Анализ и инженерные обновления позволяют устранить неисправность насоса кольцевой секции

На крупной электростанции в США возникли проблемы с высокой вибрацией и рециркуляцией в нескольких питательных насосах котла кольцевой секции (BB4), что привело к многочисленным катастрофическим отказам и незапланированным простоям. В этом тематическом исследовании подробно описан один из насосов, который был отправлен в центр послепродажного обслуживания насосов для полного анализа, устранения неполадок, составления плана ремонта, восстановления и тестирования производительности.

Электростанции с комбинированным циклом – это «новинки» энергетической отрасли. Электростанции с комбинированным циклом, предназначенные для объединения как газовых, так и паровых турбин, могут производить до 50 процентов больше электроэнергии при том же расходе топлива, что и электростанции простого цикла. Современные электростанции с комбинированным циклом также могут быстро реагировать на потребности энергосистемы, начиная производить энергию менее чем за 10 минут и работать на полную мощность менее чем за 60 минут. Это обеспечивает эффективное дополнение к прерывистой возобновляемой технологии.

Поскольку спрос на электроэнергию изменился и электростанции с комбинированным циклом начали заменять традиционные электростанции, работающие на ископаемом топливе и тепловые электростанции, тип используемых насосов также изменился. На электростанциях, работающих на ископаемом топливе, часто используются надежные и долговечные бочковые насосы. Эти насосы работают в течение длительных и непрерывных периодов времени, и станции обычно оснащены двумя насосами с 100-процентной установкой или тремя 50-процентными установленными насосами на единицу.

На заводах с комбинированным циклом спрос на надежные, но дорогие бочковые насосы снизился, поскольку отрасль перешла на менее дорогие насосы с сегментными кольцами. В связи с недавними изменениями в энергетической отрасли операторы часто сталкиваются с сокращением среднего времени между ремонтами (MTBR), внутренним износом и высокой вибрацией вновь установленных агрегатов.

Фон После того, как на электростанции возникли многочисленные проблемы с производительностью и надежностью питательных насосов котлов, владелец станции решил провести комплексный анализ первопричин и план ремонта в центре послепродажного обслуживания насосов в Лос-Анджелесе, Калифорния. Расследование в конечном итоге выявило ряд основных проблем, связанных с проблемами производительности и неожиданными отказами насосов.

Выводы, инженерные решения и рекомендации Во время первоначального осмотра и анализа первого агрегата было отмечено, что уравновешивающая втулка имела коническую посадку по отношению к валу. Этот тип конструкции встречается редко, поскольку для установки или снятия уравновешивающей втулки с вала требуется высокое давление и специальный инструмент. Это также является серьезной проблемой безопасности.

Кроме того, возле точки текучести на валу была установлена ​​балансировочная втулка с конической посадкой. Высокое давление и коническая посадка привели к нежелательной посадке на вал, создав зоны концентрации высоких напряжений. Внешний диаметр не соответствовал валу, что приводило к неравномерному периферийному давлению или силе вокруг уравновешивающей втулки. В свою очередь, это создало ситуацию, при которой вал мог погнуться. Обратная сила, или изгибающий момент, увеличивается 3550 раз в минуту, вызывая значительные изгибающие моменты у основания уравновешивающей втулки, что в конечном итоге приводит к утомлению вала насоса.

Было предложено изменить конструкцию уравновешивающей втулки, сделав ее прямой посадкой и удлинив ее, чтобы уменьшить осевой зазор между рабочим колесом последней ступени и уравновешивающей втулкой (Изображение 1). Это предотвращает «расцепление» компенсационного кольца, что приводит к дестабилизации ротора.

Явление, когда крыльчатки прыгают вперед, а затем возвращаются в исходное положение, все еще существует, но из-за уменьшенного зазора крыльчатка не может ограничивать поток в балансировочное устройство.

В сервисном центре выяснилось, что первоначальная конструкция насоса требовала сборки по схеме «лицевая сторона» с использованием противовращательных штифтов. Поскольку в оригинальной конструкции диффузор последней ступени насоса не имел штифта, крышку приходилось «сжимать» диффузор, чтобы предотвратить вращение. Зазор, возникший в результате такой конструкции, привел к преждевременному выходу из строя уплотнительного кольца, а также ограничил способность выдерживать давление. Для повышения надежности насоса и способности выдерживать давление соединения последней ступени торцы диффузора были прецизионно отшлифованы. За счет ужесточения допусков на штабелирование также улучшается способность выдерживать давление соединения последней ступени.