Greining og meðferð á bilun í dæluleiðslum

800,000 t/a vatnssprunga ákveðins fyrirtækis er innanlands framleitt djúpvinnslutæki fyrir olíuhreinsun. Tækið er með tvær stórar háþrýstidælur (þar af ein vara) til að hækka hráolíuna (vaxolíu) úr inntaksþrýstingnum 0,15MPa í úttaksþrýstinginn um 10MPa og fara inn í vetnunarviðbragðskerfið til hvarfs. . Meðal tveggja háþrýsti-fjölþrepa dælna er önnur A-dæla, 7-þrepshjól, hönnunarflæðishraði 126,8m3/mín., höfuðhæð 2254m, hraði 5000r/mín; hitt er B dæla, 5-þrepshjól, þvermál hjól 293mm, hjól blað númer Zl=6, stýrisblað númer Z2=9, hönnunarflæði 126,8m3/klst., höfuð 2256m, hraði 5814r/mín. Dælunum tveimur er í grundvallaratriðum komið fyrir samhverft og úttaksleiðslurnar fara hver um sig í gegnum opstreymismælirinn, eftirlitsventilinn, handvirka lokann og rafstýriventilinn og renna síðan saman í rýmið og fara síðan inn í hvarfkerfið í gegnum mjög langa aðallínu og ventlahópur. Skipulag leiðslunnar er sýnt á mynd 1. Heildarlengd leiðslunnar frá úttak dælunnar að reactor er 140m. Eftir að B-dælan var sett upp hafa leiðslur og ventlakerfi orðið fyrir miklum titringi frá fyrstu álagsprófun. Þar sem vaxolían sem dælan flytur er eldfimt efni, þegar leiðslukerfið hefur titrað og sprungið, verða afleiðingarnar mjög alvarlegar. Þess vegna er mjög mikilvægt að leysa titringsvandamál leiðslukerfisins þegar B dælan er í gangi til að tryggja örugga framleiðslu tækisins.

 

Til að greina titringsvandamál lagnakerfisins í rekstri dælunnar B voru dælurnar tvær prófaðar og bornar saman. Þegar dæla A var í gangi var titringur dæluhússins og leiðslunnar mjög lítill, vísbendingargildi dæluúttaksþrýstingsmælisins var 18,8 MPa, sveiflan á mælibendlinum var ekki augljós og flæðimælisbendillinn hafði aðeins örlítið sveifla. Eftir að skipt var yfir í dælu B sýndi losunarleiðslan mikinn titring óháð lágflæðisástandi eða fullhleðslu. Titringstilfærsla við rafmagnslokann var 0,8 mm, titringstilfærsla við enda leiðslunnar náði 1 mm og titringshraðagildið var allt að 10,3 mm/s. Afköst titrings voru með hléum. Fylgstu með þrýstingnum og flæðinu, úttaksþrýstingsmælirinn sýndi 18,3 MPa, sveiflumark bendillsins var 0.5-1MPa og sogleiðslan þrýstimælis sveifluamplituðs bendils var 0,4Mpa; flæðismælirinn gaf til kynna 100 t/klst. og sveiflusvið bendillsins náði 6-10 t/klst. Þrýstingur reactor kerfisins var lækkaður um 1MPa og titringur í pípukerfinu sást. Úttaksþrýstingur dælunnar og flæðispúls voru þau sömu og venjuleg notkunarskilyrði og titringur lagnakerfisins batnaði ekki.

 

 

1. Rafmagnsventill; 2. Handvirkur loki; 3. Athugaðu loki; 4. Opnaflæðismælir; 5. lítil flæðisleiðslu; 6. Dæla A; 7. Dæla B; 8. reactor kerfi

 

Til að kanna orsök titrings í leiðslukerfinu voru titringsmerkjaprófanir gerðar á einstefnulokanum, rafmagnsstýrilokanum, leiðsluhalanum og dæluhlutanum með miklum titringi. Þar að auki, af mikilli sveiflu á bendili þrýstimælis og flæðimælis og ójöfnum og óstöðugum merkjum um vökvahljóð í leiðslum sem hlerað var með hlustunarstaf, var talið að það gæti verið mikill þrýstipúls í vökvanum í dæluna og leiðsluna, þannig að þrýstiskynjarinn var notaður til að mæla þrýstingspúls í leiðslunni beint. Merkið var tekið upp með segulbandstæki og gagnaöflunartæki og síðan var bylgjugreining og tíðnigreining gerð á tíðnigreiningartæki. Titringsróf legunnar á mótorhlið dæluhússins er sýnt á mynd 2, þar sem tíðnihlutar með hærri amplitude A eru afltíðni dælunnar (97Hz) og hraðatíðni mótorsins (50Hz, 100Hz) .

