علل اولیه، روش های تشخیصی و اقدامات پیشگیرانه برای شکستن شفت در پمپ های گریز از مرکز چند مرحله ای

شفت پمپ یک جزء حیاتی در پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای است. این نیرو را از راننده به پروانه ها منتقل می کند و تراز مجموعه دوار را حفظ می کند. هنگامی که شفت می شکند، پمپ ممکن است بلافاصله متوقف شود و آسیب ثانویه می تواند بر پروانه ها، یاتاقان ها، آب بندی ها، کوپلینگ و سایر اجزای داخلی تأثیر بگذارد.

تعویض شفت شکسته ممکن است تجهیزات را به طور موقت بازیابی کند، اما لزوماً مشکل اساسی را حل نمی کند. اگر بارهای بیش از حد، ناهماهنگی، ارتعاش یا مشکلات عملیاتی باقی بماند، شفت جایگزین ممکن است دوباره خراب شود.

درک علل رایج خرابی شفت پمپ چند مرحله ای، شناسایی شواهد به جا مانده از خرابی و اجرای اقدامات پیشگیرانه مناسب برای عملکرد قابل اعتماد ضروری است.

 

 

1. علل رایج خرابی شفت پمپ چند مرحله ای

1.1 رانش محوری بیش از حد

پمپ های گریز از مرکز چند مرحله ای از پروانه های متعدد برای تولید هد بالا استفاده می کنند. بسته به طراحی هیدرولیک، پروانه ها می توانند رانش محوری تولید کنند که باید توسط یک آرایش متعادل کننده مناسب و سیستم تحمل فشار مدیریت شود.

اگر رانش محوری از حد طراحی فراتر رود، بار حاصل می‌تواند به یاتاقان‌های رانش و سایر اجزای دوار آسیب برساند. در موارد شدید یا طولانی‌مدت، حرکت محوری غیرعادی و تنش‌های مکانیکی مربوطه ممکن است به شکست شفت کمک کند.

علل بالقوه عبارتند از:

ساییدگی یا آسیب به دیسک تعادل، درام تعادل، یا سایر اجزای تراست متعادل کننده، در صورت نصب.

گذرگاه های تعادل در طرح هایی که از آنها استفاده می کنند مسدود یا محدود شده است.

فاصله های نادرست یا مونتاژ نادرست اجزای متعادل کننده.

عملکرد خارج از محدوده کاری مورد نظر پمپ.

آرایش بالانس بر اساس طراحی پمپ متفاوت است. برخی از پمپ های چند مرحله ای از دیسک تعادل یا درام تعادل استفاده می کنند، در حالی که برخی دیگر از ترتیبات هیدرولیکی متفاوتی استفاده می کنند. بازرسی و نگهداری باید از الزامات مدل پمپ خاص پیروی کند.

1.2 عدم هماهنگی بین پمپ و درایور

تراز ضعیف بین شفت پمپ و موتور یا محور موتور می تواند بارهای اضافی را به کوپلینگ، یاتاقان ها و مجموعه دوار وارد کند.

ناهماهنگی ممکن است ناشی از نصب نادرست، حرکت فونداسیون، انبساط حرارتی، شل شدن پیچ و مهره های نصب شده یا فشار لوله بر روی بدنه پمپ باشد.

علائم هشدار دهنده معمولی عبارتند از:

لرزش غیر عادی در حین کار

افزایش دمای بلبرینگ.

پوشیدن کوپلینگ غیرمعمول

نشت آب بندی مکرر یا خرابی زودرس بلبرینگ.

برای پمپ های چند مرحله ای با مجموعه های چرخشی نسبتا طولانی، تراز و پشتیبانی روتور اهمیت ویژه ای دارد. هم ترازی باید با توجه به تلورانس های سازنده بررسی شود و رشد حرارتی در صورت لزوم در نظر گرفته شود.

1.3 کاویتاسیون و شرایط مکش ناکافی

کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که فشار مایع موضعی به زیر فشار بخار مایع می رسد و حباب های بخار تولید می کند که متعاقباً با افزایش فشار فرو می ریزند.

کاویتاسیون می تواند باعث آسیب سطح پروانه، ناپایداری هیدرولیکی، صدا و افزایش لرزش شود. عملیات شدید یا طولانی مدت در شرایط مکش ناپایدار می تواند به آسیب مکانیکی و خستگی کمک کند، اگرچه کاویتاسیون به تنهایی به معنای شکستن شفت نیست.

