Najczęstsze przyczyny wibracji pomp szlamowych

Według odpowiednich statystyk, nadmierne drgania pomp szlamowych są główną przyczyną innych awarii. Jednocześnie awarie urządzeń bezpośrednio nasilają drgania pomp, tworząc błędne koło, które poważnie wpływa na ich bezpieczną eksploatację. Prowadzi to do wzrostu kosztów konserwacji i strat produkcyjnych spowodowanych przestojami urządzeń.

I. Analiza przyczyn drgań pomp szlamowych

1. Błąd niewyważenia masy wirnika
Siła odśrodkowa generowana przez niewyważenie masy wirnika stale oddziałuje na pompę szlamową . Podczas produkcji komponenty przechodzą kontrolę i regulację, a wirnik poddawany jest specjalnym testom wyważania statycznego/dynamicznego oraz wierceniu/frezowaniu w celu korekcji. Obszary niewyważenia są obrabiane mechanicznie, co zapewnia względnie optymalny stan wyważenia masy. W rezultacie pompa pracuje stabilnie przy minimalnych wibracjach. Jednak po dłuższej eksploatacji czynniki takie jak zużycie wirnika i osadzanie się kamienia kotłowego z osadu zaburzają ogólny bilans masy, prowadząc do nierównomiernego obciążenia lub „obciążenia mimośrodowego” wirnika. Cięższa strona tego niewyważonego wirnika jest poddawana działaniu zwiększonej siły odśrodkowej, szczególnie przy wysokich prędkościach obrotowych, co powoduje znaczne niewyważenie sił obrotowych. Pomiary zazwyczaj pokazują, że amplituda drgań wzrasta stopniowo od strony silnika w kierunku strony pompy.

2. Błąd wibracji wywołany przez sprzęgło
Drgania wywołane przez sprzęgło są stosunkowo powszechne w pompach szlamowych, szczególnie w przypadku sprzęgieł sztywnych. Drgania silnika i pompy mogą rezonować przez sprzęgło, wzmacniając drgania ogólne. Nawet w przypadku powszechnie stosowanych sprzęgieł elastycznych typu sworzniowego, awaria sworzni/pierścieni gumowych, uniemożliwiająca kompensację ruchu osiowego, może powodować intensywne, krótkotrwałe drgania. Chociaż usterki sprzęgieł przyczyniają się do drgań pompy, są one zazwyczaj mniej dotkliwe niż te spowodowane problemami z wirnikiem. Sprzęgła są również poddawane wyważaniu po wyprodukowaniu.

Wyrównanie sprzęgła, podobnie jak wyważanie wirnika, ma na celu minimalizację sił niezrównoważonych podczas obrotu. Jednak oprócz własnego wyważenia masy, montaż sprzęgła musi spełniać dwa warunki dla wyrównania par:

1. Współosiowość dwóch piast sprzęgających, tzn. ich zewnętrzne obwody pokrywają się.

2. Równoległość stykających się powierzchni sprzęgających (powierzchni końcowych), zapewniająca równoległość dwóch linii środkowych.
   Tylko spełnienie tych warunków pozwala na zapewnienie stabilnej pracy urządzeń i minimalnego zużycia elementów sprzęgających.

3. Wibracje spowodowane luźnymi śrubami mocującymi
Nawet sprawnie działający sprzęt doświadcza „mikrowibracji”. Z czasem powodują one poluzowanie się śrub w obudowie pompy, obudowie łożyska i płycie fundamentowej. Luźne śruby umożliwiają swobodniejszy ruch obudowy pompy, zwiększając wibracje. Jeśli śruby nie zostaną odpowiednio dokręcone, te zwiększone wibracje dodatkowo się poluzują i zużyją, tworząc błędne koło, które ostatecznie prowadzi do poważniejszych awarii pompy.

4. Usterki spowodowane zużyciem łożysk lub niewystarczającym smarowaniem
Żywotność łożysk jest bezpośrednio związana z warunkami pracy i smarowaniem. Wyciek smaru jest bardzo częstym problemem w pompach szlamowych. Uszczelnienia olejowe po obu stronach obudowy łożyska mogą ulec uszkodzeniu, prowadząc do uporczywego przesiąkania. Alternatywnie, zablokowane kanały olejowe z powodu zanieczyszczonego smaru mogą negatywnie wpływać na smarowanie łożysk. Niedostateczne smarowanie, niezależnie od stopnia zużycia łożyska, powoduje hałas i wibracje. Dzieje się tak, ponieważ brak filmu olejowego prowadzi do bezpośredniego kontaktu metal-metal między elementami tocznymi, co eliminuje zdolność tłumienia. Choć początkowo niewielkie, drgania te są bardzo szkodliwe. Ponadto, wiele obudów łożysk pomp szlamowych wykorzystuje uszczelnienia labiryntowe, które zapobiegają wyciekom oleju, ale nie blokują całkowicie przedostawania się zanieczyszczeń z zewnątrz do łożysk, co może powodować zużycie.

5. Usterki sprzętu spowodowane niestabilnymi warunkami zasilania
Pompy szlamowe często pracują w trudnych warunkach, często przy wysokich przepływach. Podczas transportu szlamu duże zanieczyszczenia mogą zakłócić lub nawet zablokować kanały wirnika, zakłócając podawanie. Niestabilne lub niewystarczające podawanie powoduje silną kawitację w spirali pompy. Zaburza to równowagę hydrauliczną wirnika, generując nie tylko drgania, ale również stwarzając poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa sprzętu.

II. Zagrożenia związane z wibracjami pomp szlamowych

1. Wpływ na żywotność podzespołów pompy
Statystyki wskazują, że usterki związane z wibracjami odpowiadają za około 74% awarii pomp szlamowych. Podczas pracy niewyważenie zwiększa obciążenia odśrodkowe łożysk. Wibracje przekraczające dopuszczalne granice przedwcześnie niszczą warstwę smaru na powierzchniach tocznych łożysk. Niedostateczne smarowanie i odprowadzanie ciepła prowadzą do podwyższonych temperatur łożysk, co przyspiesza awarię.

2. Uszkodzenie i nieszczelność uszczelnienia mechanicznego
Chociaż wpływ wibracji na uszczelnienia mechaniczne jest mniej wyraźny niż na łożyska, pozostaje ona główną przyczyną awarii uszczelnień. Wibracje uniemożliwiają stabilny kontakt między powierzchniami uszczelnienia, co może powodować początkowo niewielkie wycieki szlamu. Ponieważ pompy szlamowe często wykorzystują podwójne uszczelnienia mechaniczne, wibracje mogą również powodować przedostawanie się cząstek szlamu między powierzchnie cierne podczas pracy, co prowadzi do przedwczesnego uszkodzenia powierzchni uszczelnienia. Ponadto wibracje mogą powodować przedwczesne zużycie sprężyny naciskowej i nadmierne zużycie pierścieni uszczelniających typu O-ring, co prowadzi do wycieków.

3. Zużycie obudowy pompy i nieszczelność
Aby zwiększyć wydajność pompy odśrodkowej, luzy między elementami wewnętrznymi, takimi jak wirnik, przednie/tylne płyty cierne i korpus spiralny, są minimalizowane na etapie projektowania (mniejsze szczeliny zazwyczaj zapewniają wyższą wydajność w podobnych warunkach). Wibracje powodują osiowy ruch wału i bicie, co jest bardzo szkodliwe dla elementów wewnętrznych. Mogą również prowadzić do uderzeń lub zużycia między płytami ciernymi a wirnikiem. Takie uszkodzenia pogarszają wydajność pompy lub zmniejszają jej wydajność. Siły tarcia na elementach wewnętrznych spowodowane wibracjami mogą również powodować przecieki na powierzchniach styku.

4. Zwiększone zużycie energii na jednostkę urządzenia
Wibracje w pompach szlamowych powodują dodatkowe straty tarcia i nierównomierne siły odśrodkowe. To nie tylko zmniejsza stabilność pracy, ale także obniża wydajność pompy, zwiększając straty energii przy tej samej wydajności i prowadząc do wyższego zużycia energii.