 

 

Mynd 3 sýnir titringsróf legunnar við úttak dælunnar. Íhlutirnir með hærri amplitudes á myndinni eru sendingartíðni fz1 (582Hz) og 2fz1 (1160Hz) dælublaðanna. Dæluhúsið titrar ekki mikið vegna góðrar stuðningsstífni og gegnumtíðni amplitude burðarhússins er 2,56 mm/s. Einstefnulokinn og rafmagnsventillinn titra mjög og bylgjuform og litróf titringsmerkja þeirra eru sýnd á mynd 4. Aðal titringstíðni 9Hz á myndinni er sjálfsveiflutíðni einstefnulokans og raflokahópakerfi. Vegna hléaáhrifa vökvans er titringsbylgjuformið A stundum hátt og stundum lágt, sem er svipað og „slá“.

 

 

Hali leiðslunnar er sá hluti sem hefur mestan titring. Það er tengt við aðalleiðsluna og er ekki hægt að styðjast við rýmið. Þess vegna, undir virkni vökvaörvunarkrafts, er titringurinn mjög mikill. Mynd 5 sýnir titringsbylgjulögun og litróf á enda leiðslunnar. Aðal titringstíðnin á myndinni er 7Hz. Þegar vökvaþrýstingspúlsið snertir endann á pípunni með hléum eykst amplitude tíðnihlutans um 7Hz á litrófinu í hala pípunnar skyndilega. Það má sjá á tímasviðsbylgjuforminu að hátíðnibylgjan sveiflast upp og niður og tíðni reglubundinna sveiflunnar er 7Hz. Eftir tölvuhermingu og útreikninga með því að nota endanlega frumefnisaðferðina er 7Hz íhluturinn náttúrutíðni ákveðinnar röð pípukerfisins og hátíðnihlutinn sem er ofan á getur verið náttúrutíðni lokans við enda pípunnar.

 

Til þess að komast að því hvort titringur pípukerfisins stafar af þrýstingspúls vökvans, er þrýstinemi notaður til að prófa og greina þrýstingspúls vökvans í leiðslunni beint. Stærð vökvaþrýstingspúls getur verið tjáð með þrýstingsójafnvægi δ:

 

Mynd 6 er tímasviðsmerki þrýstingspúls. Hátíðnibylgjan á myndinni sveiflast upp og niður og tíðni sveiflunnar er 7Hz, sem er náttúrutíðni pípukerfisins. Hámarksgildi sveifluamplitude △P=Pmax-Pmin=147mV~176mV, DC hluti meðalþrýstings P0=5.5V, og þrýstingsójafnvægi δ{{9 }}.027~0.032. Fylgstu með sveiflu bendillsins á úttaksþrýstingsmæli dælunnar. Við meðalþrýsting upp á 18,3 MPa er sveifla bendillsins 0,5 ~ 1 MPa og ójafnvægi í þrýstingi sem birtist er sú sama og niðurstaðan sem fæst á mynd 6.