عوامل موثر مشترک عبارتند از:

صافی مکش مسدود شده یا مقاومت بیش از حد خط مکش.

سر مکش خالص مثبت (NPSHa) کافی نیست.

دمای مایع بالا یا فشار مکش نامطلوب.

نصب نادرست یا نقطه عملیاتی نامناسب.

ورود هوا به خط مکش در کاربردهایی که این امکان وجود دارد.

تأیید شرایط مکش و بررسی آسیب کاویتاسیون می تواند به تشخیص مشکلات هیدرولیک از خطاهای صرفاً مکانیکی کمک کند.

1.4 ارتعاش بیش از حد و عدم تعادل روتور

روتور پمپ چند مرحله ای از اجزایی مانند شفت، پروانه ها، آستین ها و سایر قطعات وابسته به مدل تشکیل شده است. سایش ناهموار، رسوبات، قطعات آسیب دیده یا مونتاژ نادرست می تواند باعث عدم تعادل شود.

هنگامی که روتور می چرخد، عدم تعادل نیروهای دوره ای ایجاد می کند. اگر ارتعاش ادامه یابد، تنش‌های چرخه‌ای ممکن است به شروع و انتشار ترک خستگی، به‌ویژه در غلظت‌های تنش هندسی کمک کنند.

علل بالقوه عبارتند از:

پروانه‌های آسیب‌دیده، فرسوده یا ناهموار.

خم شدن شفت یا مونتاژ نادرست روتور.

یاتاقان های فرسوده یا فاصله بیش از حد یاتاقان.

شل شدن پیچ های پایه یا تکیه گاه ساختاری ناکافی.

عملکرد در نزدیکی شرایط سرعت یا ارتعاش نامطلوب.

ارتعاش باید همراه با شرایط عملیاتی، دمای بلبرینگ و تاریخچه تعمیرات اخیر ارزیابی شود تا اینکه به عنوان یک علامت مجزا در نظر گرفته شود.

1.5 عیوب مواد، ساخت یا سطح شفت

خرابی شفت همچنین می تواند ناشی از نقص در مواد یا فرآیند ساخت باشد.

به عنوان مثال می توان به ناپیوستگی مواد، عملیات حرارتی نامناسب، آسیب ماشینکاری، عیوب سطحی و غلظت تنش موضعی اشاره کرد. ویژگی‌هایی مانند راه‌های کلید، شانه‌ها، انتقال قطر و رزوه‌ها ممکن است به توجه خاصی نیاز داشته باشند زیرا هندسه آنها می‌تواند تنش موضعی را افزایش دهد.

مناسب بودن مواد به مایع پمپاژ شده، دما، بارهای مکانیکی و محیط عملیاتی نیز بستگی دارد.

بنابراین یک شفت شکسته باید از نظر آسیب های مربوط به سرویس و مشکلات احتمالی ساخت یا مواد بازرسی شود. در مواردی که مکانیسم شکستگی نامشخص است، ممکن است قبل از انتساب مسئولیت به یک علت خاص، معاینه متالورژیکی لازم باشد.

1.6 عملکرد نادرست و تعمیر و نگهداری ناکافی

شیوه های عملیاتی می تواند سایش را تسریع کند و بارهای مکانیکی را افزایش دهد. شروع و توقف مکرر، عملکرد طولانی مدت خارج از محدوده توصیه شده، روغن کاری ناکافی، و پاسخ تاخیری به لرزش غیرعادی، همگی می توانند خطر آسیب ثانویه را افزایش دهند.

شکست مکرر شفت باید باعث بررسی تاریخچه عملکرد پمپ، سوابق تعمیر و نگهداری و شرایط واقعی کار شود. نصب صرف یک قطعه جایگزین بدون توجه به این عوامل ممکن است منجر به خاموش شدن دیگری شود.

 

2. چگونه می توان شفت پمپ شکسته را تشخیص داد

یک تشخیص قابل اعتماد، بازرسی شکستگی، بررسی قطعات، داده های عملیاتی و تاریخچه نگهداری را ترکیب می کند. هیچ علامت بصری واحدی نمی تواند به طور قطعی علت خرابی هر شفت را مشخص کند.

