Monitorowanie pomp zasilających

W artykule przedstawiono bardzo rzadko spotykaną awarię zespołu wirującego wielostopniowej pompy odśrodkowej eksploatowanej przy Q/QN=0.6, polegającą na deformacji i uszkodzeniu tylnej tarczy wirników końcowych stopni pompy.

Zakres prac związanych z ustaleniem i usunięciem przyczyn awarii obejmował:

  • analizę geometrii elementów zespołu wirującego,
  • analizę luzów promieniowych w uszczelnieniach przednich wirników, w uszczelnieniach międzystopniowych i w zespole bębna odciążającego,
  • analizę luzów osiowych w komorach wirnika oraz luzu pomiędzy wirnikiem ostatniego stopnia i czołem bębna odciążającego,
  • analizę pól naprężeń i odkształceń oraz częstości drgań własnych elementów wirujących,
  • analizę materiałów konstrukcyjnych wirników.

Na podstawie wniosków z w/w analiz oraz ze względu na losowy charakter awarii zaproponowano system ciągłego nadzoru pompy.

Awarie pompy zasilającej

Przedmiotem analizy jest czterostopniowa pompa odśrodkowa typu członowego, której schemat z oznaczeniem głównych elementów układu hydraulicznego pokazano na rys.1, natomiast na rys.2 zaznaczono parametry punktu znamionowego oraz parametry punktu pracy na tle fabrycznych charakterystyk przepływu H = f(Q), mocy na wale P = f(Q) oraz sprawności η = f(Q) odnoszących się do prędkości obrotowej n=1485obr/min.

Pompa pracuje przy wydajności Q=424m3/h, znacznie różniącej się od znamionowej i ciśnieniu roboczym p=4.2MPa. Gęstość transportowanego czynnika wynosi 983kg/m3, zaś temperatura zmienia się w zakresie t=150°C.

Rys.1. Przekrój pompy Halberg typu HL250 Bx4. K1–korpus tłoczny, K2÷K4–korpusy członowe z kierownicami dośrodkowymi, Ko1÷Ko4–kierownice odśrodkowe, W1÷W4–wirniki, K5–korpus ssawny, B –bęben odciążający pompy.

Rys.1. Przekrój pompy Halberg typu HL250 Bx4.
K1–korpus tłoczny, K2÷K4–korpusy członowe z kierownicami dośrodkowymi, Ko1÷Ko4–kierownice odśrodkowe, W1÷W4–wirniki, K5–korpus ssawny, B –bęben odciążający pompy.

Rys.2. Charakterystyki fabryczne pompy HL250 B×4.

Rys.2. Charakterystyki fabryczne pompy HL250 B×4.

Parametry punktu pracy traktowano w dalszej części pracy jako dane wyjściowe do analiz parametrów dynamicznych i wytrzymałościowych pompy i jej elementów.

W rozważanej pompie zniszczeniu ulegają łopatki i tylne tarcze wirników (fot.1), przy czym największej degradacji doznaje wirnik ostatniego stopnia W1 (rys.1). Wirnik przedostatni W2 ulega mniejszym zniszczeniom, natomiast wirnik W3 zdeformowany został tylko podczas jednej z awarii. W żadnej z awarii nie uległ odkształceniu wirnik pierwszego stopnia W4 po stronie ssania.

Fot. 1 Obraz zniszczeń wirników pompy.

Fot. 1 Obraz zniszczeń wirników pompy.

Na podstawie przeprowadzonych badań i wymienionych we wstępie analiz można stwierdzić, że przyczynami awarii są luzy na uszczelnieniach przednich wirników, uszczelnieniach międzystopniowych, a w szczególności na bębnie odciążającym.

Na podstawie wcześniejszych prac stwierdzono, że powiększające się w trakcie eksploatacji ww. luzy powodują zmianę częstości drgań własnych zespołu wirującego doprowadzającą do rezonansu z konstrukcją pompy i w efekcie do jej uszkodzeń. Dla wyeliminowania awarii zaproponowano system do ciągłego monitorowania stanu pomp.

System monitorowania

Schemat monitoringu przedstawiono na rys. 3.

Rys.3 Schemat monitoringu.

Rys.3 Schemat monitoringu.

Na schemacie oznaczono: 1 – serwer, 2 – serwer w firmie PBW HYDRO-POMP, 3 – nadzór nad pracującymi pompami, 4 – powiadomienie o zdarzeniach pracowników, 5 i 6 separacja od sieci Internet za pomocą urządzenia sieciowego (ruter/firewall).

Na rysunku 4 przedstawiono najważniejsze funkcje i elementy serwera.

Rys. 4 Elementy składowe serwera monitoringu.

Rys. 4 Elementy składowe serwera monitoringu.

Na rysunku 5 przedstawiono schemat oprzyrządowania pomiarowego pompy z zaznaczeniem punktów pomiaru wielkości które są monitorowane.

Rys. 5 Schemat oprzyrządowania pomiarowego pompy.

Rys. 5 Schemat oprzyrządowania pomiarowego pompy.

Dzięki zebraniu w jednym miejscu, wszystkich pomiarów dotyczących pracy pomp, obsługa ma zagwarantowaną możliwość stałej kontroli ich pracy.

Dla oceny trendów zmian parametrów pomiarowych dane z pomiarów są archiwizowane. Jednocześnie przesyłane są dane pomiarowe do firmy HYDRO-POMP, gdzie są dodatkowo archiwizowane i analizowane pod kątem bezawaryjnej pracy pomp. Określenie trendów zmian danych pomiarowych pozwala na wcześniejsze wyłączenie wybranej pompy i przeprowadzenie niezbędnych czynności przeglądowych.

Autorzy:

  • Andrzej Błaszczyk – Instytut Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej, PBW HYDRO-POMP Łódź,
  • Grzegorz Koźba, Dariusz Woźniak – PBW HYDRO-POMP Łódź.

Fot., rys.: zasoby własne autorów.

Czytaj także: