Znate li pripremiti rotorski sklop za balansiranje?

Istražite kako pravilnim balansiranjem rotorskog sklopa povećati pouzdanost u radu centrifugalne pumpe.

Česti uzrok kvarova kod jednostupanjskih i višestupanjskih centrifugalnih pumpi je pojava povećanih vibracija nastala zbog debalansa rotorskog sklopa.

Debalans ili neuravnoteženost mase rotorskog sklopa dovodi do preranog otkazivanja ležajeva, preuranjenog propuštanja mehaničkih brtvenica i svekupno kraćeg životnog vijeka centrifugalnih pumpi. Balansiranje je uobičajena i česta aktivnost korektivnog održavanja.

Što je debalans rotora i zašto nastaje?

Rotorski sklop čine vratilo, rotor, prednji i zadnji ležajevi, što je prikazano i označeno na slici poprečnog presjeka jedne centrifugalne pumpe.

Debalans ili neuravnoteženje rotora nastaje kada njegova masa više nije u centru već se neravnomjerno raspoređuje, što za direktnu posljedicu ima povećanje vibracija.

Vibracije su rezultat međudjelovanja neuravnotežene mase u sprezi sa radijalnim ubrzanjem nastalim zbog vrtnje rotorskog sklopa što rezultira pojavom centrifugalne sile.

U svakom rotoru postoji početna količina neuravnoteženja, te preostala količina neuravnoteženja je ona preostala nakon završetka balansiranja. Rezultanto neuravnoteženje je vektorska suma svih vektora neuravnoteženja rasprostrtih duž rotora.

Intenzitet nastalih vibracija u radu pumpe je direktno proporcionalan količini debalansa. Udvostručenjem količine debalansa udvostručit će se aplituda vibracija.

Pomak kutne pozicije neuravnotežene mase rezultira jednakim pomakom faznog kuta.

Sva masa u jednoj ravnini se može vektorski zbrojiti u jedan centar debalansa,

Količina debalansa se mjeri u količini mase i udaljenosti od centra rotora tj radijusa rotora i izražava se u g/cm, oz./in. ili g/in. Povećavanjem mase ili radijusa udaljenosti proporcionalno će se povećati intenzitet sile koja uzrokuje debalans.

Najčešći uzročnici pojave debalansa rotorskog sklopa kod centrifugalnih pumpi su: trošenje rotorskog sklopa, nakupine nečistoće na površinama rotora, savijeno vratilo, greška u montaži pumpe, korozija na površinama, neadekvatne tolerancije dijelova pumpe, mehanička ili termička distorzija dijelova, pukotine na površinama dijelova i ekscentričnost dijelova.

Norma API 610 za rotore i ostale pokretne dijelove centrifugalnih pumpi navodi da se obavezno moraju dinamički balansirati prema normi ISO 1940-1 na razred kvalitete balansiranja G 2,5. Potrebno je izvršiti i provjeru preostalog prisutnog debalansa u rotorskom sklopu radi utvrđivanja je li rotor nakon balansiranja u specificiranim granicama debalansa.

Provjera ujedno potvrđuje da je stroj za balansiranje kalibriran i radi li ispravno te da nije bilo ljudske pogreške.

Razredi kvalitete balansiranja G služe za klasifikaciju kvalitete balansiranja za različite vrste rotacijske opreme.

U tablici su navedeni razredi kvalitete balansiranja u krutom stanju za različite strojeve:

Norma API 670 daje minimalne zahtjeve za sustave zaštite za rotacijske strojeve, pri čemu se mjere vibracije na vratilu, na kućištu, aksijalan položaj vratila, brzina vrtnje vratila, progib stapajice na klipu kompresora, fazni otklon, prekoračenje brzine vrtnje te kritične temperature poput temperature metala od kojeg su izrađeni ležajevi i namotaji elektromotora.

Normom su još definirani uređaji i naprave za prikupljanje podataka (sonde), sustavi za praćenje, načini ugradnje, tehnička dokumentacija i ispitivanje.

Što je balansiranje i čemu služi?

Balansiranje ili uravnotežavanje je postupak kojim se provjerava je li distribucija mase rotora jednolika. Ako se ustanovi suprotno, prilagođava se masa rotora kako bi osigurali da je preostali debalans ili neuravnoteženje unutar granica definiranih normom ISO 1925.

Norma ISO 1925 definira pojmove iz područja mehaničkih vibracija i balansiranja te greške nastale prilikom balansiranja. 

Rotori koji se vrte u području ispod prve kritične brzine nazivaju se krutim rotorima. Takve rotore se može balansirati u bilo kojoj od dviju ravnina.

Norma ISO 1940 specificira kriterije kvalitete balansiranja za krute rotore: a) vrijednosti tolerancija prilikom balansiranja, b) potreban broj ravnina korekcije i c) metode za provjeru preostalog debalansa.

Norma daje preporuke za kvalitetu balansiranja u konstantno krutom stanju s obzirom na vrstu stroja u koji je montiran te maksimalnu radnu brzinu vrtnje. Preporuke se temelje na svjetskoj praksi.

Rotori koji se vrte u području iznad svoje prve kritične brzine se nazivaju fleksibilnim rotorima i potrebno ih je balansirati u više od dvije ravnine.

Norma ISO 11342 specificira kriterije balansiranja za fleksibilne rotore.

Statičko balansiranje se odnosi na dodavanje mase na rotor kako bi se postiglo uravnoteženje mase. Obično se izvodi tako da se zavari komad metala odgovarajućeg kemijskog sastava i odgovarajuće mase na specifično mjesto na površini rotora.

Ovaj komad metala predstavlja tkz. kalibracijsku masu. Zavareni komad metala se ponaša kao uteg koji stvara protutežu bilo kojem debalansu prisutnom u rotoru.

Na sljedećoj slici zavaren je komad metala (zaokružen žuto) za uravnoteženje debalansa na rotoru.

Statičko balansiranje rotorskog sklopa bilo kojeg rotacijskog stroja se obavezno provodi u tvornici originalnog proizvođača opreme (OEM) prije isporuke naručitelju. Statičko balansiranje se često provodi u sklopu aktivnosti održavanja stroja.

Dinamičko balansiranje je naprednija metoda za riješiti se debalansa u usporedbi sa statičkim. Orijentira se na mjerenje dinamičkih sila koje stvara rotor svojom vrtnjom.

Rotorski sklop se postavlja na poseban stroj za dinamičko balansiranje tvrtke Probal Dynamic Balancing, LLC poput ovog na sljedećoj slici, koji se vrti na visokoj brzini.

Pomoću senzora se mjeri prisutna sila debalansa te se rade korekcije debalansa tako da se dodaje ili oduzima materijal sa specifičnog mjesta na rotoru, sve dok se sila što uzrokuje debalans ne svede na najmanju moguću vrijednost.

Dinamičko balansiranje se izvodi nakon svakog generalnog servisa ili nakon revizije strojeva koji su inače u kontinuiranom radu.

Kako to izgleda u praksi? Dinamičkim balansiranjem 2 rotora za 2 centrifugalne pumpe različitih snaga, različitih promjera rotora i brzine vrtnje možemo izračunati maksimalno dozvoljenu masu statičkog debalansa u gramima pomoću formule:

Podaci dviju centrifugalnih pumpi i izračunati debalans prikazani su u tablici:

Balansiranje na terenu ili balansiranje u postrojenju se izvodi kada je pumpa u radu. Balans rotorskog sklopa se postiže dodavanjem ili uklanjanjem materijala sa lopatica rotora ili podešavanjem kuta lopatica ako je riječ o ventilatorima.

Balansiranje u postrojenju se obično radi kada je u rotorskom sklopu tijekom vremena prisutna mala količina debalansa zbog trošenja materijala nastalog kavitacijom ili erozijom. Navedeni postupak je posebno pogodan za rješavanje uzroka nastalih povećanih vibracija bez potrebe za rastavljanjem čitave pumpe.

Balansiranje u postrojenju se sastoji od sljedećih osnovnih koraka:

1. Svi djelatnici uključeni u proceduru moraju obavezno nositi osobna zaštitna sredstva i poštivati pravila sigurnosti na radu. Usisni i tlačni ventil na cjevovodima moraju biti 100% zatvoreni i nepropusni. Pumpa se obustavi sa radom, u potpunosti isprazni od radnog medija i drenira. Skine se poklopac kućišta, u potpunosti se očisti unutrašnjost kućišta, rotora i poklopca. Pumpa se pokrene u rad pri čemu se izmjeri početna količina debalansa rotorskog sklopa, na slici je prikazana vektorom V_O
2. Pumpa se zaustavi i na rotor se potom montira komadom metala točno određene mase i udaljenosti od središta. Pumpa se opet pokrene u rad. Konstantno se mjeri prisutan debalans prikazan vektorom V₁ dok je pumpa u stabilnom radu, tj. rotorski sklop se vrti stabilnom brzinom vrtnje.

Debalans prikazan vektorski u ravnini balansiranja, Izvor: GE Oil & Gas

c. Izračuna se utjecaj vektora Vmnastao djelovanjem dodanog komada metala

d. Pumpa se zaustavi s radom, komad metala čijom masom za uravnoteženje rotorskog sklopa se pomakne za kut α u odnosu na vektor Vm

e. Pumpa se ponovno pokrene u rad i mjeri se utjecaj mase za uravnoteženje kada se postigne stabilna brzina vrtnje

f. Još jednom se ponovi korak c) i ako je potrebno, ponove se koraci d) i e)

g. Kada se dovrši balansiranje, ponovno se montira poklopac kućišta i otvori se usisni ventil kako bi se pumpa u potpunosti napunila radnim medijem. Nakon toga ide procedura pokretanja pumpe u rad tako da nastavi sa proizvodnim procesom.

Nakon svakog balansiranja potrebno je napraviti izvještaj i navesti mase, što je napravljeno, na kojem stroju i u kakvim radnim uvjetima.

Posljednji kriterij za odabir vrste balansiranja je dostupna oprema i uređaji za izvođenje ovog postupka. Preporuča se konzultirati proizvođača pumpe za preporuke i mišljenje ako nemate iskustva sa balansiranjem.

Strojevi za balansiranje ili balansirke se koriste za mjerenje statičkog i dinamičkog debalansa. Obično imaju postolje sa ugrađenim kotrljajućim ležajevima na koje se oslanja rotorski sklop koji je potrebno balansirati.

Norma ISO 2953 definira kriterije za izradu strojeva za balansiranje koji mogu biti vertikalne ili horizontalne izvedbe. Preko 80% balansirki na tržištu je horizontalne izvedbe.

