Pułapki zastawiane na pompy

Przyjmuje się, że minimalna długość rurociągu ssanego powinna równać się pięciokrotności średnicy rurociągu, przy czym w niektórych układach ze względu na wysoką prędkość napływu (>3m/s) może być wymagany dłuższy odcinek. Brak wyrównania prędkości na wlocie do pompy będzie skutkował nierównomierną pracą wirnika i spowoduje podwyższone drgania oraz pogorszenie własności antykawitacyjnych wirnika co będzie skutkowało powstaniem kawitacji i szybszym zużyciem wirnika, łożysk oraz uszczelnień. W zasadzie nie obserwuje się wstecznego oddziaływania armatury zabudowanej za pompą, z wyjątkiem przenoszenia się drgań z niewłaściwie ułożonych rurociągów tłocznych na pompę.

Pozorne oszczędności

Dążenie do obniżenia kosztów inwestycji i maksymalnego wpasowania się w istniejące wcześniej rurociągi powoduje bardzo silne obniżenie czasu eksploatacji agregatu. Powyżej pokazano drastyczny przypadek, w którym kolano zostało przyspawane do zaworu odcinającego. Brak jest jakichkolwiek odcinków uspokajających, podparć rurociągów oraz kompensatorów. W konsekwencji do pompy napływa ciecz bardzo nierównomiernie.

Dodatkowo drgania i naprężenia z instalacji przenoszone na pompę są kilkukrotnie wyższe od dopuszczalnych, co powodowało silne drgania i przedwczesne uszkodzenie łożysk pompy. W celu wyeliminowania przyczyny należało ponieść koszt przebudowy układu i dodatkowo koszt wymiany łożysk.

Układ zagadka

Zdarzają się również układu pozornie wykonane prawidłowo, w których przewidziano odcinki uspokajające oraz kompensacje naprężeń, a mimo to pompa pracuje nieprawidłowo. Cyklicznie co ~1.000 h w pompie ze zdjęcia powyżej dochodziło do uszkodzenia łożysk. Dodatkowo pompa nie osiągała zadanej wydajności. Pomiar drgań wykazał ich wzrost wraz ze zmianą ciśnienia napływu do pompy co świadczy, że pompa pracuje w kawitacji. Było to szczególnie dziwne ze względu na fakt, że zapas nadwyżki antykawitacyjnej w układzie NPSHav był o 6 m większy niż wymagana nadwyżka na pompę NPSHr.

Problem udało się rozwikłać dopiero na podstawie przeprowadzonej symulacji pracy układu z wykorzystaniem metody numerycznej mechaniki płynów CFD. Na podstawie obliczeń CFD stwierdzono, że na skutek wysokiej prędkości przepływu przez kolano, ciecz odrywa się od ścianek i nie jest w stanie wyrównać się w wykonanym odcinku uspokajającym. W konsekwencji na napływie do pompy jedną połową wlotu wpływa ciecz z wysoką prędkością, a w drugiej połowie z niską. Dodatkowo kierunek napływu i prędkości zmienia się w czasie. W pompie dwustrumieniowej ciecz za wlotem rozdziela się na dwa strumienie, które doprowadzane są do lustrzanie ustawionych wlotów wirnika dwustrumieniowego. Takie rozwiązanie zapewnia redukcję sił osiowych. W przypadku silnego zróżnicowania i zmienności pola napływu do pompy, do każdego z wlotów wirnika dopływała jednocześnie różna ilość cieczy, co powoduje powstawanie nadmiernych i zmiennych w czasie sił osiowych uszkadzających łożyska. Dodatkowo na skutek zawirowania i wysokiej prędkości obserwowano pogorszenie NPSHr pompy i wzrost drgań. Problem rozwiązano poprzez zastosowanie kolana o większej średnicy, co umożliwiło obniżenie prędkości i brak oderwania cieczy w kolanie.

dr Marcin Janczak
Kierownik Działu Badawczo-Rozwojowego Hydro-Vacuum S.A.

źródło i zdjęcia: Hydro-Vacuum S.A.