Aktualizace analýzy a inženýrství řeší poruchu čerpadla v prstencové sekci
Velká elektrárna ve Spojených státech zaznamenala problémy s vysokými vibracemi a recirkulací u několika napájecích čerpadel kotlů s prstencovými sekcemi (BB4), což mělo za následek četné katastrofické poruchy a neplánované výpadky. Tato případová studie podrobně popisuje jedno z čerpadel, které bylo odesláno do servisního střediska čerpadel za účelem úplné analýzy, řešení problémů, plánu oprav, přestavby a testování výkonu.
Elektrárny s kombinovaným cyklem jsou „novými dětmi na bloku“ energetického průmyslu. Elektrárny s kombinovaným cyklem, navržené pro kombinaci plynových a parních turbín, mohou vyrobit až o 50 procent více elektřiny při stejné spotřebě paliva jako elektrárny s jednoduchým cyklem. Moderní elektrárny s kombinovaným cyklem mohou také rychle reagovat na požadavky elektrické sítě se schopností začít vyrábět energii za méně než 10 minut a běžet na plný výkon za méně než 60 minut. To poskytuje účinný doplněk k přerušované obnovitelné technologii.
Jak se změnila poptávka po elektřině a elektrárny s kombinovaným cyklem začaly nahrazovat konvenční fosilní a tepelné elektrárny, změnil se i typ používaných čerpadel. Fosilní elektrárny často používají robustní sudová čerpadla s dlouhou životností. Tato čerpadla pracují po dlouhou dobu bez přerušení a zařízení jsou obvykle vybavena dvěma 100% nebo třemi 50% instalovanými čerpadly na jednotku.
Pozadí
Poté, co ve své elektrárně zažil četné problémy s výkonem a spolehlivostí napájecího čerpadla kotle, rozhodl se vlastník elektrárny provést komplexní analýzu hlavních příčin a plán oprav s poprodejním servisním střediskem čerpadel v Los Angeles v Kalifornii. Vyšetřování nakonec odhalilo řadu základních problémů spojených s problémy s výkonem a neočekávanými poruchami čerpadel.
Zjištění, navržená řešení a doporučení
Během počáteční inspekce a analýzy první jednotky bylo zjištěno, že vyvažovací objímka je ve vztahu k hřídeli zkosená. Tento typ konstrukce je neobvyklý, protože vyžaduje vysoký tlak a speciální nástroj k instalaci nebo odstranění vyvažovacího pouzdra z hřídele. To je také hlavní bezpečnostní problém.
Kromě toho bylo na hřídel v blízkosti meze kluzu instalováno vyvažovací pouzdro s kuželovým uložením. Vysoký tlak a zkosené uložení vedly k nežádoucímu uložení na hřídeli, což vytvořilo oblasti s vysokou koncentrací napětí. Vnější průměr neběžel přesně k hřídeli, což mělo za následek nestejný obvodový tlak nebo síla kolem vyvažovacího pouzdra. Na oplátku vytvořil scénář, ve kterém by se hřídel mohla ohnout. Zpětná síla neboli ohybový moment narůstá 3 550krát za minutu, což způsobuje významné ohybové momenty v patě vyvažovací objímky a nakonec unavuje hřídel čerpadla.
Byl předložen návrh přepracovat vyvažovací objímku tak, že bude rovně uložena a bude delší, aby se zmenšila axiální mezera mezi oběžným kolem posledního stupně a vyvažovací objímkou. Tím se zabrání „rozpojení“ třecího kroužku, což má za následek destabilizaci rotoru.
Jev, kdy oběžná kola poskakují dopředu a pak se vracejí do své původní polohy, stále existuje, ale kvůli zmenšené mezeře nemůže oběžné kolo omezit průtok do vyvažovacího zařízení.