Strojevi za balansiranje se dijele u 2 kategorije:

1. Balansirke sa fiksinim krajevima gdje se rotorski sklop fiksira na postolju i ne vibrira tijekom vrtnje. Kod ovakve vrste balansiranja dovoljan je jedan prolaz da se odredi količina debalansa i korekcijska masa. Balansirka tvrtke Probal Dynamic Balancing je prikazana na prethodnoj slici.

Djelovanje sile se mjeri ugrađenim senzorom. Nosači sa ležajevima mjere silu za razliku od mjerenja gibanja kod balansirki sa slobodnim krajem.

Ako su poznati sila i kut djelovanja neuravnotežene mase te masa rotora, korekcijska mase se može izračunati.

Velika prednost je što se balansiranje radi u samo jednom prolazu. S obzirom da balansirke sa fiksnim krajem izravno mjere silu, točnost mjerenja je osjetljiva na brzinu vrtnje.

Ako se udvostruči brzina vrtnje rotorskog sklopa, sila će se povećati 4 puta. Što je veća brzina vrtnje, to će biti veća izmjerena sila te ćemo imati veću točnost balansiranja.

2. Balansirke sa slobodnim krajevima koje omogućavaju slobodno gibanje rotora u horizontalnom smjeru na nosačima. Rotor se može vrtjeti na puno nižim brzinama u odnosu na radnu brzinu.

Djelovanje sile se mjeri preko senzora za mjerenje vibracija je se rotor može slobodno kretati prilikom vrtnje i tada se javljaju vibracije.

Postupak balansiranja je isti kao kod balansiranja na postrojenju kada se koristi komad metala kao kalibracijska masa.

Primjer balansirke sa slobodnim krajevima, Schenck Model, Adams Machinery Company

Balansiranje se provodi u više navrata i uzastopno postavljanje kalibracijske mase sve dok rotor ne postigne prihvatljiv razred kvalitete balansiranja.

Dok god je brzina vrtnje iznad brzine na kojoj se javlja rezonancija balansirke i ispod kritične brzine vrtnje rotora, odziv će biti linearan i poprilično točan. Ova vrsta balansirki se koristi za balansiranje rotorskih sklopova velikih dimenzija poput centrifugalnih kompresora ili ventilatora.

Kako pripremiti rotorski sklop za dinamičko balansiranje?

Dijagnostičkim postupkom mjerenja vibracija na centrifugalnoj pumpi utvrđeno je da se vibracije uzrokovane debalansom događaju pri 1× RPM rotorskog sklopa u debalansu.

Priprema se izvodi za dinamičko balansiranje rotorskog sklopa u servisnoj radioni na balansirki.

Pripreme za balansiranje rotorskog sklopa uključuju i nisu nužno ograničene na:

• Temeljito čišćenje. Ako su na površinama rotora i vratila prisutne naslage nečistoće, kamenca, taloga ili ostataka radnog medija, potrebno je temeljito kemijsko i mehaničko čišćenje.

Samo besprijekorno čist rotorski sklop može ići na balansiranje zato što naslage uzrokuju neopravdano povećanje mase rotora a time i prisutan debalans u radu.

• Provjera pritegnutosti vijka i matice koji drže rotor pričvršćen za vratilo. Labavo pričvršćen rotor onemogućava postizanje tlaka i visine dobave tijekom rada pumpe. Navoj na matici i na vratilu rotora mora biti bez oštećenja i bez prisutnih tragova korozije.

• Montaža novih ležajeva na vratilo prije balansiranja. Ležajevi koji su demontirani sa vratilom mogu biti oštećeni imati oštećene elemente pa ih je potrebno zamijeniti novima.

• Pravilna montaža rotorskog sklopa na stroj za balansiranje. Potrebno je pravilno pričvrstiti uređaje za očitavanje položaja na ležajeve. Transduceri moraju biti kruto nepomično pričvršćeni za ležajeve i ne smije ih se pridržavati tijekom postupka balansiranja i nipošto ne pomicati jer dobivena očitanja neće biti točna i tada nam je sav posao balansiranja uzaludan

• Mogućnost očitavanja kuta otklona unutar 5°. Očitanje prvo treba napraviti na jednoj ravnini tijekom balansiranja, bez obzira na to što ćemo možda trebati balansirati rotorski sklop u nekoliko ravnina.

Potrebno je koristiti kruto pričvršćen pretvarač kao što je laserski tahometar ili magnetski proximity senzor radi pouzdanijeg mjerenja. Zastarjeli način je korištenjem stroboskopa što se ne preporuča jer postoje brojni sofisticiraniji uređaji. Ako zaista nema drugog izbora onda će i stroboskop biti prihvatljiv.

• Treba osigurati da su vibracije i podaci o faznom očitanju ponovljivi. Ako se faza i amplituda postignuti tijekom balansiranja ne mogu ponoviti sa istim rezultatima minimalno 3 puta uzastopno, nešto nije u redu sa rotorskim sklopom i/ili načinom balansiranja pa treba ponoviti prethodne korake (čišćenje, provjeru pritegnutosti, montažu na balansirku i balansiranje nanovo) sve dok se ne postignu ponovljivi rezultati.

• Materijal koji će poslužiti kao kalibracijska masa za korekciju debalansa mora biti dostupan i kompatibilan sa materijalom rotora. Određivanje kalibracijske mase mora biti ponovljivo i podložno provjeri (tj. imajte spremnu kalibiranu i atestiranu vagu).

Zaključno, balansiranje rotorskog sklopa za rotacijske strojeve je obavezno da bi smanjili vibracije na prihvatljivu razinu, smanjili trošenje dijelova pumpe i povećali pouzdanost rada.

Adekvatno proveden postupak balansiranja rotorskog sklopa će osigurati poboljšati servisne radove i unaprijediti kvalitetu.

Koju vrstu balansiranja ćemo koristiti najviše ovisi o tome kojeg je tipa pumpa prema normi API 610 ili kompresor prema normi API 618, o promjeru samog rotora i o veličini rotorskog sklopa te o zahtjevima za balansiranje prema normi ISO 1925.

Kako pripremate rotorski sklop za balansiranje? S kojim problemima ste se susretali prilikom balansiranja? Podijelite svoja iskustva u komentarima!

8 prednosti laserskog centriranja strojeva

Cilj svake kompanije koja se bavi proizvodnjom je imati strojeve koji rade s minimalnim troškom i visokim razinama produktivnosti. Zato je potrebno redovito održavanje. Primjena laserskog centriranja u kombinaciji s praćenjem pomoću CMMS dodaje vrijednost jer se kontinuirano prati stanje strojeva. Bez redovitog praćenja stanje stroja prolazi nezamijećeno sve dok se ne dogodi kvar. Određene studije bilježe da je do 50% kvarova rotacijske opreme posljedica necentriranosti ispravljanje ovog problema je kritično za proizvodni proces i za budžet.

Strojevi i oprema u funkcionalnom stanju i kontinuiranom radu bez neočekivanih poremećaja su osnovni preduvjet neometanog proizvodnog procesa. Da bi strojevi ostali u optimalnom stanju koriste se napredne tehnologije kao što je lasersko centriranje primjenom digitalnog laserskog uređaja čime se povećava pouzdanost stroja i time proizvodnog procesa. Zaštita rotacijskih strojeva primjenom preciznog laserskog centriranja je potrebna kompanijama ako žele ostati konkurentne na tržištu. Komparatori zadovoljavaju ali njihova preciznost je ograničena, podložni su pogrešnim očitanjima ili oštećenjima.

Uređaj za lasersko centriranje ima široki spektar primjena u proizvodnim postrojenjima različitih industrija. Lasersko centriranje ili poravnavanje strojne linije poravnavanje strojne linije se u petrokemijskoj i naftnoj industriji najčešće koristi za centrifugalne jednostupanjske i višestupanjske pumpe, pumpe za dobavu goriva, vertikalne procesne pumpe, centrifugalne kompresore, puhala zraka, i sl. Najčešći znakovi necentriranosti agregata su: pregrijavanje dijelova i miris nagorjele izolacije, učestali problemi s ležajevima i zvuk “drobljenja” pri radu, povećana potrošnja energije, debalans opterećenja, zaribavanje rotora i povećane vibracije.

Uređaj za lasersko centriranje se sastoji od ručnog ekrana s prikazom pomaka i odstupanja te dva nosača na kojima su digitalni sklopovi koji emitiraju i primaju lasersku zraku, što je prikazano na slici 1. Uređaj je lagan, prenosiv i jednostavan za montažu i korištenje. U ovom videu možete vidjeti kako funkcionira digitalni uređaj.

Slika 1.: Uređaj za lasersko centriranje

Prednosti laserskog centriranja rotacijskih strojeva su:

1. Točnost mjerenja pomaka u vertikalnom i horizontalnom smjeru do 0,0025 mm

2. Rano otkrivanje problema poput soft foot-a, čime se omogućava proaktivan pristup otklanjanju problema

3. Smanjenje vibracija produljuje radni vijek strojeva i podiže kvalitetu proizvoda

4. Manji broj hitnih popravaka i niži troškovi rada

5. Manji broj neplaniranih zastoja doprinosi optimizaciji proizvodnje

6. Smanjeni troškovi održavanja i rezervnih dijelova kao rezultat spriječenih oštećenje brtvenica ležajeva, vratila i spojki zbog pravilno centriranog stroja

7. Smanjenja potrošnja energije jer se poništavaju sile koje uzrokuju naprezanje. Neodgovarajuće centrirani agregati troše više energije tijekom rada da bi postigli iste rezultate kao i dobro centrirani agregati.

8. Preventivno održavanje se podiže na veću razinu. Redovita provjera centriranosti pomoću laserskog uređaja kada stroj nije u radu brzo otkriva potencijalne nedostatke pa se odmah na licu mjesta napravi korekcija precentriranjem. Za strojeve snage do 50 kW čitav posao ne bi trebao trajati više od 30 min.

Lasersko centriranje smanjuje mogućnost pogreške, ima veliku točnost mjerenja te pojednostavljuje čitavu proceduru centriranja. Uređaj ima jednostavan grafički prikaz strojeva s odgovarajućim vrijednostima potrebnim za odraditi korekcije i uživo praćenje kako se vrijednosti mijenjaju dok istovremeno radimo korekciju podlaganjem ili pomicanjem stroja. Izvještaji o izvršenim korekcijama se kreiraju direktno s uređaja, mogu se prebaciti na računalo ili na mrežu jer je softver jednostavan za korištenje.

