What Causes Piston Gear Pump Shaft Breakage?

        След като производител на покриви използваше големи вътрешни зъбни помпи за доставяне на битуминозен флюс в продължение на години, редица помпи претърпяха няколко повреди на вала. Тези повреди на вала са били редки в миналото и са били доведени до знанието на доставчика на помпата. Тези помпи обикновено работят при 100 галона в минута (gpm) с изходно налягане под 100 паунда на квадратен инч (psi). Системата използва нагревателна верига с термично масло, за да поддържа битумния флюс при патентована висока температура, за да намали вискозитета на продукта до ниво, достатъчно за осигуряване на плавен поток и намаляване на натрупването на твърд битуминозен флюс по стените.
       Помпите се задвижват от двигател с мощност 30 конски сили (hp), 1750 оборота в минута (rpm) и скоростна кутия, която намалява скоростта на помпата до 100 rpm при 100 gpm поток на продукта.
       Тези помпи се използват за прехвърляне на битумния флюс от резервоарите за съхранение в дестилационната инсталация до крайното приложение на битумния флюс на производствената линия.
        Същите помпи се използват на този обект повече от 20 години. По правило тези помпи имат много по-дълъг експлоатационен живот при такива условия и подобна повреда никога не е била срещана в миналото. Трябва да се отбележи, че компанията използва две версии на помпа с един и същ размер за две различни приложения. Едната се счита за мека помпа за нанасяне на асфалтов флюс, а другата се счита за помпа за твърдо пълнене за асфалтово пълнене. Твърдите помпи имат закалени стоманени ротори и валове, за да намалят износването от абразиви в напълнения асфалт.
        Когато доставчикът на помпата забеляза проблема със счупения вал, броят на повредените помпи беше 6 за около 12 месеца. В това приложение има общо 18 помпи. През последните няколко години средният брой повреди на помпата за същия период е една. Някои помпи имаха счупен вал и връзката вал/ротор беше отрязана, докато при други валът се въртеше вътре в ротора и фиксиращият винт, който трябваше да държи непокътнати ротора и вала, беше отрязан.
        Оста на срязване е на твърда помпа, а валът, въртящ се вътре в ротора, е на мека помпа. Повредата беше анализирана и следните резултати бяха идентифицирани и решени според указанията.
        Доставчиците и производителите на помпи внимателно анализират помпи със счупени или въртящи се валове. Валът и фиксиращият винт бяха подложени на проверка на размерите и металургичен анализ. И двете отговарят на изискванията на производителя. След като помпата беше изгорена, за да се отстрани остатъчната втвърдена смола, необичайното износване на помпата показа, че прекомерното изпускателно налягане е отклонило вала и е причинило блъскането на ротора в корпуса на помпата от страната на засмукване (вижте фигури 2 и 3).
        Има признаци на износване на смукателната страна на корпуса, където роторът е притиснат към стената на корпуса. Всмукателната страна на плочата на главата също показва признаци на износване и роторът се огъва в главата. Други признаци на износване на втулки, ленти и полумесеци също сочат свръхналягане и последващо огъване и деформация на вала. Когато роторът притиска тялото и главата, прекомерният въртящ момент може да доведе до счупване или завъртане на вала вътре в ротора, отрязвайки фиксиращия винт.
        Според производителя, „последващото свръхналягане е причинило огъване на вала, което от своя страна е причинило износване на тялото, износване на главата и в крайна сметка повреда на модула ротор/вал.“ В резултат на анализа са направени промени в конструкцията на помпите от производителя и е извършен анализ на процедурите за функциониране на процесите в съоръжението.
        Производителят на помпата претендира за максимално налягане на подаване от 150 psi за тази помпа, което се дължи отчасти на размера на вала и последващото съотношение дължина към диаметър (L/D) на вала. Всяко налягане над 150 psi може да доведе до огъване и отклонение на вала, както се вижда от счупването на предмета.
        Стандартните работни процедури на уреда компенсират максимално допустимо изпускателно налягане от 150 psi и са положени грижи за поддържане на температурата и вискозитета на битумния поток, така че изпускателното налягане да не надвишава тази граница. Всъщност, тъй като екипът по поддръжката на съоръжението по-късно събра информация за процеса, налягането рядко надвишаваше 100 psi.
        Трябва обаче също така да се вземе предвид дали енергоспестяващите мерки могат да доведат до превишаване на изходното налягане над максимално допустимото изпускателно налягане на помпата. По време на спиране на инсталацията, като например през почивните дни, температурата на битумния поток, поддържан от отоплителния кръг с термично масло, се намалява, за да се пести енергия. След проучване беше установено, че времето за стартиране, необходимо за привеждане на битума до приемлива температура и вискозитет, не може да бъде увеличено, за да се компенсира спирането през по-студения уикенд. Така че, след спиране през уикенда, асфалтът може да бъде твърде студен и твърде вискозен при стартиране, с изпускателно налягане на помпата над границата от 150 psi. Нямаше записи за температура и налягане по време на тези стартирания или повреди на помпата, така че това предположение беше направено.
        Имайки предвид тези фактори, производителят предприе стъпки за справяне с проблема с отклонението на вала на помпата, докато екипът за поддръжка на съоръжението се фокусира върху решаването на проблема със стандартните оперативни процедури. Всяка група предприема действия за отстраняване на допълнителни повреди на валове.
        Производителят на помпата е променил дизайна на помпата, за да включи по-голям вал. Диаметърът на вала е увеличен с 40%.
        Този по-дебел вал помага за намаляване на деформацията на вала с 66%, намалявайки преждевременното износване и вероятността от повреда на модула ротор/вал. По-големите валове увеличават коефициента на отклонение на L/D вала и увеличават максимално допустимото изпускателно налягане до 200 psi.
        Тази промяна в дизайна по-късно става стандарт за помпи с този размер във всички бъдещи продукти на производителя. Диаметърът на вала от страната на задвижването на помпата не се е променил, така че съществуващото оборудване за предаване на мощност, като макари и съединители, все още е приложимо към помпата.
        Доставчиците на помпи поставят оборудване за мониторинг на процесите върху битумните флюсови помпи за измерване на температурата на технологичния кръг, изходното налягане и тока на двигателя. Екипът за поддръжка на обекта записваше по електронен път на всеки две секунди и извършваше визуален мониторинг три пъти на ден в продължение на три месеца.
        Екипът за поддръжка на съоръжението прегледа стандартните оперативни процедури, специално свързани с процедурите за спиране и стартиране на температурния контур за флюсиране на битум. Първоначално промените бяха направени, за да се предотврати ситуация на студен старт.
       Чрез анализиране на моделите на износване на помпата, за да определи дали помпата е била под свръхналягане, екипът успя да се съсредоточи върху причината за възникването на високото налягане и какви стъпки могат да бъдат предприети, за да се предотврати бъдеща повреда на вала и ненужен престой.
        Ръководният екип на завода внимателно проучи температурата и вискозитета на продукта при работни условия, по време на престой и по време на стартиране. Те установиха, че промените в работните процедури могат да бъдат коригирани, за да се предотвратят условия на студен старт, които биха могли да увеличат вискозитета на битумния поток и да причинят високо налягане. Производителите на помпи са съгласни, че в помпи с такъв размер могат да се използват по-големи валове и че могат да се постигнат по-малко деформации на вала и по-високи налягания. Дизайнът вече е стандартно предложение за производителя.
       Анализирайки основната причина за повредата, екип от специалисти по поддръжката на съоръженията, производители на помпи и доставчици на помпи работиха за намаляване на повреди на помпи, дължащи се на счупване на вал.