การวิเคราะห์และการอัพเกรดทางวิศวกรรมแก้ไขความล้มเหลวของปั๊มส่วนแหวน
โรงไฟฟ้ารายใหญ่แห่งหนึ่งในสหรัฐอเมริกาประสบปัญหาการสั่นสะเทือนและการหมุนเวียนสูงด้วยปั๊มป้อนหม้อไอน้ำแบบวงแหวนหลายส่วน (BB4) ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวร้ายแรงหลายครั้งและการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ กรณีศึกษานี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับปั๊มตัวใดตัวหนึ่งที่ถูกส่งไปยังศูนย์บริการปั๊มหลังการขายสำหรับการวิเคราะห์ การแก้ไขปัญหา แผนการซ่อมแซม การสร้างใหม่ และการทดสอบประสิทธิภาพอย่างเต็มรูปแบบ
โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมคือ "เด็กใหม่บนบล็อก" ของอุตสาหกรรมการผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ร่วมกันระหว่างกังหันก๊าซและไอน้ำ สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นถึง 50 เปอร์เซ็นต์โดยใช้เชื้อเพลิงเท่าๆ กับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบธรรมดา โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมสมัยใหม่ยังสามารถตอบสนองต่อความต้องการของโครงข่ายไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วด้วยความสามารถในการเริ่มผลิตพลังงานภายในเวลาไม่ถึง 10 นาที และทำงานเต็มประสิทธิภาพภายในเวลาไม่ถึง 60 นาที สิ่งนี้ช่วยเสริมประสิทธิภาพให้กับเทคโนโลยีหมุนเวียนที่ไม่ต่อเนื่อง
เนื่องจากความต้องการไฟฟ้าเปลี่ยนไปและโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมได้เริ่มแทนที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนและฟอสซิลแบบเดิม ประเภทของปั๊มที่ใช้ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน โรงไฟฟ้าฟอสซิลมักใช้ปั๊มแบบลำกล้องที่ทนทานและใช้งานได้ยาวนาน เครื่องสูบน้ำเหล่านี้ทำงานเป็นระยะเวลานานโดยไม่มีการหยุดชะงัก และโดยทั่วไปแล้วโรงงานจะได้รับการติดตั้งเครื่องสูบน้ำแบบติดตั้งที่ร้อยละ 100 สองเครื่องหรือร้อยละ 50 สามเครื่องต่อหน่วย
พื้นหลัง
หลังจากประสบปัญหาด้านประสิทธิภาพการทำงานของปั๊มป้อนหม้อไอน้ำและปัญหาความน่าเชื่อถือที่โรงไฟฟ้าหลายแห่ง เจ้าของโรงงานได้เลือกที่จะดำเนินการวิเคราะห์สาเหตุและแผนการซ่อมแซมที่ครอบคลุมกับศูนย์บริการปั๊มหลังการขายในลอสแองเจลิส แคลิฟอร์เนีย ในที่สุด การตรวจสอบพบว่ามีชุดของปัญหาพื้นฐานที่เชื่อมโยงกับปัญหาด้านประสิทธิภาพและความล้มเหลวของปั๊มที่ไม่คาดคิด
ผลการวิจัย โซลูชันทางวิศวกรรมและคำแนะนำ