Kada se koriste komparatori za kompleksna centriranja nema potrebe za ručnim računanjem položaja, nije potrebno demontirati spojku radi poravnavanja, nosači se mogu montirati neovisno o udaljenosti glavčina između pogonskog i pogonjenog stroja i veličini spojke. Moguće je izvršiti neograničeno puno ponavljanja mjerenja pomaka, dozvoljena odstupanja su već pohranjena u softveru i obuka djelatnika za rukovanje uređajem je jednostavna. Nedostataka je relativno malo, najveći nedostatak je veliko početno ulaganje jer je uređaj skup, potrebno je jako pažljivo rukovanje da se spriječi oštećenje i treba određeno vrijeme za savladati programiranje uređaja, čitanje rezultata i stjecanje praktičnog iskustvo u izvršavanju laserskog centriranja. U ovom videu je prikazana primjer čitave procedure centriranja pumpnog agregata pomoću laserskog uređaja i bilježenje pomaka.

Primjenjujete li lasersko centriranje? Što smatrate prednostima i nedostacima? Podijelite mišljenje u komentarima!

 

Dobra praksa za popravak centrifugalne pumpe

Otklanjanje kvarova centrifugalnih pumpi je svakodnevan održavateljski posao. Svaki tehnički nepravilan popravak, svaki popravak odrađen u žurbi ili bez poštivanja pravila struke se pokaže s vremenom u vidu ponavljajućih kvarova i kratkog radnog vijeka pumpe. Za razliku od popravaka električnih strojeva gdje manjkavost popravka brzo izađe na vidjelo čim pokušate pokrenuti stroj u rad (pojave se iskre, ispadnu osigurači ili u najgorem slučaju dođe do požara), greške u mehaničkom popravku su na prvu manje očite.

Npr. zanemarite jednu dimenzionalnu provjeru potrošnih prstena, preskočite jedan korak prilikom centriranja, ignorirajte dozvoljena odstupanja za ležajeve ili nebalansirano vratilo i pumpa će nastaviti raditi, međutim pitanje je koliko dugo vremena. Nekada kontinuirani rad potraje godinu ili dvije prije novog kvara ili havarije u usporedbi s tehnički ispravnom pumpom koja bi radila 5 do 7 godina prije pojave kvara. Nakon godine dana kada se ponovi kvar zbog tehničke neispravnosti pumpe djelatnici postrojenja mogu pomisliti da je jednogodišnji rad pumpe očekivani radni vijek. Takav pristup dovodi do povećanih troškova, manje pouzdanosti u radu postrojenja te gubitku vremena i proizvoda zbog neplaniranog zastoja (uz gubljenje živaca i nepotreban stres svih sudionika).

Kada pumpa doživi veći kvar ili havariju, potreban je generalni servis. Sveobuhvatni servis zahtijeva stručnost, znanje, određeno vrijeme i fokusiranost na detalje. Tada treba napraviti sve tehnički korektne aktivnosti i dobru praksu kako bi se pumpa popravila i bila tehnički ispravna. Danas razmatramo preporuke dobre prakse za popravke centrifugalnih pumpi bez obzira na vrstu radnog medija koju prepumpavaju i tip postrojenja.

Prilikom montaže novih ležajeva potrebna su mjerenja. Ležaj je koncentričan kada se izvadi iz originalnog pakiranja i ima propisane unutarnje tolerancije koje omogućavaju neometano kretanje elemenata prilikom vrtnje vratila. Ako je vratilo predimenzionirano ili pomalo konično na mjestu ugradnje ležajeva (sjedištu) ili ako je ležajno kućište prošireno s unutarnje strane na mjestu ugradnje ležajeva, ležajevi neće zadržati oblik tijekom rada. Mogućnost ležaja da zadrži koncentričan oblik tijekom rada određuje između ostalog radni vijek.

Provjerite dimenzije ležajnog kućišta i sjedišta na vratilu kako bi osigurali pravilnu montažu tijekom servisa. Dozvoljena odstupanja su obično navedena u korisničkom priručniku pumpe ili u priručniku proizvođača ležaja. Po potrebi možete ih oboje konzultirati radi potvrde odgovarajućih dimenzija.

Ako vratilo nije istokareno tehnički ispravno, često će biti malo predimenzionirano na sjedištu ležajeva, dok će ležajno kućište s unutarnje strane biti poddimenzionirano. Takav pristup se primjenjuje zato što je lakše po potrebi dodatno potokariti metal nego ga dodavati, pa je često praksa po radionama da vratilo bude deblje a unutarnja strana kućišta šira, čime se omogućava da ostane dovoljno metala u slučaju potrebe za dodatnim tokarenjem. Ponekad se za svaki slučaj ostavi previše metala s unutarnje strane kućišta pa se ležaj ugradi i tada bude stiješnjen na obodu vanjskog prstena. Druga krajnost je da se ležaj previše proširi na unutarnjem prstenu pod djelovanjem temperature i male zračnosti te brzo otkaže. Ležaj radi samo godinu dana a mogao bi raditi minimalno 5 i više godina da je ostao dimenzionalno nepromijenjen, čime se povisuju troškovi.

Često se rotor skraćuje uklanjanjem materijala na vanjskom obodu (tkz.trimming) kako bi se poboljšale peformanse pumpe, uštedjela energija i da omogućio rad pumpe radi bliže točki maksimalne učinkovitosti Q-h krivulje. Za proračun manjeg promjera rotora se primjenjuju zakoni hidrodinamike kada npr. rotor vanjskog promjera 240 mm treba smanjiti na promjer 225mm kako bi radna krivulja pumpe bila u skladu sa zahtjevima sustava cjevovoda. Kada se uklanja materijal na tokarskom stroju, rotor je u debalansu.

Uklanjanje materijala debljine 2 mm duž čitavog oboda može dovesti do velikog debalansa čitavog rotorskog sklopa kada pumpa ima brzinu vrtnje 1500 rpm ili više. Nakon uklanjanja materijala na tokarskom stroj, rotor treba dinamički balansirati.  Ukoliko radiona nema mogućnost balansiranja rotorskog sklopa, potrebno je poslati rotor na balansiranje da se osigura pravilan rad i spriječe pojačane vibracije. Također treba provjeriti dimenzije potrošnih prstena rotora i kućišta. Kada je pumpa sastavljena i spremna za povratak u postrojenje, tada je kasno razmišljati o balansiranju.

Vratila pumpi su podložna debalansu, trošenju materijala i djelovanju prevelikog opeterćenja- Sve navedeno su mehanički problemi koji dovode do savijanja vratila. Zato se provjerava stanje vratila na tokarskom stroju. Drugi način provjere je postavljanjem vratila na 2 nosača V oblika uz komparator. Vratilo se oslanja na sjedištima V nosača i komparator se postavlja na središte vratila kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1.: Provjera je li vratilo savijeno (izvor)

Kada vrtite vratilo nazivnog promjera 200 mm i manje, odstupanje prikazano na komparatoru ne bi smjelo biti veće od 0,05 mm. Za vratila nazivnog promjera većeg od 300 mm do 600 mm dozvoljeno odstupanje je maksimalno 0,08 mm. Ako je vratilo savijeno, tijekom vrtnje će dodatno pritiskati ležajeve i elemente brtvenice te tako skratiti njihov životni vijek.

Gotovo svi ležajevi imaju zračnosti između unutarnjeg promjera ležaja i sjedišta na vratilu. Unutarnji promjer ležaja (tj. promjer unutarnjeg prstena) je manji od promjera vratila na mjestu montaže ležaja jer se montira sa čvrstim dosjedom, stoga je potrebno ležajeve uprešati ili zagrijati kako bi se povećao promjer unutarnjeg prstena prije montaže. Ako se ležaj pregrije, doći će do nejednolikog širenja i iskrivljenja konstrukcije pa će se skratiti životni vijek.

Mehaničke radione koriste indukcijske grijače ili stožaste grijače kako bi brzo zagrijale unutarnji prsten ležaja radi montaže. Međutim, termostat na grijaču može biti van kalibracije ili ga grijač uopće nema. U tom slučaju treba koristiti infracrveni termometar za praćenje i provjeru temeperatura ležaja. Ležaj se ne bi smio zagrijavati na više od 120°C prije montaže. Pregrijavanje ležajeva također skraćuje njihov životni vijek i dovodi do preranog otkazivanja.

Sva vratila imaju tokareno zaobljenje (r) na mjestu promjene poprečnog presjeka koje određuje mjesto nalijeganja ležaja na vratilo. Lice unutarnjeg prstena ležaja se treba osloniti na zaobljenje vratila po čitavom obodu čime se postiže položaj pod pravim kutem, što je prikazano na slici 2.

Slika 2.: Položaj ležaja na vratilu (izvor)

Nakon montaže se provjera je li prisutan razmak umetanjem mjernih listića debljine od 0,02mm do 0,05mm između unutarnjeg prstena ležaja i zaobljenja vratila u smjeru kazaljke na satu u položaju 3h, 6h, 9h i 12h, dakle po čitavom obodu. Kada se ležaj montira uprešavanjem tada obično nema razmaka ili je manja vjerojatnost da će se pojaviti.

Kada se montira prethodno zagrijan ležaj, tada ga treba “pridržati” pored zaobljenog dijela na sjedištu tako da ne dođe do sužavanja ležaja kada se ohladi. Hlađenje traje barem 3 do 5 min. Ako se ležaj ostavi kraće vrijeme, kasnije će biti posljedica u vidu naprezanja materijala i ubrzanog trošenja ležaja nakon montaže. Ako ležaj nije pravilno postavljen uz zaobljenje vratila, doći će do necentričnosti ležaja pa je provjera pomoću mjernih listića bitna da bi se kasnije vratilo neometano vrtjelo.

Posljednja dobra praksa je provjera centriranost usisne i tlačne cijevi da se izbjegne povlačenje pumpe i poništavanje centriranost agregata tj. uništavanje ležajeva i brtvenica. Postavite komparatore na glavčinu pumpe kada je spojka demontirana. Jedan komparator je postavljen sa prednje strane radi očitanja horizontalnog pomaka. Drugi komparator je postavljen na vrh glavčine radi očitanja vertikalnog pomaka. Na oba komparatora kazaljke moraju u tom položaju pokazivati 0.

Potom lagano otpustite vijeke koji spajaju usisnu i tlačnu prirubnicu na pumpi sa usisnom i tlačnom cijevi. Cijevi ne treba odvojiti, samo odmaknuti za 15mm do 20 mm od prirubnica. Vijek i matice možete ostaviti na mjestu. Ako se pritom na komparatorima pokažu pomaci od 0,02 mm ili više znači da cijevi povlače agregat i potrebno je napraviti korekciju položaja cijevi prije nego što se pumpa vrati na radnu poziciju nakon generalnog servisa. Ovaj korak se često zaboravlja. Velika je vjerojatnost da će se servisirana pumpa vratiti na mjesto s postojećim cijevima i imati kraći radni vijek zbog naprezanja uzrokovanih krutim cijevima.