 

Ójafnvægisgildi þrýstipúls sem mælt er hér að ofan er augljóslega of stórt. Þrátt fyrir að enginn staðall sé til fyrir miðflóttadælur í Kína, er þrýstingspúlsójafnvægi útblásturspípunnar almennt takmörkuð við δ{{0}}.02~0.04 með vísan til gagnvirkrar þjöppu. Dælan er nú að flytja óþjappanlegan vökva og gildi hennar er nálægt leyfilegu hámarksgildi sem tilgreint er af leiðslukerfi þjöppunnar, sem augljóslega er ekki leyfilegt. Það er svo mikil þrýstingsójöfnun δ sem veldur miklum titringi í leiðslum. Þegar þrýstingsójafnvægið δ=0.027 og meðalþrýstingurinn P0=18.3MPa, er amplitude þrýstingspúls (hámarksamplitude sem víkur frá meðalþrýstingi):

Þegar þessi pulsationsamplitude rekst á rétthyrndan olnboga er höggkraftur vökvaflæðisins á pípuvegginn í beygjunni sýndur á mynd 7. Staðan afleidd kraftur vökvans á olnbogann er:

Innra þvermál pípunnar er 132 mm. Þegar vökvinn púlsar er höggmagn púlsþrýstings á olnboga:

 

Kraftur upp á 4777N er beittur við hverja rörbeygju, sem mun óhjákvæmilega valda miklum titringi í rörinu. Að auki, þegar vökvinn lendir í þversniðssamdrætti eins og loki eða lækkandi, mun einnig myndast mikill vökvahöggkraftur. Vökvaþrýstingspúls mun valda púlsbreytingum á flæðishraða í pípunni. Mynd 8 er línurit um púlsbreytingar sem fæst með því að senda þrýstingspulsunarmerkið og merkið frá rennslismælinum í tölvuna og sýnatöku á sama tíma. Á myndinni er Q heildarstreymisúttak frá dæluúttakinu, Q1 er hluti af flæðinu sem fer inn í hvarfkerfið og hinn hluti minna flæðisins skilar sér í framendabúnað dælunnar. Eins og sést á myndinni er lögmálið um þrýstingspúls og flæðispúlsbreytingar í samræmi. Þegar þrýstibylgjan er í hámarki hraðar vökvinn í pípunni, sem veldur tafarlausri aukningu á flæði; þegar þrýstibylgjan fellur samstundis hægir á vökvanum í pípunni og flæðið minnkar samstundis. Á myndinni er hlutfallsleg fjarlægð milli Q flæðismælingarpunktsins og þrýstingsmælingarpunktsins tiltölulega nálægt og samræmi breytinganna á milli tveggja er gott. Q1 mælipunkturinn er við enda rörkerfisins. Annars vegar er það langt í burtu frá þrýstingsmælingarstaðnum og hins vegar er það einnig fyrir áhrifum af flæði litlu rennslisleiðslunnar. Þess vegna er samkvæmni púlsbreytinga á fram- og afturrennslismælum léleg. Ofangreindar púlsbreytingar á þrýstingi og flæði munu hafa áhrif á leiðsluna og valda miklum titringi í lagnakerfinu.

Til þess að kanna ástæðuna fyrir því að dælan framkallar þrýstingspúls, er safnað þrýstingspúlsmerki gert fyrir tíðnigreiningu og litróf þess er sýnt á mynd 9. Þrír aðaltíðniþættir birtast oft á myndinni: (1) The {{2 }} Hz tíðnihluti er oft aðalhlutinn með mesta toppgildið. Eins og getið er hér að ofan er þetta náttúruleg tíðni pípukerfisins. (2) 291 Hz tíðnihlutinn er 3 sinnum dæluhraðatíðnin. Fjöldi hjólablaða dælunnar er Z1=6 og fjöldi stýrisblaða er Z2=9. Stærsti sameiginlegi deilirinn blaðanna tveggja framkallar þessa púlstíðni. (3) 680 Hz tíðnihlutinn er 7 sinnum dæluhraðatíðnin. Þessi tíðniþáttur virðist tengjast samanlögðum áhrifum afltíðni dælunnar og náttúrutíðni lagnakerfisins.

 

Byggt á samanburði á prófunarskilyrðum dælanna tveggja og prófunar- og greiningarniðurstöður titrings og þrýstingspúls í leiðslum eru eftirfarandi greiningarálit settar fram:

(1) Örvunaruppspretta titrings í leiðslum kemur frá dælu B, ekki hönnunarvandamáli leiðslunnar, því þegar dæla A, sem er í grundvallaratriðum raðað samhverft, er í gangi, titrar hvorki sogrörið né útblástursrörið. Þegar dæla B er í gangi titrar ekki aðeins útblástursleiðslurnar kröftuglega, heldur hefur sogleiðsla dælna A og B samhliða samhliða mikla sveiflu. Augljóslega er þetta ekki flutningur á vélrænni titringi, heldur afleiðing vökvaþrýstingspúlsflutnings.

