What Causes Piston Gear Pump Shaft Breakage?

        Bir çatı üreticisi yıllarca bitümlü akı sağlamak için büyük iç dişli pompalar kullandıktan sonra, bir dizi pompa birkaç şaft arızası yaşadı. Bu şaft arızaları geçmişte nadirdi ve pompa tedarikçisinin dikkatine sunuldu. Bu pompalar genellikle dakikada 100 galon (gpm) ile çalışır ve deşarj basınçları inç kare başına 100 pound'un (psi) altındadır. Sistem, ürünün viskozitesini düzgün akışı sağlamak ve duvarlarda katı bitümlü akı birikimini azaltmak için yeterli bir seviyeye düşürmek amacıyla bitümlü akıyı tescilli yüksek bir sıcaklıkta tutmak için bir termal yağ ısıtma devresi kullanır.
       Pompalar, 30 beygir gücünde, dakikada 1750 devir (rpm) yapan bir motor ve 100 gpm ürün akışında pompa hızını 100 rpm'ye düşüren bir dişli kutusu ile çalıştırılmaktadır.
       Bu pompalar, damıtma tesisindeki depolama tanklarından bitümlü akışkanın üretim hattındaki son uygulama noktasına aktarılmasında kullanılır.
        Aynı pompalar bu sahada 20 yıldan uzun süredir kullanılıyor. Kural olarak, bu pompalar bu tür koşullarda çok daha uzun bir hizmet ömrüne sahiptir ve geçmişte böyle bir arıza hiç görülmemiştir. Şirketin iki farklı uygulama için aynı boyuttaki pompanın iki versiyonunu kullanması dikkat çekicidir. Biri asfalt akı uygulaması için yumuşak pompa olarak kabul edilirken, diğeri asfalt dolgusu için sert dolgu pompası olarak kabul edilir. Sert pompalar, doldurulmuş asfalttaki aşındırıcılardan kaynaklanan aşınmayı azaltmak için sertleştirilmiş çelik rotorlara ve şaftlara sahiptir.
        Pompa tedarikçisi kırık şafttaki sorunu fark ettiğinde, yaklaşık 12 ayda arızalanan pompa sayısı 6'ydı. Bu uygulamada toplam 18 pompa var. Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, aynı dönemdeki pompa arızalarının ortalama sayısı birdi. Bazı pompaların şaftı kırıktı ve şaft/rotor bağlantısı kopmuştu, diğerlerinin şaftı rotorun içinde dönüyordu ve rotoru ve şaftı sağlam tutması gereken ayar vidası kesilmişti.
        Kesme ekseni sert bir pompada ve rotorun içinde dönen şaft yumuşak bir pompadadır. Arıza analiz edildi ve aşağıdaki sonuçlar tanımlandı ve talimatlara göre çözüldü.
        Pompa tedarikçileri ve üreticileri kırık veya dönen şaftlara sahip pompaları dikkatlice analiz eder. Şaft ve ayar vidası boyut kontrollerine ve metalurjik analize tabi tutulmuştur. Her ikisi de üreticinin gerekliliklerine uygundur. Pompa, kalan sertleşmiş ziftin giderilmesi için yakıldıktan sonra, pompadaki anormal aşınma, aşırı deşarj basıncının şaftı saptırdığını ve rotorun emme tarafındaki pompa gövdesine çarpmasına neden olduğunu gösterdi (bkz. Şekil 2 ve 3).
        Rotorun gövde duvarına bastırıldığı gövdenin emme tarafında aşınma belirtileri vardır. Kafa plakasının emme tarafında da aşınma belirtileri vardır ve rotor kafaya doğru esnemektedir. Burçlar, rölantiler ve hilallerdeki diğer aşınma belirtileri de aşırı basınca ve bunun sonucunda milin bükülmesine ve sapmasına işaret eder. Rotor gövdeye ve kafaya bastırdığında, aşırı tork rotorun içindeki milin kırılmasına veya dönmesine ve ayar vidasının kopmasına neden olabilir.
        Üreticiye göre, “Sonraki aşırı basınç, şaftın eğilmesine neden oldu ve bu da gövde aşınmasına, başlık aşınmasına ve nihayetinde rotor/şaft tertibatının arızalanmasına yol açtı.” Analiz sonucunda, üretici tarafından pompaların tasarımında değişiklikler yapıldı ve tesisteki proseslerin işletilmesine yönelik prosedürlerin analizi gerçekleştirildi.
