Logo
Metrikon
7 najčešćih kvarova višestupanjske centrifugalne pumpe
Preporuke

7 najčešćih kvarova višestupanjske centrifugalne pumpe

  • Katarina Knafelj Jakovac

    27. studenoga 2023.

Najčešće zastupljeni rotacijski strojevi u industrijskim i proizvodnim postrojenjima su jednostupanjske i višestupanjske centrifugalne pumpe.

Centrifugalna pumpa je stroj kod kojeg se mehanička energija pogonskog stroja, obično elektromotora, pretvara u kinetičku energiju pumpanog fluida.

Dijagnostika kvarova centrifugalnih pumpi se opsežno razvila od vremena prije 50 godina kada je zvuk pokvarenog ležaja iskusnom mehaničaru bio među rijetkim pokazateljima što muči pokvarenu pumpu i zašto se to događa.

Višestepene centrifugalne pumpe konstrukcijski imaju više rotora manjih promjera montiranih jedan iza drugoga na istom vratilu i manje zračnosti između potrošnih prstena rotora i kućišta prema standardima API 610 i ISO 13709.

Pumpa se pregrijava tijekom rada.

Na slici prikazan je nacrt pumpe s 12 rotora, tj. 12 stupnjeva te sastavnim dijelovima. Svi rotori su smješteni u jedno zajedničko kućište.

Presjek višestupanjske pumpe i glavni dijelovi.png
Slika: Presjek višestupanjske pumpe i glavni dijelovi

Vratilo vrti sve rotore u istom smjeru tako da se oni u radu ponašaju kao više zasebnih jednostupanjskih centrifugalnih pumpi montiranih u zajedničko kućište.

Kada fluid protječe od jednog stupnja odnosno rotora prema drugome, proporcionalno se povećava visina dobave, što rezultira većim tlakom koji postiže višestupanjska centrifugalna pumpa u usporedbi sa jednostupanjskom centrifugalnom pumpom.

Dodatna prednost je da višestepene pumpe postižu bolju efikasnost sa pogonskim elektromotorom manje snage i korištenjem manje količine energije.

S druge strane, jednostepene centrifugalne pumpe postižu veće protoke i niže tlakove te su pogodne za ugradnju u procesnim uvjetima gdje postoji potreba za velikim protocima radnog medija.

Nedostatak malih zračnosti između rotora i kućišta onemogućava prepumpavanje radnih medija koji sadrže abrazivne čestice, čestice nečistoća ili krute komadiće.

Zato se višestupanjske centrifugalne pumpe koriste za čiste radne medije poput vode i tekućina niske viskoznosti kao što je benzin, voćni sok i alkohol.

Kućište pumpe može biti izliveno u obliku jednog cilindra pa kažemo da se radi o barel pumpi ili može biti sastavljeno iz niza segmenata, tako da je svaki rotor unutar zasebnog segmenta kućišta.

Višestupanjska centrifugalna pumpa s barel kućištem* izvor: https://www.sulzer.com/en/shared/products/hpt-high-pressure-barrel-casing-pump*

Slika: Višestupanjska centrifugalna pumpa s barel kućištem (Izvor)

Aksijalno opterećenje vratila je na kliznim ležajevima, dok radijalno opterećenje nose najčešće kuglični ležajevi. Svaka višestupanjska pumpa ima 2 mehaničke brtvenice smještene do i nasuprot spojke.

Kućište je izrađeno iz jednog komada i podijeljeno horizontalno na dva dijela.

Višestupanjska pumpa sa 4 rotora
Slika: Višestupanjska centrifugalna pumpa sa 6 rotora

Kvarovi su najčešće posljedica neodgovarajućih radnih uvjeta, nedovoljnog održavanja, neadekvatne konstrukcije, grešaka u montaži ili kombinacija navedenog.

Najčešći simptomi kvarova koji se pojavljuju kod višetuspanjskih pumpi su:

1) Pumpa nema dobavu na tlačnoj strani nakon uključivanja u rad.

Uzrok tome je nedovoljna količina radnog medija u kućištu (kažemo da pumpa mora biti u potpunosti potopljena) ili su prisutni zaostali zračni džepovi u kućištu i usisnoj cijevi.

Drugi uzroci su nedovoljna brzina vrtnje, krivi smjer vrtnje te začepljen rotor ili začepljen usis na ulazu u kućište kao što je prikazano na slici.

Za otklanjanje navedenih uzroka je potrebno osigurati da je kućište pumpe u potpunosti ispunjeno radnim medijem na odgovarajućoj temperaturi i odzračeno, uz 100% otvoren usisni ventil.

Treba provjeriti jesu li faze elektromotora odgovarajuće spojene i ispitati postiže li elektromotor potrebnu brzinu vrtnje.

Jednom prilikom faze elektromotora su bile zamijenjene i elektromotor je zavrtio višestupanjsku pumpu u krivom smjeru.

