Phân tích & Nâng cấp kỹ thuật Giải quyết lỗi bơm phần vòng
Một nhà máy điện lớn ở Hoa Kỳ đã gặp phải các vấn đề về độ rung cao và tuần hoàn với một số máy bơm cấp liệu nồi hơi phần vòng (BB4), dẫn đến nhiều sự cố thảm khốc và mất điện ngoài kế hoạch. Nghiên cứu điển hình này nêu chi tiết một trong những máy bơm đã được chuyển đến trung tâm dịch vụ máy bơm hậu mãi để phân tích đầy đủ, khắc phục sự cố, kế hoạch sửa chữa, xây dựng lại và kiểm tra hiệu suất.
Các nhà máy điện chu trình hỗn hợp là “những đứa trẻ mới trong khối” của ngành sản xuất điện. Được thiết kế để kết hợp cả tuabin khí và tuabin hơi, các nhà máy điện chu trình hỗn hợp có thể sản xuất thêm tới 50% điện năng với mức sử dụng nhiên liệu tương tự như các nhà máy điện chu trình đơn giản. Các nhà máy chu trình hỗn hợp hiện đại cũng có thể đáp ứng nhanh chóng nhu cầu lưới điện với khả năng bắt đầu sản xuất năng lượng trong vòng chưa đầy 10 phút và chạy hết công suất trong vòng chưa đầy 60 phút. Điều này cung cấp sự bổ sung hiệu quả cho công nghệ tái tạo không liên tục.
Khi nhu cầu điện đã thay đổi và các nhà máy chu trình hỗn hợp đã bắt đầu thay thế các nhà máy nhiệt điện và hóa thạch thông thường, loại máy bơm được sử dụng cũng đã thay đổi. Các nhà máy điện hóa thạch thường sử dụng máy bơm thùng mạnh mẽ, tuổi thọ cao. Các máy bơm này hoạt động trong thời gian dài, không bị gián đoạn và các nhà máy thường được trang bị hai máy bơm 100 phần trăm hoặc ba máy bơm 50 phần trăm được lắp đặt cho mỗi đơn vị.
Tiểu sử
Sau khi trải qua nhiều vấn đề về hiệu suất và độ tin cậy của bơm cấp lò hơi tại nhà máy điện của họ, chủ sở hữu nhà máy đã chọn theo đuổi kế hoạch sửa chữa và phân tích nguyên nhân gốc rễ toàn diện với một trung tâm dịch vụ bơm hậu mãi ở Los Angeles, California. Cuộc điều tra cuối cùng đã tiết lộ một loạt các vấn đề cơ bản liên quan đến các vấn đề về hiệu suất và sự cố máy bơm không mong muốn.
Phát hiện, Giải pháp được thiết kế & Đề xuất
Trong quá trình kiểm tra và phân tích ban đầu của thiết bị đầu tiên, người ta nhận thấy rằng ống bọc cân bằng có khớp côn so với trục. Kiểu thiết kế này không phổ biến vì nó đòi hỏi áp suất cao và một công cụ đặc biệt để lắp hoặc tháo ống bọc cân bằng khỏi trục. Đây cũng là một mối quan tâm lớn về an toàn.
Ngoài ra, một ống bọc cân bằng phù hợp côn được lắp đặt gần điểm chảy trên trục. Áp suất cao và khớp côn đã dẫn đến sự phù hợp không mong muốn với trục, tạo ra các khu vực tập trung ứng suất cao. Đường kính bên ngoài không chạy đúng với trục, dẫn đến áp suất hoặc lực ngoại vi không bằng nhau xung quanh ống bọc cân bằng. Đổi lại, nó tạo ra một kịch bản trong đó trục có thể bị uốn cong. Lực ngược hay còn gọi là mômen uốn, tích lũy 3.550 lần mỗi phút, gây ra mômen uốn đáng kể ở gốc của ống bọc cân bằng, cuối cùng làm mòn trục máy bơm.
Một đề xuất đã được đưa ra để thiết kế lại ống bọc cân bằng bằng cách làm cho nó trở nên vừa khít và làm cho nó dài hơn để giảm khoảng cách trục giữa bánh công tác giai đoạn cuối và ống bọc cân bằng. Điều này ngăn chặn sự "tách rời" của vòng mài mòn, dẫn đến sự mất ổn định của rôto.
Hiện tượng cánh bơm nhảy ra phía trước rồi quay trở lại vị trí ban đầu vẫn còn, nhưng do khe hở giảm nên cánh bơm không thể hạn chế dòng chảy đến thiết bị cân bằng.