ในระหว่างการตรวจสอบและวิเคราะห์เบื้องต้นของยูนิตแรก พบว่าปลอกบาลานซ์มีความพอดีแบบเทเปอร์ที่สัมพันธ์กับเพลา การออกแบบประเภทนี้ไม่ธรรมดาเพราะต้องใช้แรงดันสูงและเครื่องมือพิเศษในการติดตั้งหรือถอดปลอกบาลานซ์ออกจากเพลา นี่เป็นปัญหาด้านความปลอดภัยที่สำคัญเช่นกัน
นอกจากนี้ ปลอกหุ้มบาลานซ์ที่พอดีแบบเทเปอร์ถูกติดตั้งใกล้กับจุดครากบนก้าน แรงกดสูงและรูปทรงเทเปอร์ทำให้เกิดการพอดีกับก้านที่ไม่ต้องการ ทำให้เกิดพื้นที่ที่มีความเข้มข้นสูง เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกไม่วิ่งจริงกับเพลา ซึ่งส่งผลให้แรงดันรอบข้างหรือแรงรอบแขนสมดุลไม่เท่ากัน ในทางกลับกัน มันสร้างสถานการณ์ที่เพลาสามารถงอได้ แรงย้อนกลับหรือโมเมนต์ดัดจะเพิ่มขึ้น 3,550 ครั้งต่อนาที ทำให้เกิดโมเมนต์ดัดที่สำคัญที่โคนของปลอกบาลานซ์ ซึ่งทำให้เพลาปั๊มเมื่อยล้าในที่สุด
มีข้อเสนอให้ออกแบบปลอกบาลานซ์ใหม่โดยทำให้เป็นแบบตรง และทำให้ยาวขึ้นเพื่อลดช่องว่างตามแนวแกนระหว่างใบพัดขั้นสุดท้ายกับปลอกบาลานซ์ ซึ่งจะช่วยป้องกัน “การหลุด” ของวงแหวนสวม ซึ่งส่งผลให้โรเตอร์ไม่เสถียร
ปรากฏการณ์ที่ใบพัดกระโดดไปข้างหน้าแล้วกลับสู่ตำแหน่งเดิมยังคงมีอยู่ แต่เนื่องจากช่องว่างที่ลดลง ใบพัดไม่สามารถจำกัดการไหลไปยังอุปกรณ์สมดุล
ศูนย์บริการพบว่าการออกแบบดั้งเดิมของปั๊มจำเป็นต้องมีการประกอบโดยการกำหนดค่าแบบเห็นหน้าโดยใช้หมุดป้องกันการหมุน เนื่องจากดิฟฟิวเซอร์ขั้นสุดท้ายในปั๊มไม่มีพินในการออกแบบดั้งเดิม ฝาครอบจึงจำเป็นต้อง "บีบ" ดิฟฟิวเซอร์เพื่อป้องกันการหมุน ช่องว่างที่เกิดจากการออกแบบนี้ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวของโอริงก่อนกำหนดและยังจำกัดความสามารถในการรับแรงดัน เพื่อปรับปรุงทั้งความน่าเชื่อถือของปั๊มและความสามารถในการรับแรงดันของข้อต่อขั้นสุดท้าย ใบหน้าของดิฟฟิวเซอร์จึงถูกกราวด์ด้วยความแม่นยำ ความสามารถในการรับแรงกดของข้อต่อขั้นสุดท้ายจะดีขึ้นด้วยการเพิ่มความคลาดเคลื่อนในการเรียงซ้อนให้แน่น
การค้นพบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือใบพัดแบบพอดีตัวจับกันบนเพลาในตำแหน่งที่เหมาะสมโดยใช้หน้าดุมล้อ อย่างไรก็ตาม ใบหน้าไม่ได้ตั้งฉาก ซึ่งบังคับให้โรเตอร์งอ ทำให้เกิดปัญหาการสั่นสะเทือนสูง
เมื่อวางโรเตอร์ไว้บนลูกกลิ้งเพื่อตรวจสอบการหมุนหนีศูนย์ TIR (การส่ายของตัวบ่งชี้ทั้งหมด) ดูเหมือนจะอยู่ภายในพิกัดความเผื่อ อย่างไรก็ตาม เพลาจะโค้งงอเนื่องจากผิวหน้าไม่ตั้งฉากกับรูเจาะอย่างแม่นยำเมื่อปั๊มทำงานและใช้แรงไฮดรอลิกกับใบพัด ปัญหานี้ท้าทายในการตรวจจับโดยไม่เลียนแบบแรงไฮดรอลิก
ศูนย์บริการคำนวณใหม่และปรับแต่งหน้าปกเพื่อผลิตย้อยของฝาครอบเทียมที่ตามรอยย้อยของโรเตอร์ตามธรรมชาติอย่างสมบูรณ์แบบ