Posljedice su vrlo brzo bile prisutne u vidu oštećene unutarnje i vanjske brtvenica te manjeg oštećenja prednjeg ležaja.

2) Pumpa ne postiže dovoljan protok ili potrebnu visinu dobave.

Ponovo, uzrok može biti krivi smjer vrtnje elektromotora, začepljenje tlačne cijevi, začepljenje usisnog filtera i preniska brzina vrtnje.

Dodatno, prisutni zračni džepovi u kućištu, oštećeni potrošni prsteni kućišta ili rotora te oštećeni rotor poput ovoga na slici isto tako onemogućavaju postizanje dovoljnog protoka ili visine dobave radnog medija.

Usisni filter ili sito treba redovito čistiti te osigurati da su usisna i tlačna cijev prohodne. Često se na usisne cjevovode pumpi montiraju tkz. Y-usisna sita.

Screenshot 2024-02-03 at 18.53.49.png

Slika: Y-sito na usisnom cjevovodu pumpe (Izvor)

Y-sito ili filter je ime dobio po svojem obliku i tome što se može vrlo jednostavno montirati u horizontalnom ili vertikalnom položaju, ovisno o konfiguraciji samog cjevovoda.

Pumpu obavezno moramo odzračivati prije pokretanja te prilikom svakog servisa ispitati stanje rotora i potrošnih prstena (ima li pukotina, površinskih oštećenja, prisutnosti korozije, erozije i sl.)

Tijekom montaže rotorskog sklopa treba osigurati odgovarajuće zračnosti između rotora i kućišta, balansne čahure u odnosu na stator, kliznog ležaja u odnosu na rukavac i glavčinu rotora u odnosu na difuzor.

U tablici je prikazan primjer potrebnih zračnosti iz korisničkog priručnika originalnog proizvođača u inčima i milimetrima:

primjer potrebnih zračnosti
(Izvor)

3) Pumpa se isključuje iz rada ubrzo nakon pokretanja te tijekom rada troši višu ili nižu snage od potrebne.

Uzrok ovih kvarova može biti premala ili prevelika brzina vrtnje, pokvaren elektromotor te prevelika ili premala viskoznost radnog medija.

Ovakav kvar još mogu prouzrokovati neispravno montirani prednji i zadnji ležaj, necentriranost pumpnog agregata te prejaka zategnutost jedne ili obje brtvenice.

Obavezno osigurati da radni medij ima potrebnu viskoznost, redovito ispitivati elektromotor i vršiti podmazivanje.

Prilikom sastavljanja pumpe obratiti pozornost na ispravnu montažu ležajeva te osigurati odgovarajuću zategnutost brtvenica.

Prije pokretanja pumpe u rad provjeriti jesu li pumpa i elektromotor centrirani i korigirati po potrebi.

4) Brtvenica propušta radni medij.

Do propuštanja najčešće dolazi zbog oštećenja brtvenih lica na rotacionom i stacionarnom prstenu uslijed trenja prevelike količine čestica u radnom mediju po površinama brtvenih lica.

Prevelika aksijalna sila na rotorski sklop opterećuje brtvenicu te ona propusti, a može biti i da je izabran pogrešan tip brtvenice.

Obavezno postaviti filter ili sito s mrežicom u usisni cjevovod, paziti da se održava odgovarajući tlak pumpanja tj. kemijska i fizikalna svojstva radnog medija moraju biti unutar dozvoljenih granica koje su definirane za svaku pumpu te provjeriti s proizvođačem brtvenica je li izabran odgovarajući tip brtvenice s obzirom na radne uvjete.

5) Pumpa ima povećane vibracije ili radi jako bučno.

Velike nakupine zraka unutar kućišta mogu uzrokovati ovakvo ponašanje u radu ili kada je nedovoljno otvoren usisni ventil.

Potom, kada je NPSH preniska ili pumpa ne postiže radnu točku, rotorski sklop je u debalansu, potrošni prsteni su oštećeni ili su se ležajevi istrošili.

Zvuk pokvarenog ležaja je nepravilan i pojačan nalik na zvuk kotrljanja kamenja, grebanja, škripanja ili cviljenja koji se pojačava kada se povećava brzina vrtnje vratila.

U svakodnevnom životu najčešće se takvi zvukovi čuju kada dođe do oštećenja ležaja na automobilskom kotaču.

Otklanjanje uzroka povećanih vibracija i bučnog rada pumpe kreće od najjednostavnije provjere je li usisni ventil do kraja otvoren i pumpa u potpunosti odzračena.

Treba provjeriti u korisničkom priručniku koja je potrebna NPSH i radnu točku pumpe te ispunjava pumpa navedene uvjete u sadašnjem stanju.

Mjerenjem vibracija će se utvrditi je li potrebno balansirati rotorski sklop ili je došlo do oštećenja potrošnih prstena, međustupanjskih čahura i ležajeva.

