta uygun değildi, bu da balans manşonu çevresinde eşit olmayan çevresel basınç veya kuvvete neden oldu. Karşılığında, şaftın bükülebileceği bir senaryo yarattı. Ters kuvvet veya bükülme momenti, dakikada 3,550 kez birikerek, balans manşonunun kökünde önemli bükülme momentlerine neden olarak, sonunda pompa milini yorar.
Denge manşonunu düz bir şekilde oturtarak ve son aşama çarkı ile balans manşonu arasındaki eksenel boşluğu azaltmak için daha uzun hale getirerek yeniden tasarlamak için bir öneride bulunuldu. Bu, rotorun dengesinin bozulmasına neden olan aşınma halkasının "ayırmasını" önler.
Pervanelerin ileri sıçradığı ve ardından orijinal konumlarına döndüğü fenomen hala mevcuttur, ancak azaltılmış boşluk nedeniyle çark, denge cihazına akışı kısıtlayamaz.
Servis merkezi, pompanın orijinal tasarımının, dönme önleyici pimler kullanılarak yüz yüze konfigürasyonla montajı gerektirdiğini tespit etti. Orijinal tasarımda pompadaki son kademe difüzörün pimi olmadığı için kapağın dönüşü engellemek için difüzörü "sıkması" gerekiyordu. Bu tasarımın ürettiği boşluk, erken O-ring arızasına neden oldu ve ayrıca basınç taşıma kapasitesini sınırladı. Son kademe bağlantısının hem pompa güvenilirliğini hem de basınç taşıma kapasitesini iyileştirmek için difüzörün yüzeyleri hassas taşlanmıştır. İstifleme toleranslarını sıkılaştırarak, son aşamadaki bağlantının basınç taşıma kapasitesi de iyileştirilir.
Bir diğer önemli bulgu ise, kayar geçmeli çarkların göbek yüzleri yardımıyla şaft üzerinde birbirini doğru yerde tutmasıydı. Bununla birlikte, yüzler dik değildi, bu da rotoru bükülmeye zorlayarak yüksek titreşim sorunlarına neden oldu.
Rotor, salgıyı kontrol etmek için silindirler üzerine yerleştirildiğinde, TIR (toplam gösterge salgısı) tolerans dahilinde göründü. Ancak, pompa çalışırken ve çarklara hidrolik kuvvetler uygulandığında, yüzlerin deliğe tam olarak dik olmaması nedeniyle mil bükülecektir. Sorunu, hidrolik kuvveti taklit etmeden tespit etmek zordu.
Servis merkezi, doğal rotor sarkmasını mükemmel bir şekilde takip eden yapay bir kaplama sarkması üretmek için kapak yüzeylerini yeniden hesapladı ve işledi.
Kapaklar için yeniden hesaplanan ofsetler, balans manşonu ile balans burcu arasında daha dar boşlukların kullanılmasına izin vererek, balans hattındaki akışı azalttı. Ortalama olarak denge hattı basıncı, MTBR'yi de uzatan inç kare (psig) başına yaklaşık 30 pound azaldı.
Zorluklar
Başlangıçta, elektrik santrali pompanın orijinal tasarımını değiştirmek ve mühendislik ürünü bir yükseltme yapmak konusunda tereddütlüydü, bu da servis merkezinin sorunu ve olası şaft kırılmasını tamamen çözmesini zorlaştırdı. Yükseltme görüşmeleri sırasında, tesisin kazan besleme ünitelerinden biri beklenmedik bir şekilde kırık bir şaftla arızalandı. Servis merkezinin öngördüğü gibi, bu ek başarısızlık, eldeki sorunu doğrulamaya hizmet etti ve acil bir tasarım değişikliği ihtiyacının altını çizdi.
Doğrulama için Performans Testi
Enerji santralleri, bir BB4 pompasının genel sağlığı için bir temel oluştururken ana referans noktası olarak denge hattı basıncını kullanır. Denge hattı basıncı, montaj sırasında kolayca gözden kaçabilecek kritik bağlantıların, toleransların ve diğer hafifletici faktörlerin daha büyük iç boşlukları ile birlikte artacaktır. Bu nedenle, hizmette olan bir pompanın gerçek koşullarını yakından kopyalayan performans testi, onarım sürecinde kritik bir adımdır.
Onarımdan sonra pompa, Chicago'daki Hidrolik Enstitüsü onaylı bir pompa test laboratuvarına gönderildi. Burada pompalara titreşim, basınç ve akışı ölçmek için standart test protokolleri uygulandı. Güvenilirlik için toplanan en önemli veri noktası, segmental halka pompaların test edilmesinde benzersiz bir özellik olan denge hattı basıncıdır. Test laboratuvarının mühendislik desteği ile servis merkezi, kurulu pompanın saha koşullarını yakından taklit eden bir test prosedürü tasarlayıp kurabildi.
Hizmete Geri Dön
Onarım ve test tamamlandıktan ve pompalar kurulduktan sonra, servis merkezi aynı sorunları gösteren birden fazla enerji santralinden bir dizi özdeş segmental halka kesitli pompa aldı. Servis merkezi, önceki yeniden yapılanmalardan elde edilen bilgileri kullanarak, bu ilave kazan besleme pompaları için bir dizi benzer onarımı hızlandırılmış bir zaman diliminde gerçekleştirebildi.
Bugün tüm segmental halka kesitli pompalar tekrar hizmete alınmış ve güvenilirlik sorunu olmadan doğru bir şekilde çalışmaktadır.
Servis merkezi, bu onarımları gerçekleştirmek için kapsamlı bir inceleme süreci, kapsamlı süreç kontrol prosedürleri ve katı kabul kriterleri kullandı.