Servisní středisko zjistilo, že původní konstrukce čerpadla vyžadovala montáž tváří v tvář pomocí kolíků proti rotaci. Vzhledem k tomu, že difuzor posledního stupně v čerpadle neměl v původním provedení kolík, bylo nutné kryt „zmáčknout“ difuzor, aby se zabránilo otáčení. Mezera vytvořená tímto designem vedla k předčasnému selhání O-kroužku a také omezila schopnost přenášet tlak. Aby se zlepšila jak spolehlivost čerpadla, tak i tlaková únosnost spoje posledního stupně, byly čela difuzoru přesně vybroušeny. Zpřísněním tolerancí stohování se také zlepší tlaková únosnost spoje posledního stupně.
Dalším významným zjištěním bylo, že oběžná kola s kluzným uložením se navzájem držela na hřídeli na správném místě pomocí čel náboje. Čela však nebyla kolmá, což nutilo rotor se ohýbat, což způsobilo problémy s vysokými vibracemi.
Když byl rotor umístěn na válečky pro kontrolu házivosti, TIR (total indikátor házení) se zdálo být v rámci tolerance. Hřídel by se však ohnul kvůli tomu, že čela nejsou přesně kolmá k otvoru, jakmile čerpadlo běží a na oběžná kola působí hydraulické síly. Problém bylo obtížné odhalit bez napodobování hydraulické síly.
Servisní středisko přepočítalo a opracovalo krycí plochy, aby vytvořilo umělé prověšení krytu, které dokonale kopíruje přirozené prověšení rotoru.
Přepočítané offsety pro kryty umožnily použití užších vůlí mezi vyvažovacím pouzdrem a vyvažovacím pouzdrem, čímž se snížil průtok vyvažovacím vedením. Tlak v rovnovážném potrubí byl v průměru snížen o asi 30 liber na čtvereční palec (psig), což také prodloužilo MTBR.
Výzvy
Zpočátku elektrárna váhala s úpravou původního návrhu čerpadla a provedením technické modernizace, což pro servisní středisko znamenalo výzvu k úplnému vyřešení problému a potenciálního poškození hřídele. Během jednání o modernizaci nečekaně selhal další z napájecích jednotek kotle se zlomenou hřídelí. Jak servisní středisko předpokládalo, tato další porucha posloužila k potvrzení daného problému a zdůraznila naléhavou potřebu konstrukční úpravy.
Testování výkonu pro ověření
Elektrárny používají rovnovážný tlak v potrubí jako hlavní referenční bod při stanovení základní linie pro celkový stav čerpadla BB4. Tlak ve vyvažovacím potrubí se zvýší spolu s většími vnitřními vůlemi kritického uložení, tolerancí a dalšími polehčujícími faktory, které lze snadno při montáži přehlédnout. Proto je testování výkonu, které přesně kopíruje skutečné podmínky čerpadla v provozu, kritickým krokem v procesu opravy.
Po opravě bylo čerpadlo odesláno do zkušební laboratoře čerpadel v Chicagu s certifikací Hydraulic Institute. Zde prošla čerpadla standardními testovacími protokoly pro měření vibrací, tlaku a průtoku. Pro spolehlivost je nejdůležitějším shromážděným datovým bodem vyrovnávací tlak v potrubí, což je jedinečná funkce při testování segmentových prstencových čerpadel. S technickou podporou testovací laboratoře bylo servisní středisko schopno navrhnout a nastavit testovací postup, který přesně napodoboval provozní podmínky instalovaného čerpadla.
Zpět ve službě
Po dokončení opravy a testování a instalaci čerpadel obdrželo servisní středisko řadu identických čerpadel se segmentovou prstencovou sekcí z několika elektráren se stejnými problémy. S využitím poznatků z předchozích rekonstrukcí bylo servisní středisko schopno provést řadu podobných oprav u těchto přídavných napájecích čerpadel kotlů v urychleném časovém horizontu.
Dnes byla všechna čerpadla se segmentovými prstencovými sekcemi uvedena zpět do provozu a fungují správně bez problémů se spolehlivostí.
Servisní středisko použilo k provedení těchto oprav důkladný proces kontroly, rozsáhlé postupy kontroly procesu a přísná kritéria přijatelnosti.