قبل از بازرسی، پمپ و درایور را ایزوله کنید، منابع انرژی را مطابق با رویه های سایت جدا کنید یا به شکل دیگری ایمن کنید و تأیید کنید که تجهیزات نمی توانند به طور غیرمنتظره شروع به کار کنند. قبل از جداسازی، الزامات ایمنی قابل اجرا را دنبال کنید.

مرحله 1: سطح شکستگی را بررسی کنید

سطح شکستگی ممکن است سرنخ هایی در مورد چگونگی شکست شفت ارائه دهد.

حالت شکست احتمالی	شواهد بالقوه	چه چیزی را بررسی کنیم
شکست خستگی	ویژگی‌های رشد پیشرونده ترک یا ناحیه مشخصی که در آن شکستگی نهایی رخ داده است	خمش مکرر، بارگذاری محوری، ارتعاش و غلظت تنش
اضافه بار ناگهانی	ویژگی های شکستگی مطابق با یک رویداد اضافه بار سریع است	تشنج روتور، گشتاور بیش از حد، تغییرات بار ناگهانی، یا گرفتگی مکانیکی
شکست خوردگی یا خستگی ناشی از خوردگی	خوردگی، سوراخ شدن، یا خرابی موضعی سطح	سازگاری سیال، شرایط خوردگی، اقدامات حفاظتی، و بارگذاری سیکلی
نقص مواد یا ساخت	ادغام های احتمالی، ناپیوستگی ها یا سایر ناهنجاری های مادی	گواهی مواد، سوابق ساخت و بررسی آزمایشگاهی

اینها شاخص های اولیه هستند، نه تشخیص های قطعی. ظاهر شکست به مواد، شرایط بارگذاری و مکانیسم شکست بستگی دارد. تمیز کردن یا جابجایی نادرست شکستگی نیز ممکن است شواهد مفید را از بین ببرد.

مرحله 2: مجموعه دوار را بررسی کنید

پس از بازرسی اولیه شکستگی، اجزای مرتبط را از نظر آسیب ثانویه بررسی کنید.

بسته به طراحی پمپ، بررسی ها ممکن است شامل موارد زیر باشد:

راستی شفت، ابعاد و وضعیت سطح.

وضعیت پروانه، تناسب، و علائم سایش ناهموار.

وضعیت بلبرینگ، فاصله ها و روانکاری.

سوابق شرایط جفت و تراز.

دیسک تعادل، درام تعادل، معابر تعادل، یا سایر اجزای مدیریت رانش در صورت نصب.

آستین ها، مهر و موم ها و سایر قطعاتی که ممکن است در حین خرابی تماس گرفته یا آسیب دیده باشند.

اندازه گیری ها باید با مشخصات سازنده مقایسه شود. استفاده مجدد از قطعات آسیب دیده یا نامناسب ابعادی می تواند بارهای اضافی را به مجموعه جایگزین وارد کند.

مرحله 3: سوابق عملیاتی و نگهداری را بررسی کنید

تحقیقات همچنین باید مشخص کند که قبل از شکست چه اتفاقی افتاده است.

اطلاعات مفید شامل جریان و هد عملیاتی، فشار مکش و تخلیه، روند ارتعاش، دمای بلبرینگ، فرکانس شروع توقف، تعمیر و نگهداری اخیر و هرگونه تغییر در سیستم فرآیند است.

به عنوان مثال، اگر ارتعاش به تدریج طی چند هفته افزایش یابد، بررسی ممکن است بر روی ایجاد آسیب مکانیکی یا تغییر در شرایط هیدرولیک متمرکز شود. اگر پمپ به دنبال انسداد روتور ناگهان متوقف شود، یک رویداد مربوط به اضافه بار ممکن است مستحق بررسی دقیق‌تر باشد.

هدف این است که به جای تکیه بر فرضیات مبتنی بر سطح شکستگی، یک علت ریشه ای پشتیبانی شده را شناسایی کنیم.

 

3. اقدامات عملی برای جلوگیری از خرابی شفت

تراز صحیح شفت و کوپلینگ را حفظ کنید

تراز بودن را در حین نصب و پس از تعمیرات اساسی بررسی کنید. حرکت حرارتی را در صورت لزوم در نظر بگیرید و از قرار دادن لوله های مکش یا تخلیه نادرست در موقعیت خود اجتناب کنید.

فونداسیون، پیچ‌های نصب، کوپلینگ و تکیه‌گاه‌های لوله را بررسی کنید تا مطمئن شوید که بارهای خارجی بیش از حد وارد نمی‌کنند.