Koju dobru praksu preporučujete pri servisu pumpe? Što smatrate manjkavim ili suvišnim? Podijelite iskustva u komentarima!

 

6 najčešćih tipova oštećenja vratila

Potaknuta vašim pitanjima i komentarima koje ste mi slali za članak Zašto se lomi vratilo pumpe? , danas donosim kratak pregled 6 osnovnih tipova oštećenja vratila te uzroka i posljedica za pumpu. Ovaj pregled vam može poslužiti kao podsjetnik ili šalabahter kada trebate obaviti osnovu detekciju što se dogodilo s vratilom rotacijskog stroja i pritom nemate previše vremena na raspolaganju.

Za detaljnije istraživanje uzroka koji su doveli do oštećenja vratila potrebno je primijeniti odgovarajuća ispitivanja te ponekad zatražiti dodatno mišljenje stručnjaka koji se bave materijalima i konstrukcijom strojnih dijelova. Za spriječavanje posljedica potreban vam je plan održavanja koji se dosljedno primjenjuje i obuhvaća preventivne i prediktivne tehnike.

Slika 1.: Djelovanje sila na vratilo centrifugalne pumpe

Krenimo redom:

1) Savijeno vratilo uzrokuje pretjerano radno opterećenje, djelovanje prevelikog momenta, kratko djelovanje udarnog opterećenja, te otkazivanje ležaja. Kažemo da je vratilo postalo kiflasto kada ga provjeravamo na stroju za balansiranje jer se tijekom balansiranja provjerava tkz. bacanje vratila odnosno njegov otklon nastao radi debalansa mase kada poprimi savijeni oblik.

Posljedice su uočljive kada tijekom rada rotacijski stroj ima povećane vibracije. Kada rastavimo pumpu vidjet ćemo oštećene ležajeve, rotor, potrošne prstene, oštećene elemente mehaničke brtvenice i reduktora.

2) Zamor materijala i nastanak pukotine na vratilu je uzrokovalo povećano naprezanje na skošenjima i zaobljenjima, koncentracija naprezanja na utoru za klin, nagle promjene dimenzija poprečnog presjeka, prevelika brzina vrtnje ili veliko torzijsko opterećenje. U ovom slučaju oštećenje ležajeva je najveća posljedica za pumpu.

3) Rupičasta korozija na površini vratila nastaje kada dođe do gibanja dijelova koji se montiraju s malim dosjednim tolerancijama. Započinje u obliku sitnih mikroskopskih udubljenja na površini materijala i s vremenom se povećava. Koroziji doprinose i kemijska svojstva radnog medija. Posljedica je oštećenje ležajeva, uljnog prstena, ponekad spojke i rotora na mjestu montaže na vratilo.

4) Necentriranost vratila pumpe se dogodi kada pumpa nije tehnički ispravno sastavljena tijekom servisa ili kada tijekom rada dođe do trošenja ležajeva a ponekad i zbog prevelikog opterećenja u radu. Posljedica se javlja u vidu povećanih vibracija kada je pumpa u radu te oštećenja ležajeva, rotora, potrošnih prstena, mehaničke brtvenice i reduktora.

5) Oštećena površina vratila nastaje djelovanjem korozije, onečišćenog radnog medija ili kada kemijska svojstva radnog medija nisu kompatibilna s metalom od kojeg je vratilo izrađeno. Oštećenja mogu nastati i prilikom izrade i djelovanje temperature veće od maksimalno dopuštene pri radu. Ovaj slučaj za posljedicu također ima oštećenje ležajeva u velikom broju slučajeva.

6) Izvijanje vratila se događa kada na vratilo djeluje povećano dinamičko opterećenje, nejednoliko opterećenje ili opterećenja u suprotnom smjeru od smjera vrtnje stroja. Ponekad se izvijanje dogodi i kada se prekorači kritična brzine vrtnje. Posljedica je oštećena kristalna struktura metala, oštećenje ležajeva, rotora, potrošnih prstena i dijelova mehaničke brtvenice.

Zasigurno ste primijetili kako se neki kvarovi ponavljaju za različite tipove oštećenja vratila. Zato treba više prakse prilikom zaključivanja o kojoj vrsti oštećenja se radi uz istovremeno promatranje tragova na vratilu i na ostalim dijelovima pumpe kada je rastavljena. Nadalje, treba provjeriti radne uvjete pumpe, pratećih cjevovoda i armature, kemijska i fizikalna svojstva radnog medija pomoću laboratorijske analize te revidirati plan preventivnog održavanja.

Koje tipove oštećenja vratila ste susretali? Kako ste otkrili uzroke? Podijelite iskustva u komentarima!

 

Zašto se lomi vratilo pumpe?

Lom vratila je nešto rjeđa vrsta kvara kod rotacijskih strojeva u procesnim postrojenjima i predstavlja veliki trošak. Često se za lom okrivljuje škart materijal, nemar prilikom konstruiranja, fuš u izradi vratila ili nepažnja prilikom montaže. Na koji god uzrok u ljutnji svalite krivnju zato što je stroj doživio iznenadnu havariju i zaustavio se a vas čeka popravak i neprekinuti rad do povratka stroja u rad, stanite se na trenutak i dobro pogledajte polomljeno vratilo, posebno pogledajte površine poprečnog presjeka na mjestu loma i smjer širenja pukotine.

Danas ćemo vidjeti na koji način nam ovi tragovi kazuju što se zaista s vratilom događalo prije loma i kako to spriječiti. Za arhivu dokumentacije stroja obavezno fotografirajte lom vratila i njegove površine.

Generalno, izgled oštećenih strojnih dijelova ukazuje na uzrok i na način nastanka oštećenja. Postoje 4 osnovna uzroka oštećenja: zamor materijala, preopterećenje, trošenje i korozija. Trošenje materijala i korozija su prema istraživanjima uzrok loma vratila u manje od 5% slučajeva i ostavljaju jasne tragove. Zamor materijala je puno češći uzrok u usporedbi s preopterećenjem. Ponekad korozija djeluje u kombinaciji sa zamorom materijala pa tada treba jasno razlučiti koji uzrok je imao veći utjecaj.
Izgled vratila na mjestu loma nastalog kao posljedica preopterećenja ovisi o tome je li materijal vratila krt ili elastičan.

Bilo da se radi o vratilu elektromotora, pumpe ili nekog drugog rotacijskog stroja, detaljna analiza loma vratila se u praksi rijetko izvodi jer je kompleksna i zahtijeva vremena. Međutim, ako dobro poznajete stroj i njegov rad te se desi lom vratila, analiza loma bi trebala biti prilično jednostavna zato što sam izgled materijala na mjestu loma daje indikaciju o smjeru djelovanja i jačini sila koje su djelovale na vratilo. Hrapavost površine na mjestu loma ukazuje na lom zbog preopterećenja kada je površina jednoliko gruba dok je površina na mjestu pukotine zbog zamora materijala glatka u korijenu pukotine i vrlo gruba na kraju pukotine, što prikazuje slika 1.

Slika 1. Zamor materijala

Preopterećenje uzrokuju sile koje su jače od čvrstoće materijala za izradu vratila. Niti jedno vratilo nije 100% čvrsto niti 100% elastično. Vratila ugrađena u ventilatore, većinu elektromotora i u reduktore su najčešće izrađena od čelika s niskim do srednjim udjelom ugljika i relativno su savitljiva. Kada na takva vratila djeluje opterećenje, dolazi do savijanja i distorzije. Preopterećenje uzrokuje sila koja djeluje samo jednom, dok zamor materijala uzrokuje ciklički ponovljeno opterećenje. Ako je vratilo puklo zbog preopterećenja tada je sila djelovala jednokratno i dovela do loma. Ako je zamor materijala doveo do loma, tada je sila mogla djelovati u ciklusima i do nekoliko tisuća puta prije nego se puknuće konačno dogodilo. Na slici 2. vidimo smjerove djelovanja sila na vratilo jednostupanjske centrifugalne pumpe.

Slika 2. Djelovanje sila na vratilo centrifugalne pumpe

Krti lom vratila je poprilično rijedak, nastaje kada veliko torziono naprezanje iznenada djeluje na vratilo. Zbog elastičnosti materijala lom nije nastao pod karakterističnim kutem 45°. Kada su elastični materijali preopterećeni počinju se ponašati kao krti. Krte lomove obilježava jednoliko gruba površina jer se pukotina stvara konstantnom brzinom. Vratilima rotacijskih strojeva se čvršćuju površine da se smanji brzina trošenja materijala.

Zamor materijala vratila uzrokuju sile koje su intenzitetom značajno slabije od sila što uzrokuju plastičnu deformaciju, pri čemu korozija smanjuje otpornost materijala na zamor. Pukotine nastale zbog zamora materijala se šire okomito na ravninu maksimalnog naprezanja. S obzirom na to da se materijal mijenja na mjestu nastanka pukotine, potrebno je dobro pogledati mjesto nastanka pukotine kako bi utvrdili smjer djelovanja sile.

Npr. zamor nastao djelovanjem torzijskih sila će stvoriti pukotinu koja napreduje u smjeru djelovanja naprezanja zato što je vratilo oslabljeno i zbog promjene rezonantne frekvencije. Da bi nastalo lom zbog zamora materijala, na njega mora djelovati cikličko opterećenje i do 1,000,000 ciklusa. Ako pukotina raste ravno duž vratila sila je djelovala uzrokujući savijanje u jednoj ravnini. Zamor materijala zbog djelovanja torzijske sile često prolazi neprimijećen jer masu puta nismo sigurni što gledamo na polomljenom vratilu pogotovo kada imamo istovremeno prisutne tragove korozije i lom pod kutem 45°, međutim ako je površina prelazi postepeno iz glatke u hrapavu znači da je uzrok loma savijanje.

Izvijanje vratila potiče zamor materijala jer hidrauličke sile djeluju na vratilo pumpe kada je ona u radu pa njihov intenzitet određuje koliko će biti izvijanje vratila. Promjer vratila na poprečnom presjeku, čvrstoća materijala, radijusi zaobljenja i kutevi skošenja te udaljenost između 2 ležaja također utječu na izvijanje. Kada promatramo radne uvjete, rad pumpe pri vrlo niskim ili vrlo visokim kapacitetima prepumpavanja u odnosu na radnu točku povećava izvijanje vratila. Hidraulička sila ne djeluje jednolikim intenzitetom duž čitavog vratila kada se ono vrti, doći će do savijanja i zamora materijala ako konstrukcija vratila ima defekata, što je prikazano na slici 3.

