What Causes Piston Gear Pump Shaft Breakage?

        بعد أن استخدم أحد مصنعي الأسقف مضخات تروس داخلية كبيرة لتزويد تدفق البيتومين لسنوات، واجه عدد من المضخات عدة أعطال في العمود. كانت حالات فشل العمود هذه نادرة في الماضي وتم لفت انتباه مورد المضخة إليها. تعمل هذه المضخات عادةً بمعدل 100 جالون في الدقيقة (gpm) مع ضغوط تفريغ أقل من 100 رطل لكل بوصة مربعة (psi). يستخدم النظام دائرة تسخين بالزيت الحراري للحفاظ على تدفق البيتومين عند درجة حرارة عالية خاصة لتقليل لزوجة المنتج إلى مستوى كافٍ لضمان التدفق السلس وتقليل تراكم تدفق البيتومين الصلب على الجدران.
       يتم تشغيل المضخات بواسطة محرك بقوة 30 حصانًا (hp) و1750 دورة في الدقيقة (rpm) وعلبة تروس تقلل سرعة المضخة إلى 100 دورة في الدقيقة عند تدفق المنتج بمعدل 100 جالون في الدقيقة.
       يتم استخدام هذه المضخات لنقل تدفق البيتومين من خزانات التخزين في مصنع التقطير إلى التطبيق النهائي لتدفق البيتومين على خط الإنتاج.
        تم استخدام نفس المضخات في هذا الموقع لأكثر من 20 عامًا. وكقاعدة عامة، تتمتع هذه المضخات بعمر خدمة أطول بكثير في مثل هذه الظروف، ولم يسبق أن حدث مثل هذا الفشل في الماضي. والجدير بالذكر أن الشركة استخدمت نسختين من نفس حجم المضخة لتطبيقين مختلفين. تعتبر إحداهما مضخة ناعمة لتطبيق تدفق الأسفلت، وتعتبر الأخرى مضخة تعبئة صلبة لملء الأسفلت. تحتوي المضخات الصلبة على دوارات وأعمدة فولاذية مقواة لتقليل التآكل الناتج عن المواد الكاشطة في الأسفلت المملوء.
        عندما لاحظ مورد المضخة المشكلة المتعلقة بالعمود المكسور، كان عدد المضخات المعطلة 6 مضخات في حوالي 12 شهرًا. يوجد 18 مضخة في المجموع في هذا التطبيق. على مدار السنوات القليلة الماضية، كان متوسط ​​عدد حالات فشل المضخات خلال نفس الفترة واحدًا. كان عمود بعض المضخات مكسورًا وانقطع اتصال العمود/الدوار، بينما كان العمود يدور داخل الدوار في مضخات أخرى وانقطع مسمار التثبيت الذي كان من المفترض أن يحمل الدوار والعمود سليمين.
        يوجد محور القص على مضخة صلبة، والعمود الدوار داخل الدوار موجود على مضخة ناعمة. تم تحليل العطل وتم تحديد النتائج التالية وحلها حسب التوجيهات.
        يقوم موردو المضخات ومصنعوها بتحليل المضخات ذات الأعمدة المكسورة أو الدوارة بعناية. تم إخضاع العمود وبرغي التثبيت لفحوصات الأبعاد والتحليل المعدني. كلاهما يتوافق مع متطلبات الشركة المصنعة. بعد حرق المضخة لإزالة الملعب الصلب المتبقي، أشار التآكل غير الطبيعي في المضخة إلى أن ضغط التفريغ المفرط أدى إلى انحراف العمود وتسبب في اصطدام الدوار بغلاف المضخة على جانب الشفط (انظر الشكلين 2 و3).
        توجد علامات تآكل على جانب الشفط من الغلاف حيث يتم ضغط الدوار على جدار الغلاف. كما يظهر جانب الشفط من لوحة الرأس علامات تآكل وينثني الدوار داخل الرأس. تشير علامات التآكل الأخرى على البطانات والتروس الخاملة والهلالية أيضًا إلى الضغط الزائد والانحناء والانحراف اللاحق للعمود. عندما يضغط الدوار على الجسم والرأس، يمكن أن يتسبب عزم الدوران المفرط في كسر العمود داخل الدوار أو دورانه، مما يؤدي إلى قص مسمار الضبط.
        وفقًا للشركة المصنعة، "تسبب الضغط الزائد اللاحق في انحناء العمود، مما تسبب بدوره في تآكل الجسم وتآكل الرأس وفي النهاية فشل مجموعة الدوار/العمود". ونتيجة للتحليل، أجرت الشركة المصنعة تغييرات على تصميم المضخات وتم إجراء تحليل للإجراءات الخاصة بتشغيل العمليات في المنشأة.
        يزعم مصنع المضخة أن الحد الأقصى لضغط التوصيل يبلغ 150 رطل/بوصة مربعة لهذه المضخة، ويرجع هذا جزئيًا إلى حجم العمود ونسبة الطول إلى القطر (L/D) اللاحقة للعمود. يمكن لأي ضغط أعلى من 150 رطل/بوصة مربعة أن يتسبب في انحناء العمود وانحرافه، كما هو موضح في كسر الجسم.