اجزای مدیریت محوری را بازرسی کنید

برنامه تعمیر و نگهداری را برای آرایش تعادلی خاص پمپ دنبال کنید. فاصله های اجزای قابل اجرا، سطوح سایش، معابر تعادل و یاتاقان های رانش را بررسی کنید.

به جای تعویض مکرر قطعات آسیب دیده بدون تعیین علت، حرکت غیرعادی محوری یا آسیب مکرر یاتاقان رانش را بررسی کنید.

شرایط مکش کافی را حفظ کنید

مسیرهای مکش و صافی ها را تمیز نگه دارید، موقعیت سوپاپ را بررسی کنید و بررسی کنید که آیا NPSH موجود برای شرایط کار کافی است یا خیر.

برای علائم کاویتاسیون، ورود هوا و جریان ناپایدار نظارت کنید. اگر شرایط فرآیند تغییر کرد، مجدداً ارزیابی کنید که آیا پمپ برای کار مورد نیاز مناسب است یا خیر.

مانیتور لرزش و وضعیت بلبرینگ

خوانش های عملیاتی معمولی را در جایی که عملی و ردیابی تغییرات در طول زمان است، ایجاد کنید. افزایش لرزش، سر و صدای غیر معمول، افزایش دمای یاتاقان یا نشت مکرر آب بندی را بررسی کنید.

نظارت بر لرزش می تواند به شناسایی عیوب در حال توسعه قبل از ایجاد آسیب ثانویه گسترده کمک کند. محدودیت ها و مکان های اندازه گیری مناسب باید بر اساس الزامات تجهیزات و استانداردهای قابل اجرا باشد.

در محدوده توصیه شده عمل کنید

شرایط عملیاتی واقعی را با منحنی پمپ سازنده و توصیه های عملیاتی مقایسه کنید. از کارکرد طولانی مدت در دبی یا بارهای نامناسب اجتناب کنید.

از روش های شروع و توقف مناسب استفاده کنید، روغن کاری کافی را حفظ کنید، و سفرهای مکرر یا تغییرات ناگهانی در شرایط عملیاتی را بررسی کنید.

از قطعات جایگزین مناسب استفاده کنید و سوابق بازرسی را نگه دارید

شفت های جایگزین و اجزای مرتبط باید با ابعاد، مشخصات مواد و پیکربندی پمپ مطابقت داشته باشند.

اندازه گیری شفت، فاصله اجزای متعادل کننده، وضعیت یاتاقان، نتایج تراز، خوانش ارتعاش، و یافته های هر بررسی خرابی بزرگ را ثبت کنید. این سوابق به شناسایی مشکلات مکرر کمک می کند و از تصمیمات نگهداری آگاهانه تری پشتیبانی می کند.

 

4. چرا طراحی پمپ و کیفیت ساخت مهم است

جلوگیری از شکست شفت به چیزی بیش از انتخاب یک ماده شفت مستحکم نیاز دارد. عملکرد قابل اعتماد به تعامل بین طراحی هیدرولیک، هندسه روتور، مواد اجزاء سازنده، دقت ساخت، کیفیت مونتاژ و شرایط عملیاتی بستگی دارد.

برای پمپ‌های گریز از مرکز چند مرحله‌ای، شفت و اجزای دوار مرتبط باید برای دبی مورد نظر، هد، سرعت، خواص سیال و سیکل کار مناسب باشند. ترتیبات تعادل و سیستم های بلبرینگ نیز باید برای طراحی خاص مناسب باشند.

 

خرابی شفت پمپ چند مرحله ای می تواند ناشی از رانش محوری بیش از حد، ناهماهنگی، ناپایداری مرتبط با حفره، لرزش پایدار، نقص مواد، یا بهره برداری و نگهداری نامناسب باشد. در بسیاری از موارد، بیش از یک عامل در شکست نهایی نقش دارد.

موثرترین پاسخ، بازرسی شکستگی، بررسی اجزای مرتبط، بررسی سوابق عملیاتی و شناسایی علت اصلی قبل از نصب شفت جایگزین است.

بررسی های هم ترازی، نظارت بر ارتعاش، شرایط مکش کافی، نگهداری اجزای مدیریت رانش و عملکرد در محدوده توصیه شده می تواند به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان را بهبود بخشد و خطر خرابی های مکرر شفت را کاهش دهد.