Slika 3. Lom vratila zbog zamora materijala i savijanja

Lomovi vratila nastali djelovanjem torzijske sile su bili rijetki sve do pojave elektromotora s frekventnim regulatorima (VFD) koji omogućavaju rad pri različitim brzinama, što je dovelo do jedne loše posljedice – brojnih kvarova nastalih radi zbog torzijskog loma vratila. Pukotine pritom nastaju na jednom kraju vratila radi koncentracije naprezanja na dnu utora za klin kada je spojka nepravilno bila montirana. Jedan pokazatelj je dijagonalna pukotina po poprečnom presjeku, pod kutem 45° , što je prikazano na slici 4.

Slika 4. Lom vratila djelovanjem torzijske sile

Faktor sigurnosti prilikom konstruiranja vratila može biti zanemariv ili ozbiljno preračunat te utječe na naprezanje vratila. Ako na svoju ruku idete raditi konstrukcijska poboljšanja vratila povećanjem ili smanjenjem faktora sigurnosti, obavezno sve zabilježite u dokumentaciji pumpe da se ne bi začudili kada idući put za 2 godine ugrađujete tvornički obrađeno vratilo a ono ne odgovara jer ste „malo potokarili rotor na području utora za klin povećavši mu dimenzije“ ili ugradili drugačiji tip ležaja ili nešto treće.

Način na koji se rotor pričvršćuje na vratilo također ima utjecaj. Svaki proizvođač pumpe ima svoj način montaže rotora i osiguravanja fiksnog položaja na vratilo. Rotor može biti pričvršćen standardnom maticom, klinom ili kombinacijom matice s podloškom i rascjepkom, kombinacijom matice i klina i sl. Utor za klin predstavlja mjesto koncentracije naprezanja i potencijalnog nastanka pukotine ako zaobljenja, kutevi i skošenja nisu pravilno tokarena. Kada je rotor učvršćen klinom može doći do labavljenja između ostalog radi nepravilno montiranog klina ili neodgovarajućih dosjednih površina. Rotor mora biti osiguran i pričvršćen na takav način da se neće olabaviti bez obzira u kojem smjeru se vrtjelo vratilo, što je prikazano na slici 5.

Slika 5. Osiguranje rotora podloškom i maticom

Prilikom naručivanja i kupnje novog pumpnog agregata trebate unaprijed tražiti nacrte vratila i pumpe od dobavljača ili proizvođača i provjeriti na koji način se montira rotor na vratilo i kako se pričvršćuje. Vratila kojima je utor za klin tokaren s većim radijusom zaobljenja na mjestima utora te na mjestima nalijeganja ležaja na vratilo su konstrukcijski bolja varijanta. Takva vratila su nešto skuplja ali sprječavaju labavljenje rotora u slučaju nefunkcionalnog ventila ili zamjene faza kod elektromotora koje će dovesti do vrtnje vratila u suprotnom smjeru.

Izvedba navoja (lijevovojni u odnosu na desnovojni) na mjestu montaže rotora kod jednostupanjskih centrifugalnih pumpi je takva da se zračnost rotora u odnosu na vratilo smanjuje ako vratilo rotira u smjeru kako je konstrukcijski predviđeno. Rotor se olabavi („klepeće“ na vratilu) ako vratilo rotira u suprotnom smjeru u odnosu na smjer predviđen specifikacijama. Rotori montirani s perom u čvrstom dosjedu se neće olabaviti ako dođe do suprotnog smjera vrtnje gledano iz smjera elektromotora prema pumpi.

Kod nekih elektromotora je okretni moment prilikom pokretanja u rad do 7 puta veći u odnosu na okretni moment u normalnom režimu rada. Automatsko pokretanje pumpnog agregata iz stanja mirovanja je najrizičniji trenutak jer može doći do savijanja i loma vratila na pogonskom ili pogonjenom stroju. Nekad se dogodi da se nakon montaže pumpe na radnu poziciju i spajanja elektromotora te uklopa u trafo stanici ide provjeravati smjer vrtnje elektromotora kada je spojka montirana i agregat centriran.

Ovakav postupak je također rizičan i može za posljedicu imati lom vratila jednog od strojeva ili spojke. Nekad se radi uštede vremena čitav isporučen agregat odmah montira u postrojenje skupa sa postoljem bez ikakvih prethodnih provjera smjera vrtnje pogonskog stroja pa onda imamo 50% vjerojatnosti da će se vrtjeti u suprotnom smjeru. To za posljedicu često ima odvrtanje matice i labavljenja rotora pumpe ili lom spojke i/ili vratila. Konstrukcijski utjecaj je kada vratilo ima mali promjer poprečnog presjeka u odnosu na duljinu jer će tada doći do savijanja. Ostali direktni uzročnici lomova se javljaju ako na vratilo djeluje velika sila savijanja ili okretni moment veći od dozvoljenog, ako je izrađeno od materijala koji ne odgovara radnom mediju ili ako je rotacijski stroj u kontinuiranom radu predugo vremena od propisanog te konstantno radi na temperaturi većoj od dozvoljene.

Za kraj, provjerite što se događa na tlačnoj strani cjevovoda pumpi. Pumpe imaju nepovratni ventil na tlačnoj strani koji često propušta radi kvarova poput deformacije metala, erozije sjedišta i puknuća klapne koji se dogode tijekom vremena. Kada je ventil pokvaren, dolazi do povrata radnog medija natrag prema pumpi i porasta opterećenja na rotor i vratilo. U preventivno održavanje treba biti uključen pregled ventila cijevi i ostalih elemenata strojnog sustava jer svi imaju utjecaj na rad pumpe a time i na naprezanje vratila.

Je li vam se dogodio lom vratila? Koji je bio uzrok loma? Na koji način ste otkrili uzrok loma? Podijelite iskustva u komentarima!

 

Proračun osnovnih radnih parametara centrifugalne pumpe

Prema nekim istraživanjima, zastupljenost standardnih centrifugalnih pumpi s jednim rotorom u proizvodnim postrojenjima doseže do 85% u usporedbi s ostalom rotacijskom opremom. Imate li takvu pumpu već nekoliko godina u radu ili ste ugradili novu, potrebno je s vremena na vrijem provjeriti osnovne radne parametre pumpe koji u prvom redu ovise o njenim dimenzijama.

Danas ćemo vidjeti na praktičnom primjeru na koji način se proračunavaju i provjeravaju osnovni radni parametri jednostavne centrifugalne pumpe, poput ove prikazane na slici 1. Formule i jednadžbe iz ovog primjera također mogu poslužiti za provjeru parametara svih postojećih pumpi koje već imate ugrađene u procesna postrojenja.

Slika 1. Centrifugalna pumpa

Za potrebe proračuna smatrat ćemo da je pumpa ugrađena u sustav prikazan na slici 2., pri čemu prepumpava vodu iz spremnika D i E u spremnike A, B i C. Proračun sam radila direktno u xls.tablici uz navođenje formula s desne strane. Prilikom uvrštavanja vrijednosti u formule, obavezno pripazite na mjerne jedinice.

Slika 2. Sustav prepumpavanja vode iz spremnika

Prema postojećoj konstrukciji i liste podataka o pumpi koju daje proizvođač u tehničkoj dokumentaciji, instalaciji strojnog sustava u postrojenju i izmjerama koje smo sami provjerili:

Izračunati podaci:

Ako želimo provjeriti radne parametre višestupanjskih pumpi, proračun će biti nešto kompleksniji, međutim i dalje koristimo ove formule. Opisani tip proračuna može nam poslužiti prilikom naručivanja novih pumpi, u situacijama kada ste novi djelatnik na postrojenju i želite ustanoviti zašto određena pumpa ima problema sa radom a da nisu uzrokovani fizikalno kemijskim tokom proizvodnog procesa niti ljudskom greškom i sl. Također, u složenim sustavima možete se konzultirati sa projektantom ili originalnim proizvođačem pumpi da ustanovite moguće uzroke nepravilnog rada pumpe.

Provjeravate li radne parametre jednostupanjskih centrifugalnih pumpi? Koju vrstu proračuna koristite? Podijelite svoja iskustva u komentarima!

 

 

Znate li izračunati trošak pumpnog agregata tijekom njegovog životnog vijeka?

Pumpni agregati za svoj rad troše 20%-25% energije u procesnom postrojenju. Iako se kupuju zasebno, svaki pumpni agregat (sastavljen od pumpe, elektromotora i spojke) funkcionira samo unutar procesnog sustava. Količina energije i radnog medija ovise o konstrukciji pumpe, konstrukciji strojnog sustava i načina na koji se odvija proizvodni proces. Ovi čimbenici su neovisni i moraju si međusobno odgovarati tijekom čitavog životnog vijeka da bismo ostvarili minimalnu potrošnju energije i minimalne troškove održavanja, dug radni vijek i maksimalnu iskoristivost.

Početni trošak kupovine opreme je samo mali dio ukupnog troška životnog vijeka za pumpe velike iskoristivosti. Danas ćemo razmotriti koji sve čimbenici utječu na ukupan trošak životnog vijeka pumpnog agregata kako bismo bolje razumjeli funkcioniranje dijelova i identificirali situacije za smanjenje potrošnje energije, rada i održavanja. Životni vijek prosječno pumpnog agregata je 20 do 25 godina, iako u Hrvatskoj postoje proizvodna postrojenja s pumpama starijim od 30 godina.

Na slici 1. imamo primjer jednostavnog pumpnog agregata (lijevo) te grubu raspodjelu troškova tijekom njegovog životnog vijeka (desno) koje čine troškovi održavanja, troškovi energenata, troškovi nabave i ugradnje te objedinjeno čitav niz manjih troškova.

Slika 1. Pumpni agregat i raspodjela troškova

Metode za analizu životnog vijeka postojećih pumpnih agregata
Prije nego što započnemo čitav proces kalkulacije troškova životnog vijeka za novi pumpni agregat, preporuča se provjeriti trošak životnog vijeka postojećih pumpnih agregata koje već imamo ugrađene na proizvodnim postrojenjima poput ovog na slici 1. Prednost je što za postojeće agregate već imamo određenu količinu povijesnih podataka o kvarovima, troškovima nabave, popravaka, održavanja i sl. Za početak treba prikupiti sve dostupne podatke o pumpnim agregatima, odrediti potrebne protoke za sustav prepumpavanja, provjeriti jesu li gubici u sustavu svedeni na najmanju moguću mjeru te odrediti koji agregati imaju najveće troškove održavanja.