        وتعوض إجراءات التشغيل القياسية للوحدة عن الحد الأقصى المسموح به لضغط التفريغ وهو 150 رطل/بوصة مربعة، كما تم توخي الحذر للحفاظ على درجة حرارة ولزوجة التدفق البيتوميني بحيث لا يتجاوز ضغط التفريغ هذا الحد. وفي الواقع، وكما جمع فريق الصيانة في المنشأة لاحقًا معلومات حول العملية، نادرًا ما تجاوز الضغط 100 رطل/بوصة مربعة.
        ومع ذلك، يجب أيضًا النظر في ما إذا كانت تدابير توفير الطاقة قد تتسبب في تجاوز ضغط التفريغ للحد الأقصى المسموح به لضغط التفريغ للمضخة. أثناء إغلاق المصنع، مثل عطلات نهاية الأسبوع، يتم تقليل درجة حرارة تدفق البيتومين الذي تحافظ عليه دائرة تسخين الزيت الحراري لتوفير الطاقة. بعد التحقيق، تم تحديد أنه لا يمكن زيادة وقت بدء التشغيل اللازم لجلب البيتومين إلى درجة حرارة ولزوجة مقبولة للتعويض عن إغلاق عطلة نهاية الأسبوع الأكثر برودة. لذلك، بعد إغلاق عطلة نهاية الأسبوع، يمكن أن يكون الأسفلت باردًا جدًا ولزجًا جدًا عند بدء التشغيل، مع تجاوز ضغط تفريغ المضخة حد 150 رطل / بوصة مربعة. لم تكن هناك سجلات لدرجة الحرارة والضغط أثناء عمليات بدء التشغيل أو فشل المضخة، لذلك تم إجراء هذا الافتراض.
        مع وضع هذه العوامل في الاعتبار، اتخذت الشركة المصنعة خطوات لمعالجة مشكلة انحراف عمود المضخة بينما ركز فريق صيانة المنشأة على معالجة مشكلة إجراءات التشغيل القياسية. تتخذ كل مجموعة إجراءات للقضاء على المزيد من حالات فشل العمود.
        قام مصنع المضخة بتعديل تصميم المضخة لتشمل عمودًا أكبر. زاد قطر العمود بنسبة 40%.
        يساعد هذا العمود الأكثر سمكًا على تقليل انحراف العمود بنسبة 66%، مما يقلل من التآكل المبكر وفرصة فشل مجموعة الدوار/العمود. تعمل الأعمدة الأكبر على زيادة نسبة انحراف العمود L/D وزيادة الحد الأقصى لضغط التفريغ المسموح به إلى 200 رطل/بوصة مربعة.
        أصبح هذا التغيير في التصميم فيما بعد هو المعيار للمضخات بهذا الحجم في جميع المنتجات المستقبلية من الشركة المصنعة. لم يتغير قطر العمود على جانب محرك المضخة، لذا فإن معدات نقل الطاقة الحالية مثل البكرات والوصلات لا تزال قابلة للتطبيق على المضخة.
        يقوم موردو المضخات بوضع معدات مراقبة العمليات على مضخات تدفق البيتومين لقياس درجة حرارة دائرة العملية وضغط التفريغ وتيار المحرك. قام فريق صيانة الموقع بالتسجيل إلكترونيًا كل ثانيتين وأجرى مراقبة بصرية ثلاث مرات يوميًا لمدة ثلاثة أشهر.
        قام فريق صيانة المنشأة بمراجعة إجراءات التشغيل القياسية المتعلقة على وجه التحديد بإجراءات إيقاف التشغيل والتشغيل لحلقة درجة حرارة تدفق البيتومين. في البداية، تم إجراء التغييرات لمنع حدوث حالة بدء التشغيل البارد.
       من خلال تحليل أنماط تآكل المضخة لتحديد ما إذا كانت المضخة تعاني من ضغط زائد، تمكن الفريق من التركيز على سبب حدوث الضغط المرتفع وما هي الخطوات التي يمكن اتخاذها لمنع فشل العمود في المستقبل وتوقف التشغيل غير الضروري.
        قام فريق إدارة المصنع بدراسة درجة حرارة المنتج ولزوجته بعناية في ظل ظروف التشغيل، وأثناء فترة التوقف وأثناء بدء التشغيل. وقرروا أنه يمكن تعديل التغييرات في إجراءات التشغيل لمنع ظروف التشغيل الباردة التي قد تزيد من لزوجة تدفق البيتومين وتسبب ارتفاع الضغط. ويتفق مصنعو المضخات على أنه يمكن استخدام أعمدة أكبر في المضخات بهذا الحجم وأنه يمكن تحقيق انحراف أقل للعمود وضغوط أعلى. أصبح التصميم الآن عرضًا قياسيًا للمصنع.
       من خلال تحليل السبب الجذري للفشل، عمل فريق من صيانه المرافق ومصنعي المضخات وموردي المضخات على تقليل أعطال المضخات بسبب كسور العمود.