ค่าออฟเซ็ตที่คำนวณใหม่สำหรับฝาปิดทำให้สามารถใช้ระยะห่างระหว่างปลอกบาลานซ์และบุชบาลานซ์ที่แน่นขึ้น ดังนั้นจึงช่วยลดการไหลผ่านแนวสมดุล ความดันเส้นสมดุลโดยเฉลี่ยลดลงประมาณ 30 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psig) ซึ่งช่วยขยาย MTBR ด้วย
ความท้าทาย
ในขั้นต้น โรงไฟฟ้าลังเลที่จะปรับเปลี่ยนการออกแบบเดิมของปั๊มและทำการอัพเกรดทางวิศวกรรม ซึ่งสร้างความท้าทายให้กับศูนย์บริการในการแก้ไขปัญหาอย่างเต็มที่และอาจทำให้เพลาแตกหักได้ ในระหว่างการเจรจาอัพเกรด หน่วยป้อนหม้อไอน้ำอีกแห่งหนึ่งของโรงงานล้มเหลวโดยไม่คาดคิดเนื่องจากเพลาหัก ตามที่ศูนย์บริการคาดการณ์ไว้ ความล้มเหลวเพิ่มเติมนี้เป็นการยืนยันปัญหาในมือและเน้นถึงความจำเป็นเร่งด่วนในการปรับเปลี่ยนการออกแบบ
การทดสอบประสิทธิภาพสำหรับการตรวจสอบความถูกต้อง
โรงไฟฟ้าใช้แรงดันเส้นสมดุลเป็นจุดอ้างอิงหลักในการสร้างพื้นฐานสำหรับสุขภาพโดยรวมของปั๊ม BB4 แรงดันในแนวสมดุลจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับระยะห่างภายในที่มากขึ้นของความพอดีที่สำคัญ ความคลาดเคลื่อน และปัจจัยบรรเทาอื่นๆ ที่อาจพลาดไปได้ง่ายระหว่างการประกอบ ดังนั้น การทดสอบประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกับสภาพจริงของปั๊มที่ให้บริการอย่างใกล้ชิดจึงเป็นขั้นตอนที่สำคัญในกระบวนการซ่อมแซม
หลังการซ่อมแซม เครื่องสูบน้ำจะถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการทดสอบเครื่องสูบน้ำที่ได้รับการรับรองจากสถาบันไฮดรอลิกในชิคาโก ที่นี่ เครื่องสูบน้ำได้ผ่านโปรโตคอลการทดสอบมาตรฐานเพื่อวัดการสั่นสะเทือน แรงดัน และการไหล เพื่อความน่าเชื่อถือ จุดข้อมูลที่สำคัญที่สุดที่รวบรวมได้คือแรงดันในแนวสมดุล ซึ่งเป็นคุณลักษณะเฉพาะในการทดสอบปั๊มวงแหวนแบบแบ่งส่วน ด้วยการสนับสนุนด้านวิศวกรรมของห้องปฏิบัติการทดสอบ ศูนย์บริการสามารถออกแบบและตั้งค่าขั้นตอนการทดสอบที่เลียนแบบสภาพภาคสนามของปั๊มที่ติดตั้งไว้อย่างใกล้ชิด
กลับมาใช้บริการ
เมื่อการซ่อมแซมและทดสอบเสร็จสิ้น และติดตั้งปั๊มแล้ว ศูนย์บริการได้รับปั๊มส่วนวงแหวนที่เหมือนกันจำนวนหนึ่งจากโรงไฟฟ้าหลายแห่งที่มีปัญหาเดียวกัน การใช้ความรู้จากการสร้างใหม่ครั้งก่อน ศูนย์บริการสามารถดำเนินการซ่อมแซมชุดที่คล้ายกันสำหรับปั๊มป้อนหม้อไอน้ำเพิ่มเติมเหล่านี้ได้ในกรอบเวลาที่รวดเร็ว
ทุกวันนี้ ปั๊มส่วนวงแหวนแบบแบ่งส่วนทั้งหมดได้กลับมาให้บริการแล้วและทำงานได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ
ศูนย์บริการใช้กระบวนการตรวจสอบอย่างละเอียด ขั้นตอนการควบคุมกระบวนการที่กว้างขวาง และเกณฑ์การยอมรับที่เข้มงวดเพื่อทำการซ่อมแซมเหล่านี้ให้สำเร็จ