Prilikom analize možemo koristiti 2 metode:

1) promatranje rada stvarnog sustava: bilježe se promjene tlakova, diferencijalnih tlakova i protoka radnog medija u sustavu cjevovoda i analizom prikupljenih podataka u realnom vremenu. Ova metoda omogućava pregled rada stvarnog sustava, međutim fizikalna ograničenja proizvodnog procesa i prisutni rizici onemogućavaju eksperimentiranje s većim varijacijama radnih parametara. Drugim riječima, ako u određenom momentu pretjerate s povećanjem protoka, možete izbaciti pumpu iz rada i time obustaviti proizvodni proces a takvu vrstu eksperimentiranja vam u stvarnosti neće dozvoliti niti jedan voditelj postrojenja

2) izračun primjenom tehnika mehanike fluida, stvaranjem matematičkog modela za sustav cjevovoda i potom računanja tlaka i protoka u određenim točkama cjevovoda. Matematički modeli omogućavaju brojne varijacije i istraživanje alternativa, međutim imajte na um da niti jedan model nije 100% savršen i da ga svakako treba provjeriti u stvarnim uvjetima rada.

Bez obzira na vrstu provedene analize, vaš krajnji cilj će biti dobivanje cjelovite slike o tome kako funkcioniraju pojedini dijelovi strojnog sustava u kojem radi pumpni agregat, utjecajima procesnih parametara na njegov životni vijek te određivanju potencijalnih karakteristika koje je moguće optimizirati.

Trošak životnog vijeka pumpnog agregata

Trošak životnog vijeka pumpe temeljem matematičke analize daje procjenu postojećeg stanja te uvid u potencijalna optimalna rješenja za povećanje životnog vijeka agregata i postizanje veće iskoristivosti stroja. Analiziraju se dva ili više konstrukcijski istih ili dovoljno sličnih agregata. Treba pripaziti da se promatraju isti konstrukcijski ili procesni parametri. Trošak životnog vijeka pumpe predstavlja ukupan trošak nabave, ugradnje, rada, održavanja, nabave i skladištenja rezervnih dijelova, popravaka, generalnih servisa, utjecaja na okoliš i zbrinjavanja opreme.

Određivanje troška životnog vijeka obuhvaća metodologiju kojom određujemo i kvantificiramo sve nabrojene troškove. Trošak životnog vijeka možemo koristiti za procjenu isplativosti nove pumpe u usporedbi s troškom generalnog servisa postojeće pumpe identičnih karakteristika, procjenu vrste održavanja te isplativosti kroz buduće vremensko razdoblje.

Trošak životnog vijeka pumpnog agregata računa se po formuli:

Tz = Tic + Tin + Te + To + Tm + Ts + Tenv + Td

pri čemu je:

Tz …Trošak životnog vijeka pumpe

Tic …trošak nabave/kupovine agregata, strojnog sustava, pomoćnog sustava

Tin … trošak ugradnje i puštanja u rad, uključujući obuku djelatnika

Te … trošak energenata, procjenjeni trošak potrošnje energenata kada je sustav u radu, uključujući pogonski stroj, opremu za praćenje rada te pomoćni sustav

To … trošak rada agregata, obuhvaća normalan svakodnevni nadzor rada

Tm … troškovi rutinskog održavanja i popravaka temeljem prediktivnog državanja

Ts … troškovi zastoja (gubitka proizvodnje zbog kvara)

Tenv … troškovi onečišćenja okoliša radi izlijevanja radnog medija npr.zbog propuštanja brtvenice ili pomoćnog sustava brtvljenja

Td … troškovi zbrinjavanja na kraju životnog vijeka, uključujući radove demontaže

Sada ćemo detaljno razraditi svaki tip troškova kako bismo dobili cjelovitu računicu.

Trošak nabave pumpnog agregata i/ili strojnog sustava, Tic

Prilikom projektiranja proizvodnog postrojenja projektant mora odlučiti o prostornom planu svih strojnih sustava. Pumpni agregati su povezani cjevovodima, što je manji promjer cijevi i armature to će biti niži trošak nabave i ugradnje čitavog sustava. Međutim, cjevovodi manjih promjera moraju biti spojeni na pumpe veće snage koje će davati veći tlak, što rezultira skupljim pumpama. Manji promjer cijevi na usisnoj strani pumpe rezultira nižom neto pozitivnom usisnom visinom. Tijekom faze projektiranja javit će se i drugi izbori koji mogu utjecati na početno ulaganje u izgradnju procesnog postrojenja, počevši od kvalitete izabrane opreme.

Različiti materijali od kojih je izrađena oprema i strojevi imaju različite brzine trošenja, različite mogućnosti podnošenja radnog opterećenja i utjecaja radnih medija, pogotovo u kemijskoj i naftnoj industriji. Različiti tipovi strojeva mogu imati različite troškove nabave, ali u konačnici dovesti do manjeg troška ukupnog životnog vijeka. Početna ulaganja uključuju još troškove projektiranja, administraciju nabave, testiranja i inspekcijske preglede, proces nabave, obuku djelatnika, rezervne dijelove za pokretanje i dvogodišnji rad te pomoćnu opremu za nadzor, upravljanje, hlađenje i brtvljenje.

Trošak ugradnje, puštanja u rad i obuke djelatnika, Tin

Trošak ugradnje prosječnog pumpnog agregata i njegovo puštanje u rad obuhvaća troškove betoniranja temeljne ploče, montažu nosača i pričvršćivanje sidrenim vijcima na temelje te podlijevanje betonom ili epoksi smjesom, spajanje usisnih i tlačnih cijevi, montažu usisnih, tlačnih i regulacijskih ventila, spajanje električnih kabela, spajanje instrumentalnih kabela i instrumentalnih uređaja, spajanje pomoćnih sustava, ispiranje strojnog sustava prije puštanja u rad radi uklanjanja nečistoće i ispitivanja nepropusnosti, analizu učinkovitosti pri prvom puštanju u rad te potrebna podešavanja, dotezanja i prilagodbe sustava nakon puštanja u rad. Ugradnju može izvesti dobavljač opreme, podizvoditelj ili djelatnici matične kompanije. Izbor izvoditelja radova utječe na trošak radne snage, vještinu radne snage, dostupnost alata i uređaja za izvođenje radova.

Ugradnja uključuje još i transport opreme i strojeva, postavljanje na predviđena mjesta prema prostrnom planu postrojenja, spajanje sustava, nadzor radova te obuku djelatnika. Pokretanje strojeva mora biti prema uputama proizvođača i izvodi se uz prisustvo predstavnika proizvođača i/ili dobavljača. Pritom treba ispuniti kontrolne liste radi provjera funkcionira li oprema unutar određenih parametara. Nakon uspješnog završetka faze puštanja u rad sve uključene strane potpisuju primopredajni zapisnik.

Trošak potrošnje energenata u mirovanju, radu te za pomoćne sustave, Te

Potrošnja energije je jedan od najvećih troškovnih elemenata u ukupnom trošku životnog vijeka stroja, pogotovo ako pumpa radi više od 2500 sati godišnje. Snaga pumpe računa se po formuli:

pri čemu je

Q…. protok

H …. visina dobave

η_p … učinkovitost pumpe

η_m … učinkovitost elektromotora/pogonskog stroja

s.g. … specifična gustoća radnog medija

Projektant postrojenja mora imati zasebne podatke za svaki pumpni agregat ili strojni sustav u odnosu na ukupnu učinkovitost rada. Učinkovitost se može promatrati kao ukupna učinkovitost pojedinog pumpnog agregata ili kao ukupna količina energije koju je sustavu utrošio u različitim režimima rada. Izbor pogonskog stroja utječe na količinu utrošene energije. Npr., više struje se koristi za pogon pumpe klasičnim elektromotorom nego elektromotorom sa frekventnim pretvaračem. K tome, ponekad potrošnja energije ne ovisi o radnom opterećenju, npr. kada sustav upravljanja sam podešava konstantno energetsko opterećenje dok varijabilni elektromotor troši različitu količinu energije pri različitim radnim opterećenjima.

Primjena prigušnih ventila, prekotlačnih ventila ili mjernih blendi za kontrolu rada će smanjiti učinkovitost i povećati količinu potrošene energije. Također, treba uključiti trošak energije i materijala potreban za rad pomoćnih sustava, poput troškova grijanja i hlađenja, sustava ispiranja te sustava brtvljenja. Npr. pomoćni sustav hlađenja uključuje trošak pripreme rashladne vode, pumpe, filtera te izmjenjivača i armature.

Troškovi rada agregata uz svakodnevni nadzor, To

Troškovi rada ovise o kompleksnosti i svrsi sustava prepumpavanja. Npr., pumpa koja se koristi za pumpanje sirove nafte treba biti više puta provjeravana tijekom dana radi propuštanja, pouzdanog rada i odgovaraju li radni parametri potrebama proizvodnog procesa. S druge strane, pumpa za prepumpavanje pročišćene vode u automatiziranom sustavu treba vrlo malo ili nimalo nadzora tijekom rada. Redovito praćenje rada daje informaciju operaterima o potencijalnim gubicima u sustavu pumpanja. Ključni pokazatelji rada pumpnog agregata su promjene brzine vibracija, neuobičajene promjene temperature, razine buke, povećanje/smanjenje potrošnje energije, količina protoka i tlak radnog medija na tlačnoj strani.

Troškovi rutinskog održavanja i popravaka temeljem prediktivnog održavanja, Tm 

Održavanje optimalnog radnog vijeka pumpe zahtijeva redovito održavanje i servisiranje. Proizvođači agregata daju preporuke o učestalosti i kompleksnosti rutinskog održavanja. Troškovi rutinskog održavanja ovise o učestalosti, opsegu i količini utrošenog materijala. Konstrukcija pumpe utječe na trošak materijala, izbor rezervnih dijelova te trajanje servisa. Program održavanja može biti planiran tako da se vrše skuplji servisi tijekom duljih vremenskih intervala ili da se provode jednostavne aktivnosti tijekom kraćih vremenskih intervala. Tijekom servisnih radova pumpa je demontirana s radne pozicije u postrojenju i prevezena u mehaničarsku radionicu.

Tijekom trajanja radova u radionici smanjuje se pouzdanost procesnog postrojenja i mogući su gubici u proizvodnji ako pumpa nema zamjensku poziciju. Troškovi servisa mogu biti smanjeni tako da se godišnje planira raspored servisa tijekom perioda kada je procesno postrojenje u obustavi ili u remontu.

Ukupan trošak rutinskog održavanja se dobije kada pomnožimo trošak pojedinačnih aktivnosti s brojem izvršenih aktivnosti održavanja tijekom očekivanog radnog vijeka pumpe. Iako ne možemo predvidjeti točan broj neočekivanih ispada ili kvarova, izračunavši srednji period između kvarova (MTBF) možemo dobiti prihvatljivu procjenu. MTBF se može procijeniti za pojedinačne dijelove pumpe i potom kombinirati da dobijemo konačan broj za čitav agregat. Ponekad je dovoljno razmotriti najbolji i najgori mogući scenarij „što ako“ za slučaj najkraćeg trajanja životnog vijeka i za slučaj najduljeg životnog vijeka temelj povijesnih podataka o radu stroja zabilježenih u računalnom sustavu za upravljanje održavanjem CMMS.