        Pompa üreticisi, kısmen şaftın boyutu ve şaftın çapa göre uzunluğu (L/D) oranı nedeniyle bu pompa için maksimum 150 psi'lik bir dağıtım basıncı iddia ediyor. 150 psi'nin üzerindeki herhangi bir basınç, nesnenin kırılmasında görüldüğü gibi şaftın bükülmesine ve sapmasına neden olabilir.
        Ünitenin standart çalışma prosedürleri, 150 psi'lik izin verilen maksimum deşarj basıncını telafi eder ve bitümlü akının sıcaklığının ve viskozitesinin, deşarj basıncının bu sınırı aşmaması için dikkat edilmiştir. Aslında, tesisin bakım ekibi daha sonra süreç hakkında bilgi topladıkça, basınç nadiren 100 psi'yi aşmıştır.
        Ancak, enerji tasarrufu önlemlerinin deşarj basıncının pompanın izin verilen maksimum deşarj basıncını aşmasına neden olup olmayacağı da dikkate alınmalıdır. Hafta sonları gibi tesis duruşları sırasında, termal yağ ısıtma devresi tarafından korunan bitümlü akının sıcaklığı enerji tasarrufu için düşürülür. Araştırmadan sonra, bitümü kabul edilebilir bir sıcaklığa ve viskoziteye getirmek için gereken başlatma süresinin, daha soğuk hafta sonu kapanışını telafi etmek için artırılamayacağı belirlendi. Bu nedenle, hafta sonu kapanışından sonra, asfalt başlangıçta çok soğuk ve çok viskoz olabilir ve pompa deşarj basıncı 150 psi sınırının üzerinde olabilir. Bu başlatmalar veya pompa arızaları sırasında sıcaklık ve basınç kayıtları olmadığından, bu varsayım yapıldı.
        Bu faktörleri akılda tutarak, üretici pompa şaftı sapması sorununu ele almak için adımlar attı, tesis bakım ekibi ise standart işletim prosedürleri sorununu ele almaya odaklandı. Her grup, daha fazla şaft arızasını ortadan kaldırmak için harekete geçti.
        Pompa üreticisi pompa tasarımını daha büyük bir şaft içerecek şekilde değiştirdi. Şaft çapı arttı.
        Bu daha kalın şaft, şaft sapmasını oranında azaltmaya yardımcı olarak rotor/şaft tertibatının erken aşınmasını ve arızalanma olasılığını azaltır. Daha büyük şaftlar L/D şaft sapma oranını artırır ve izin verilen maksimum deşarj basıncını 200 psi'ye çıkarır.
        Bu tasarım değişikliği daha sonra üreticinin tüm gelecekteki ürünlerinde bu boyuttaki pompalar için standart haline geldi. Pompanın tahrik tarafındaki mil çapı değişmedi, bu nedenle kasnaklar ve kaplinler gibi mevcut güç aktarım ekipmanları pompaya hala uygulanabilir.
        Pompa tedarikçileri, proses devresi sıcaklığını, deşarj basıncını ve motor akımını ölçmek için bitüm akı pompalarına proses izleme ekipmanı yerleştirir. Tesis bakım ekibi, her iki saniyede bir elektronik olarak kayıt yaptı ve üç ay boyunca günde üç kez görsel izleme gerçekleştirdi.
        Tesis bakım ekibi, özellikle bitüm akış sıcaklığı döngüsü için kapatma ve başlatma prosedürleriyle ilgili standart işletim prosedürlerini inceledi. Başlangıçta, değişiklikler soğuk başlatma durumunu önlemek için yapıldı.
       Ekip, pompanın aşırı basınç altında olup olmadığını belirlemek için pompa aşınma modellerini analiz ederek, yüksek basıncın neden oluştuğuna ve gelecekteki şaft arızalarını ve gereksiz duruşları önlemek için hangi adımların atılabileceğine odaklanabildi.
        Tesis yönetim ekibi, ürünün çalışma koşulları, duruş ve başlatma sırasındaki sıcaklığını ve viskozitesini dikkatlice inceledi. Bitümlü akının viskozitesini artırabilecek ve yüksek basınç dalgalanmalarına neden olabilecek soğuk başlatma koşullarını önlemek için çalışma prosedürlerindeki değişikliklerin ayarlanabileceğini belirlediler. Pompa üreticileri, bu boyuttaki pompalarda daha büyük millerin kullanılabileceği ve daha az mil sapması ve daha yüksek basınçların elde edilebileceği konusunda hemfikirdir. Tasarım artık üretici için standart bir tekliftir.
       Tesis bakımcıları, pompa üreticileri ve pompa tedarikçilerinden oluşan bir ekip, arızanın temel nedenini analiz ederek şaft kırıklarından kaynaklanan pompa arızalarını azaltmak için çalıştı.