Trung tâm bảo hành nhận thấy rằng thiết kế ban đầu của máy bơm yêu cầu lắp ráp theo cấu hình trực diện sử dụng chân chống xoay. Bởi vì bộ khuếch tán giai đoạn cuối trong máy bơm không có chốt trong thiết kế ban đầu, nên cần phải có nắp để "ép" bộ khuếch tán để tránh quay. Khe hở do thiết kế này tạo ra dẫn đến hỏng vòng chữ O sớm và cũng hạn chế khả năng mang áp. Để cải thiện cả độ tin cậy của máy bơm và khả năng chịu áp lực của khớp nối giai đoạn cuối, các mặt của bộ khuếch tán đã được mài chính xác. Bằng cách thắt chặt các dung sai xếp chồng lên nhau, khả năng chịu áp lực của mối nối giai đoạn cuối cũng được cải thiện.
Một phát hiện quan trọng khác là các cánh quạt trượt vừa vặn giữ nhau trên trục ở vị trí thích hợp với sự trợ giúp của các mặt trục. Tuy nhiên, các mặt không vuông góc, buộc cánh quạt phải uốn cong, gây ra các vấn đề rung động cao.
Khi rôto được đặt trên các con lăn để kiểm tra thời gian chạy, TIR (tổng thời gian chạy chỉ báo) dường như nằm trong dung sai. Tuy nhiên, trục sẽ bị uốn cong do các mặt không vuông góc chính xác với lỗ khoan khi máy bơm đang chạy và các lực thủy lực được tác động lên các cánh bơm. Vấn đề là thách thức để phát hiện mà không bắt chước lực thủy lực.
Trung tâm bảo hành đã tính toán lại và gia công các mặt nắp để tạo ra độ võng của nắp nhân tạo hoàn toàn theo độ võng của rôto tự nhiên.
Các hiệu số được tính toán lại cho các nắp cho phép sử dụng khe hở chặt chẽ hơn giữa ống bọc cân bằng và ống lót cân bằng, do đó làm giảm dòng chảy qua đường cân bằng. Áp suất đường cân bằng trung bình đã giảm khoảng 30 pound trên mỗi inch vuông (psig), điều này cũng kéo dài MTBR.
Thách thức
Ban đầu, nhà máy điện đã do dự trong việc sửa đổi thiết kế ban đầu của máy bơm và thực hiện nâng cấp thiết kế, điều này tạo ra thách thức cho trung tâm bảo hành trong việc giải quyết triệt để sự cố và khả năng gãy trục. Trong quá trình đàm phán nâng cấp, một trong những đơn vị cấp liệu lò hơi khác của nhà máy đã bị hỏng bất ngờ với trục bị hỏng. Như trung tâm dịch vụ đã dự đoán, sự cố bổ sung này nhằm xác nhận vấn đề đang xảy ra và nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về việc sửa đổi thiết kế.
Kiểm tra hiệu suất để xác thực
Các nhà máy điện sử dụng áp suất đường dây cân bằng làm điểm tham chiếu chính trong việc thiết lập đường cơ sở cho sức khỏe tổng thể của máy bơm BB4. Áp suất đường cân bằng sẽ tăng cùng với khe hở bên trong lớn hơn của các khớp nối quan trọng, dung sai và các yếu tố giảm thiểu khác có thể dễ dàng bị bỏ sót trong quá trình lắp ráp. Do đó, kiểm tra hiệu suất trùng lặp chặt chẽ với các điều kiện thực tế của máy bơm đang hoạt động là một bước quan trọng trong quá trình sửa chữa.
Sau khi sửa chữa, máy bơm đã được gửi đến phòng thí nghiệm kiểm tra máy bơm do Viện Thủy lực chứng nhận ở Chicago. Tại đây, các máy bơm đã trải qua các quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn để đo độ rung, áp suất và lưu lượng. Để có độ tin cậy, điểm dữ liệu quan trọng nhất được thu thập là áp suất đường cân bằng, một tính năng duy nhất trong thử nghiệm máy bơm vòng phân đoạn. Với sự hỗ trợ kỹ thuật của phòng thí nghiệm thử nghiệm, trung tâm dịch vụ đã có thể thiết kế và thiết lập quy trình thử nghiệm mô phỏng chặt chẽ các điều kiện hiện trường của máy bơm được lắp đặt.
Dịch vụ trở lại
Sau khi việc sửa chữa và kiểm tra hoàn tất và các máy bơm được lắp đặt, trung tâm dịch vụ đã nhận được một số máy bơm có phần vành đai phân đoạn giống hệt nhau từ nhiều nhà máy điện có cùng một vấn đề. Sử dụng kiến thức từ các lần xây dựng lại trước, trung tâm dịch vụ có thể thực hiện một loạt các sửa chữa tương tự cho các máy bơm cấp liệu nồi hơi bổ sung này trong một khung thời gian nhanh chóng.
Ngày nay, tất cả các máy bơm phần vành đai phân đoạn đã được đưa vào sử dụng trở lại và đang hoạt động chính xác mà không có vấn đề về độ tin cậy.
Trung tâm bảo hành đã sử dụng quy trình kiểm tra kỹ lưỡng, quy trình kiểm soát quy trình rộng rãi và các tiêu chí chấp nhận nghiêm ngặt để thực hiện những sửa chữa này.