Proizvođači agregata mogu odrediti i dati informacije o MTBF za dijelove čiji kvarovi obustavljaju rad pumpe i skraćuju njen životni vijek ispod prihvatljivog trajanja. Vrijednosti MTBF se dobiju analizom povijesnih podataka ili pomoću matematičkih modela. Vrijednosti se najčešće odnose na vijek trajanja brtvenice, ležajeva, vratila, spojke i potrošnih prstena. MTBF vrijednosti se mogu usporediti s očekivanim vijekom trajanja i izračunatim brojem kvarova promatranog agregata. Ipak, moram vas upozoriti da često proizvođači strojeva nisu baš voljni pružiti ovakvu vrstu podataka kada im pošaljete upit. Na MTBF također utječu radni parametri proizvodnog procesa te načini rukovanja strojem.

Troškovi zastoja/gubitka proizvodnje, Ts

Trošak neočekivane obustave proizvodnog procesa i gubici proizvodnje imaju značajan udio u trošku životnog vijeka stroja. Unatoč očekivanom životnom vijeku definiranom u fazi konstruiranja stroja, u stvarnosti će prije ili poslije doći do neočekivanih havarija. U slučajevima havarija kada je gubitak proizvodnje neočekivano visok, često se ugrađuje rezervni pumpni agregat kako bi se smanjio rizik. Ako imamo raspoloživ rezervni pumpni agregat, početni troškovi će biti veći, ali trošak neplaniranog popravaka radi havarije će uključivati samo rad mehaničara i rezervne dijelove jer ćemo izbjeći neplanirane gubitke proizvodnje.

Troškovi čišćenja okoliša nakon izlijevanja radnog medija, Tenv

Troškovi sanacije onečišćenja okoliša tijekom životnog vijeka pumpnog agregata ovise o vrsti radnog medija koji se prepumpava i izlije u okoliš zbog neočekivanog propuštanja. Određeni radni mediji manje onečišćuju okoliš u usporedbi s drugima, ali imaju veće troškove proizvodnje. Neki primjeri onečišćenja okoliša nastali zbog kvara pumpnog agregata su propuštanje rashladne vode iz sustava brtvljenja zbog oštećenja mehaničke brtvenice, izlijevanje korozivnih ili toksičnih radnih medija, propuštanje ulja za podmazivanje uslijed oštećenja brtvenog prstena na ležajnom kućištu te propuštanje na kućištu radi pukotina. Ovdje treba uključiti i godišnje troškove nadzora inspekcijskih tijela, obnavljanej vodopravne dozvole i sl.

 Troškovi zbrinjavanja i demontaže na kraju životnog vijeka, Td

U većini slučajeva, troškovi zbrinjavanja pumpnog agregata imaju male varijacije u iznosu, bez obzira na konstrukciju pumpe te vrstu radnog medija koji je prepumpavala. Trošak demontaže i zbrinjavanja pumpe za prepumpavanje otpadne vode i pumpe za prepumpavanje glicerina su jednaki. Iznimka su slučajevi kada radni medij podliježe posebnim zakonskim regualtivama poput toksičnih ili radioaktivnih tvari. Tada se trošak demontaže i zbrinajvanja može povećati nekoliko puta radi posebnih uvjeta koje treba ispunjavati i tako u konačnici uvećati ukupan trošak životnog vijeka agregata.

Ukupan trošak životnog vijeka
Procijenjeni troškovi različitih elemenata koji čine životni vijek pumpnog agregata moraju biti izračunati tako da ih je moguće uspoređivati s troškovima različitih tipova konstrukcije pumpi. Najjednostavnije i najpreglednije je pomoću tablice. Za elemente kojima nije moguće izračunati konkretnu vrijednost treba upisati objašnjenje. Napominjem da je u razmatranje troškova potrebno provjeriti i razmotriti postojeće troškove energenata, očekivane godišnje stope inflacije za cijene energenata tijekom životnog vijeka agregata, kamatne stope, očekivane rabate te trošak amortizacije.

Za kraj današnjeg članka, ovdje je mali šalabahter sa smjernicama za smanjenje troška životnog vijeka pumpnog agregata:

• redovito primjenjujte preventivno održavanje,
• prilikom svakog servisa pumpe provjerite unutarnje zračnosti među dijelovima,
• prilikom nabave novog agregata vodite se principima troškova koje smo ovdje naveli,
• provjerite imate li prisutan gubitak energije zbog regulacijskih ventila,
• racionalno koristite pomoćne sustave,
• nemojte nabaviti prekapacitiranu/podkapacitiranu pumpu,
• odaberite pumpu i pogonski stroj prema potrebnoj namjeni i radnom mediju,
• nabavite visoko učinkovit elektromotor,
• vodite računa da imate odgovarajuću spojku ili reduktor,
• analizirajte postojeće sustave pumpnih agregata i provjerite gdje imate mogućnosti za poboljšanja,
• provjerite postoje li načini za optimizaciju troškova postojećih agregata,
• provjerite odgovaraju li postojeći agregati zahtjevima prepumpavanja u uvjetima rada proizvodnog procesa te
• uvijek nastojite pratiti učinkovitost rada postojećeg sustava i tu ćete naći prve mogućnosti za poboljšanja.

Znate li izračunati trošak pumpnog agregata tijekom njegovog životnog vijeka? Koje metode ste koristili? Koje parametre ste uključili u izračun? Podijelite svoja iskustva u komentarima!

Osnove podmazivanja odrivnog ležaja

Odrivni ležaj s podesivim segmentima je vrsta kliznog ležaja konstruiran tako da prenosi visoka aksijalna opterećenja nastala vrtnjom vratila uz minimalne gubitke snage, jednostavnu ugradnju, i barem u teoriji, jednostavno održavanje. Promjeri vratila rotacijskih strojeva na koje se ugrađuju odrivni ležajevi se kreću u rasponu od 20 mm do preko 1 000 mm. Maksimalno opterećenje koje mogu nositi odrivni ležajevi ovisno o konstrukciji i se kreće u rasponu od 500 kg do 500 tona.

Postoje 2 tipa različite geometrije u konstrukciji ležaja. Prvi tip odrivnog ležaja nema disk za uravnoteživanje i koristi se u reduktorima i drugim sklopovima gdje je potrebno osigurati okomitost među osi vratila i ležajnog lica. Drugi tip ležaja ima disk za uravnoteženje i obično se montira na vanjskoj, neradnoj strani višestupanjskih centrifugalnih pumpi ili centrifugalnih kompresora.

Odrivni ležaj koji danas razmatramo se tipično sastoji od parnog broja aksijalnih, samopodesivih segmenata poredanih u obliku kružnog vijenca. Odrivni prsten nosi nivelirajuće segmente koji se uparuju s odrivnim segmentima. Na slici 1. s lijeve strane je prikazan jedan rastavljeni odrivni ležaj, dok s desne strane vidimo odrivni ležaj u sklopu montiran u ležajno kućište.

Slika 1. Rastavljeni odrivni ležaj i montirani ležaj u ležajnom kućištu (izvor)

Mogućnost segmenata da se sami podešavaju ovisno o djelovanju opterećenja stvara samoodrživi hidrodinamički uljni film. Ležaj obično ima zračnost između 0,355 mm i 0,5 mm u odnosu na disk i ulje se ubrizgava između ležaja i diska. Ubrizgano ulje poprima oblik klina debljine 20–25 μm i podnosi djelovanje tlaka do 35 bar pa proizvođači opreme biraju veličinu ležaja koji će pri normalnim radnim uvjetima biti podmazivan uljem što podnosi tlak opterećenja do 17 bar.

Odrivni ležajevi sa samopodesivim segmentima se preporučuje koristiti kako bi se u rotacijskim strojevima vibracije održale u dozvoljenim granicama pri različitim brzinama vrtnje i radnim opterećenjima, za razliku od ležaja s blazinicom u obliku limuna kod kojih nastaju uljni vrtlozi. Također, ležajevi s blazinicom u obliku limuna ne mogu stabilizirati vibracije ako opterećenje djeluje pod kutem u odnosu na centralnu os ležaja, s obzirom na to da krutost uljnog filma u tom području nije dovoljna da bi pomogla u ublažavanja nestabilnog rada uzrokovanog povećanjem vibracija.

Odrivni ležaj sa samopodesivim segmentima ima prednost pred drugim vrstama ležajeva zato što osigurava povećanu kontaktnu površinu s obzirom na to da se svaki segment zasebno prilagodi položaju orbite koju stvara vratilo u određenom trenutku. Ova vrsta ležaja također učinkovito sprječava nastanka uljnih vrtloga jer između segmenata prilagodbom položaja nastaje smanjena zračnost koja istiskuje višak ulja. Mehanički gubici nastali tijekom rada ovise o protok ulja te radnoj temperaturi ležaja ako ona prijeđe preko 17°C više od dozvoljene radne temperature.

Različiti proizvođači nude odrivne segmente izrađene od raznih materijala. Segmenti izrađeni od polimernih materijala mogu podnijeti temperature i do 120°C više u usporedbi s bijelim metalom koji je ograničen na temperaturu 240°C. Također, promjena položaja odrivnog segmenta tijekom rada utječe na radnu temperaturu samog segmenta.

Centrično smješteni nivelirajući segmenti pri umjerenim brzinama vrtnje ne utječu na podnošenje radnog opterećenja. Necentrično smješteni nivelirajući segmenti mogu smanjiti temperaturu na površini odrivnih segmenata i tako povećati razinu nosivosti radnog opterećenja tijekom rada stroja.

Kako funkcionira podmazivanje odrivnog ležaja?

Postoje 2 načina podmazivanja ležajeva. Prvi način je takav da se ležajno kućište u potpunosti ispuni uljem u koje se ležaj uroni i primjenjuje se kod ležajeva koji rade na manjim brzinama vrtnje. Drugi način je prisilnim ili direktnim usmjeravanjem ulja direktno na odrivne površine odakle ulje slobodno otječe u nazad kućište. Ovaj način podmazivanja primjenjuje se kod ležajeva koji rade na velikim brzinama vrtnje i danas ćemo ga detaljnije razmotriti jer je kompleksniji i pruža određene prednosti.