(2) Púlsþrýstingur vökva er bein orsök titrings í leiðslum. Vegna þrýstingspúls myndast vökvaárekstur við hverja beygju og þversniðsbreytingu á mjög langri leiðslu og höggkrafturinn vekur náttúrulega tíðni leiðslunnar og lokans. Í hala leiðslunnar eru lágtíðni náttúrutíðni um 1Hz og 5~10Hz aðallega spennt og við rafmagnslokann og eftirlitslokann er náttúrutíðni 9Hz aðallega spennt.

(3) Ástæðan fyrir því að vökvaþrýstingspúls á sér stað þegar dæla B er í gangi tengist hönnun dælunnar. Samkvæmt upplýsingum, til þess að draga úr óstöðuga krafti sem myndast á blaðstýri blaðsins á hjóladælunni, verður fjöldi hjólablaða Z1 og fjöldi stýrisblaða Z2 að vera í samræmi við hvert annað; Jafnframt, til að tryggja að þrýstingspúlssviðið við blaðtíðnina sé lágmarkað, þarf einnig að uppfylla skilyrðið um að Z1 og 2Z2 séu primer fyrir hvert annað. Nú eru Z1 og Z2 dælunnar ekki frumtölur og Z1 og 2Z2 eru ekki frumtölur. Stærsti samdeilirinn Z1 og Z2 er 3, þannig að tíðnihluti 3X97=291Hz myndast í þrýstingspúlsmerkinu. Sameiginleg deilir blaða og stýrisskífa er 3, sem þýðir að það eru 3 blöð sem samsvara 3 stýrisblöðum á sama tíma, sem gerir flæðishraða og þrýsting á hverjum útgöngupunkti hjólablaðsins mjög ójafn. Vökvaáhrifin á stýrisflöguna munu mynda sterkan víxlkraft. Þar að auki myndar ójafn flæðishraði við úttak hjólsins alvarlegra jaðarlag og aðskilnaðarhring á stýrissveiflu, sem leiðir til þrýstingspúls eftir að vökvinn flæðir út úr dælunni. Annar hugsanlegur þáttur sem getur valdið titringi í leiðslum af völdum dælu B er lágur úttaksþrýstingur. Frammistöðuferill dælunnar er flatur og þrýstingur getur auðveldlega valdið flæðissveiflum. Flæðissveiflur auka höggkraftinn á pípuvegginn og mynda þar með meiri titring í pípukerfi.

 

 

Frá greiningarniðurstöðu titringsbilunar pípukerfisins er staðfest að titringsgjafinn kemur frá dælunni B sjálfri, ekki pípukerfinu. Þess vegna er mælt með því að breyta hönnun dælunnar, það er að breyta snúnings- og statorhlutum. Sértækar ráðstafanir fela almennt í sér eftirfarandi tvo þætti:

(1) Breyttu fjölda hjólablaða, breyttu Z1 úr 6 í 7 og skoðaðu færibreytur dælunnar A til að hanna hvern hluta flæðisrásarinnar vandlega til að útrýma þrýstingspulsun vökvans í grundvallaratriðum.

(2) Auka úttaksþrýsting dælunnar úr upprunalegu 18,3MPa í 21,3MPa, auka þannig drifkraft vökvans í pípunni til muna og hægja á sveiflum flæðishraða.

Eftir breytinguna var dæla B tekin í notkun. Upprunalega sterkur titringur leiðslunnar hvarf alveg og titringstilfærslugildið við rafmagnslokann lækkaði úr 800μm í 61,5μm; titringstilfærslugildi hala leiðslunnar með mesta titringinn lækkaði úr 1mm í 129μm; titringshraðagildi leguhússins lækkaði einnig úr 2,56 mm/s í 1,48 mm/s. Stig ör titrings í leiðslunni er nánast það sama og dælu A þegar hún er í gangi.