Međustupanjske čahure su dijelovi pumpe namijenjeni održavanju ravnoteže pri aksijalnim udarima koje stvaraju rotori.

Čahure održavaju stabilnost jer smanjuju djelovanje sile na ostale dijelove pumpe i produljuju radni vijek odrivnog ležaja tako što utječu na smanjenje trenja.

Oštećena međustupanjska čahura će jako poremetiti dinamiku rada rotorskog sklopa i obavezno se treba zamijeniti prilikom sastavljanja pumpe.

Prilikom svakog servisa obavezno treba izbalansirat i rotorski sklop na uređaju za balansiranje i u skladu sa zahtjevima standarda ISO 21940 kao što je prikazano na slici.

Dinamičko balansiranje rotorskog sklopa višestupanjske pumpe
Slika: Dinamičko balansiranje rotorskog sklopa višestupanjske pumpe (Izvor)

6) Ležajevi se pregrijavaju ili se prebrzo troše.

Necentriranost pumpnog agregata, pogrešno mazivo i nedovoljno podmazivanje ležajeva te oštećena spojka su najvećim dijelom uzrok ovog kvara.

Potom slijedi debalans rotorskog sklopa i prevelika aksijalna sila tijekom rada.

Redovito vršiti podmazivanje ležajeva i koristiti isključivo vrste maziva koje je preporučio proizvođač pumpe, poput primjera u tablici gdje su u prvom stupcu navedeni proizvođači maziva a u drugom stupcu tipovi ulja za podmazivanje.

maziva koje je preporučio proizvođač pumpe
(Izvor)

Provjeriti ima li mazivo zadovoljavajuću viskoznost.

Prilikom montaže novih ležajeva treba ugrađivati isključivo tipove ležajeva koje navodi proizvođač pumpe u tehničkoj dokumentaciji. Ugradnja ležajeva nepoznatog porijekla, od nepoznatog proizvođača ili ležajeva za koje nije poznato koliko dugo stoje u skladištu se nikako ne preporučuje jer će dovesti do ponavljanja kvara ili još gorih posljedica.

Mjeriti vibracije u redovitom intervalima i bilježiti rezultate koji će pokazati radi li se o debalansu i koliko je vremena preostalo prije otkazivanja ležajeva.

Po potrebi ponovno laserski centrirati pumpni agregat kao što je prikazano na slici.

Primjer laserskog centriranja višestupanjske pumpe

Slika: Primjer laserskog centriranja višestupanjske pumpe (Izvor)

7) Pumpa se pregrijava tijekom rada.

Uzrok ovog kvara je trenje među dijelovima pumpe koji su se olabavili pa dolazi do trenja, iskrivljenost vratila, prečvrsto dotegnute brtvenice te prevelika aksijalna sila na rotorski sklop.

Prilikom svakog servisa montirati strojne dijelove na ispravan način i provjeriti stanje vratila na tokarskom stroju (kažemo da vratilo „baca“ na tokarskom stroju izvan dozvoljene granice) ili na stroju za balansiranje.

Prije montaže spojke provjeriti jesu li brtvenice odgovarajuće dotegnute, centrirati agregat i nakon pokretanja u rad paziti da je pumpa postigla radne uvjete: tlak, temperaturu i protok.

Dijagnostika kvarova kod višestupanjske pumpe je kompleksnija u usporedbi sa jednostupanjskom pumpom jer treba obuhvatiti više potencijalnih uzroka i njihovog međudjelovanja.

Često u praksi nekoliko čimbenika istovremeno uzrokuje određeni kvar, stoga je potrebno detaljnije istražiti o čemu se radi.

Kada se neki kvarovi ponavljaju i mjere prevencije ne djeluju, preporučuje se kontaktirati proizvođača pumpe za dodatno tehničko mišljenje, ako je pumpa u garantnom roku može se zatražiti i tvornički servis ili zamjena.

Redovito provođenje preventivnog održavanja uz primjene tehnika održavanja usmjerenog na pouzdanost osigurat će neometani na višestupanjske centrifugalne pumpe, produljiti radni vijek i podići pouzdanost stroja.

Katarina Knafelj Jakovac
Katarina Knafelj Jakovac social media icon
27. studenoga 2023.

Katarina Knafelj Jakovac je inženjerka strojarstva sa dugogodišnjim radnim iskustvom u naftnoj industriji. Certificirani lider za pouzdanost opreme specijalizirana za strojarsku opremu i operativnu izvrsnost. Autorica je bloga Strojarska Radionica gdje dijeli profesionalno znanje i osobno iskustvo u održavanju različitih rotacijskih strojeva, strojnih sustava i procesne opreme. Obožava mehaniku, nauku o toplini i motore sa unutarnjim izgaranjem. Posvećena je kontinuiranom unaprjeđenju održavanja strojeva i kvalitetnog gospodarenja fizičkom imovinom.