Direktno podmazivanje se odvija u zatvorenom sustavu koji čine spremnik, pomoćna pumpa za prepumpavanje ulja, filter, izmjenjivač topline te cjevovodi i prateća armatura. Ulje za podmazivanje odrivnog ležaja se iz spremnika prepumpava kroz filter i kroz izmjenjivač. Ulje prolazi kroz mjernu blendu kojom se kontrolira ili prigušuje količina protoka i održava tlak ulja, minimalno u rasponu od 0.7 bar do 1.0 bar za spriječiti propuštanje. Ako konstrukcija sklopa uključuje ulaz i izlaz vratila iz ležajnog kućišta, na tim dijelovima kućišta će biti montirane gumene brtve.

Na slici 2. prikazan je odrivni ležaj montiran na vratilo koje se u radu vrti na određenom broju okretaja. Podmazivanje odrivnog ležaja smještenog u ležajnom kućištu se odvija tako da ulje prvo ulazi preko vanjskog brida osnovnog prstena (1), potom prolazi kroz radijalne žljebove na stražnjoj strani osnovnog prstena (2) i protječe kroz zračnost između provrta osnovnog prstena i vratila (3).

Slika 2. Način podmazivanja odrivnog ležaja (izvor)

Ulje zatim protječe kroz unutarnji provrt odrivnog diska (4) i ulazi kroz segmente (5) da bi na obodu odrivnog diska došlo do izbacivanja posvuda uokolo diska zbog centrifugalne sile nastale vrtnjom vratila (6). Na kraju ulje tangencijalno odlazi s diska prema van, tj. slijeva se u donji dio kućišta (7). Prisilno podmazivanje smanjuje temperaturu ležaja i hladi ga prilikom rada odvodeći toplinu.

Odrivni ležajevi koji se podmazuju na oba načina mogu biti istih dimenzija i imati jednako velike odrivne segmente. Kod direktnog podmazivanja tlak ulja za podmazivanje je u rasponu od 1.4 bar do 2 bar (ponekad i 2.5 bar, ovisno o konstrukciji i namjeni). Brzina strujanja ulja kroz prolaze ne smije premašiti 3 m/s kako bi se osigurao dovoljan tlak. Kućište mora imati dovoljno veliki volumen u koji stane potrebna količina ulja te spriječiti preveliki odljev ulja u području oboda na disku.

U zatvorenom sustavu podmazivanja potrebno je odgovarajuće vanjsko hlađenje i zato se ugrađuje cijevni tip izmjenjivača. Kvaliteta ulja za podmazivanje je kritična ako želimo imati dug životni vijek ležaja. Krute čestice i prljavština mogu oštetiti radne površine ležaja i kontaminirati ulje te promijeniti svojstva podmazivanja. Zato u sustavu podmazivanja postoji filter s odgovarajućom mrežicom koji treba čistiti ili zamijeniti mrežicu kada poraste diferencijalni tlak na manometru.

Izbor ulja s odgovarajućim viskozitetom je važan za svaki odrivni ležaj i treba se pridržavati preporuka proizvođača. Upotreba manje viskoznog ulja može dovesti do stvaranja uljnog filma opasno male debljine; ulja većeg viskoziteta će nepotrebno stvorti podeblji uljni film i povećati gubitke snage.

Prije puštanja stroja u rad potrebno je pokrenuti pomoćni sustav podmazivanja i pustiti ulje kroz odrivni ležaj. Pri prvom pokretanju, pri pokretanju nakon generalnog servisa ili nakon duljeg stajanja stroja pratite temperature ležajeva radi mogućih anomalija. Temperature ležaja mogu varirati s brzinom vrtnje i temperaturom okoline. Kada su prisutne normalne sezonske temperature okoline, upravljački krugovi instrumenata kojima se prate vrijednosti temperature mogu se podesiti sukladno tome. Obično će se alarm za prekoračenje temperature postaviti na 8°C iznad normalne radne temperature. Visoka razina prorade zaštite od previsoke temperature obično je postavljena na 14°C iznad najviše normalne radne temperature ili u sukladnosti prema uputama proizvođača opreme. Maksimalna radna temperature ležaja mora se ograničiti na 130°C pri čemu se ulje tangencijalno odvodi u smjeru rotacije diska.

Pratite li podmazivanje odrivnih ležajeva kod vaših rotacijskih strojeva? Koje ste najčešće kvarove imali? Podijelite svoja iskustva u komentarima!

 

Prednosti i nedostaci pumpi spojenih u seriju

      Određeni dijelovi proizvodnog procesa trebaju dobavu radnog medija pod većim tlakom. U tom slučaju koriste se centrifugalne pumpe montirane jedna iza druge, odnosno dvije jednostupanjske pumpe spojene u seriju. Zanimljivo je da višestupanjska centrifugalna pumpa zapravo funkcionira na principu nekoliko jednostupanjskih pumpi spojenih u seriju, tj. svaki rotor i segmentno kućište višestupanjske pumpe se može promatrati kao pojedinačna jednostupanjska centrifugalna pumpa. Na slici 1. vidimo Q-H krivulju serijski spojenih pumpi koje imaju jednake konstrukcijske karakteristike (jednak promjer rotora, dimenzije spiralnog kućišta, identične ležajeve itd.). Rezultantna Q-H krivulja ima dvostruku visinu dobave za istu količinu protoka na x-osi, tj. protok je jednak kroz obje pumpe Q₁=Q₂, dok je ukupna visina dobave jednaka 2H_max.

Slika 1. Q-H krivulja serijski spojenih centrifugalnih pumpi jednakih karakteristika

      Na slici 2. prikazana je Q-H krivulja kada se serijski spoje dvije pumpe različitih konstrukcijskih karakteristika. Rezultirajuća visina dobave se dobije tako da zbrojimo visine dobave obje pumpe, H₁+H₂ za jednak protok Q₁=Q₂. Osjenčano područje s desne strane ukazuje da će jedino pumpa 2 imati dobavu za taj dio Q-H krivulje zato što pumpa 2 može postići veći maksimalni protok nego pumpa 1.

Slika 2. Q-H krivulja serijski spojenih pumpi različitih karakteristika

      Pumpe različitih konstrukcijskih karakteristika se rjeđe montiraju u procesnim postrojenjima i tada su kombinacija pumpe s većim i manjim promjerom rotora ili pumpe koju pokreće običan elektromotor i pumpe pokretane varijabilnim frekventnim elektromotorom. Potonju kombinaciju najčešće koristimo kada želimo postići visok tlak tijekom duljeg vremenskog razdoblja. Prva se montira pumpa s običnim elektromotorom koji ima stalnu brzinu vrtnje i koja osigurava dobavu sljedećom pumpi pokretanoj varijabilnim elektromotorom čija se brzina vrtnje regulira ovisno o tlaku na tlačnoj strani. Transmiter tlaka na slici 3. mjeri tlak u tlačnom cjevovodu i šalje signal uređaju za kontrolu brzine vrtnje frekventnog elektromotora, pri čemu se ovisno o potrebno tlaku povećava ili smanjuje brzina vrtnje.

Slika 3. Pumpe pokretane različitim elektromotorima spojene u seriju

*** Kakva su vaša iskustva u radu s centrifugalnim pumpama spojenih u seriju? Podijelite ih u komentarima!

Prednosti i nedostaci paralelnog rada pumpi

     U proizvodnim postrojenjima često ćete vidjeti dvije pumpe različitog ili istog kapaciteta i konstrukcijskih performansi povezanih u paraleli da bi se povećao njihov radni učinak u sustavu prepumpavanja (obično strojari kažu da im pumpe rade u paru). Pumpe u paralelnom radu se koriste kada je potreban protok veći nego što ga može postići pojedinačna pumpa i kada sustav ima potrebe za varijabilnim protokom, što se postiže uključivanjem i isključivanjem pumpi iz paralelnog rada. Da se izbjegne zaobilazna cirkulacija kada jedna od pumpi ne radi, obično se ugrađuje nepovratni ventil na tlačnom cjevovodu što je prikazano na slici 1. Rezultirajuća radna krivulja je određena povećanjem protoka koji pumpe postižu pri odgovarajućoj visini dobave.

Slika: Paralelno spojene centrifugalne pumpe

     Ukupna Q-H krivulja je postignuta zbrajanjem protoka za postignutu visinu dobave. S obzirom na to da se u ovom primjeru radi o dvije identične centrifugalne pumpe, visina dobave je jednaka za obje, H₁ = H₂. Radna krivulja ima istu maksimalnu visinu dobave H_max, međutim maksimalan protok Q_max je dvostruk. Za bilo koju visinu dobave protok će biti jednak dvostrukom protoku koji bi imala samo jedna pumpa u radu

Q = Q₁ + Q₂ = 2 Q₁ = 2 Q₂

      Ugradimo li u sustav napajanja dvije pumpe različitih kapaciteta i performansi, imat ćemo radne krivulje poput ovih na slici 2. Pri istoj visini dobave H₁ = H₂ ukupan protok će opet biti jednak zbroju pojedinačnih protoka Q₁+Q₂. Sivo označena površina označava područje u kojem samo snaga P₁ ostvaruje dobavu zato što ta pumpa može postići maksimalnu visinu dobave.

Slika 2. Paralalno spojene pumpe različitog kapaciteta

      Kada je potrebno postići varijabilna protok, najbolje je imati paralelno spojene pumpe pokretane frekventnim elektromotorima koji imaju varijabilnu brzinu vrtnje. U takvom sustavu moguće je pokriti veći raspon performansi. Jedna pumpa pokriva područje potrebnog protoka Q₁. Iznad vrijednosti Q₁ obje pumpe moraju raditi istovremeno kako bi se postigao potreban protok radnog medija, što je prikazano na slici 3. Kada obje pumpe rade istom brzinom vrtnje, rezultirajuća radna krivulja će biti nalik nba prikazanu narančastu krivulju.

Slika 3. Paralalni rad pumpi pokretanih frekventnim elektromotorima

     Radna točka pri protoku Q₁ se postiže kada jedna pumpa radi punom brzinom. Radnu točku je također moguće postići kada obje pumpe rade pri nižim brzinama vrtnje, međutim radna točka za jednu pumpu pri velikoj brzini vrtnje rezultira malom iskoristivosti zato što je radna točka udaljena od Q-H krivulje. Ukupna iskoristivost je puno veća kada obje pumpe rade pri nižim brzinama vrtnje unatoč tome što se iskoristivost pojedine pumpe lagano smanjuje kada se usporava brzina vrtnje. Iako je pojedinačna pumpa u stanju postići održati potreban protok i visinu dobave, radi postizanja veće iskoristivosti i racionalnog korištenja energije potrebno je istovremeno koristiti obje pumpe u paralelnom radu pri nižim brzinama vrtnje. Uvjeti proizvodnje i potrebne količine radnog medija diktiraju uvjete rada paralelno spojenih pumpi.

*** Kakva su vaša iskustva s centrifugalnim pumpama u paralelnom radu? Podijelite ih u komentarima!