5. Występowanie pęknięcia wału
Wał pompy przenosi obroty i utrzymuje wirnik w stabilnej pozycji. Niezrównoważone siły odśrodkowe wywołane wibracjami, działające na wirnik, narażają wał na nadmierne obciążenia. Długotrwała praca w takich warunkach prowadzi do zmęczenia metalu i ostatecznie do pęknięcia wału.

III. Zapobieganie i leczenie drgań pomp

Drgań pomp nie da się całkowicie wyeliminować, ale można je ograniczyć za pomocą skutecznych środków. Dla długotrwałej, stabilnej pracy pomp szlamowych kluczowy jest właściwy dobór i standaryzacja obsługi. Drgania to miecz obosieczny: mogą powodować poważne usterki, ale monitorowanie ich zmian pozwala również na wczesne wykrywanie i diagnozowanie pojawiających się problemów.

(1) Wybór: Warunki pracy i otoczenie pomp szlamowych są zazwyczaj trudne, co prowadzi do stosunkowo wysokiej awaryjności. Dlatego zaleca się wybór sprzętu o wyższych parametrach (zgodnych z wymaganiami technicznymi) oraz zapewnienie korzystnych warunków podawania.

(2) Działanie: Pompy odśrodkowe doświadczają kawitacji podczas pracy, która nasila się przy niewystarczającym dopływie, zwiększając wibracje. Krótkotrwałe wibracje spowodowane kawitacją są spowodowane nierównomiernym rozprowadzeniem cieczy w spirali. Ustabilizowanie dopływu lub regulacja zaworu wylotowego/prędkości pompy może skutecznie zmniejszyć wibracje. Jednak długotrwała kawitacja powoduje nierównomierne zużycie wirnika, co prowadzi do nieregulowanych wibracji.

(3) Smarowanie: Smarowanie obejmuje nie tylko poziom i ilość oleju, ale także jego lepkość. Niedostateczna lepkość środka smarnego może powodować drgania. Temperatura obudowy łożyska wzrasta podczas pracy, obniżając lepkość oleju. Dlatego podczas kontroli poziomu oleju należy upewnić się, że temperatura robocza mieści się w odpowiednim zakresie. Należy niezwłocznie zbadać przyczyny wzrostu temperatury, ponieważ przegrzanie również prowadzi do drgań łożysk i uszkodzeń spowodowanych niedostatecznym smarowaniem.

(4) Dokręcanie: Śruby mogą się poluzować pod wpływem „mikrowibracji”. Zastosowanie środka zabezpieczającego gwinty podczas ponownego montażu po konserwacji może zapobiec luzowaniu i uszkodzeniu gwintu. Środek można stopić pod wpływem ciepła w celu demontażu. Ta niewielka inwestycja jest niezbędna do ponownego montażu sprzętu.

(5) Stabilizacja zasilania: Stabilność zasilania zależy od wyboru i instalacji. Jednak podczas eksploatacji sedymentacja, osadzanie się kamienia lub blokowanie rurociągów przez duże cząstki stałe może ograniczyć przepływ poniżej wymagań pompy, co wymaga czyszczenia rurociągów i zaworów. W celu kontroli przepływu preferowane jest zmniejszenie prędkości (częstotliwości) pompy, a następnie regulacja zaworu wylotowego. Nie zaleca się regulacji zaworu wlotowego w celu kontroli przepływu.

IV. Wnioski

Awarie sprzętu często zaczynają się od subtelnych, nietypowych wibracji, które stopniowo narastają. Proces ten oferuje wiele aspektów do podsumowania i analizy. Nietypowe wibracje są zarówno symptomem usterki, jak i istotnym czynnikiem przyczyniającym się do jej eskalacji. Analiza nietypowych wibracji służy jako narzędzie diagnostyczne. Brak szybkiego reagowania na problemy ze sprzętem w oparciu o trendy wibracji tworzy błędne koło: silniejsze wibracje wskazują na większe prawdopodobieństwo wystąpienia usterek, a istniejące usterki z kolei nasilają wibracje.