Atualizações de análise e engenharia resolvem a falha da bomba da seção do anel

Uma grande usina de energia nos Estados Unidos apresentou problemas de alta vibração e recirculação com várias bombas de alimentação de caldeiras de seção anelar (BB4), resultando em várias falhas catastróficas e interrupções não planejadas. Este estudo de caso detalha uma das bombas que foi enviada para um centro de serviço de bombas de reposição para uma análise completa, solução de problemas, plano de reparo, reconstrução e teste de desempenho.

As usinas de ciclo combinado são as "novas crianças do pedaço" da indústria de geração de energia. Projetadas para combinar turbinas a gás e a vapor, as usinas de ciclo combinado podem produzir até 50% mais eletricidade com o mesmo uso de combustível que as usinas de ciclo simples. Usinas modernas de ciclo combinado também podem reagir rapidamente às demandas da rede elétrica com a capacidade de começar a produzir energia em menos de 10 minutos e operar com capacidade total em menos de 60 minutos. Isso fornece um complemento eficiente para a tecnologia renovável intermitente.

Como a demanda por eletricidade mudou e as usinas de ciclo combinado começaram a substituir as usinas convencionais fósseis e térmicas, o tipo de bombas usadas também mudou. As usinas de energia fóssil costumam usar bombas de barril robustas e de longa duração. Essas bombas operam por períodos longos e ininterruptos, e as usinas geralmente são equipadas com duas bombas instaladas 100% ou três bombas 50% instaladas por unidade.

Em usinas de ciclo combinado, a demanda por bombas de barril robustas, mas caras, diminuiu à medida que a indústria mudou para bombas de anéis segmentares mais baratas. Devido às mudanças recentes no setor de energia, os operadores geralmente enfrentam um tempo médio entre reparos (MTBR) mais curto, desgaste interno e problemas de alta vibração em unidades recém-instaladas.

Fundo Depois de enfrentar vários problemas de desempenho e confiabilidade da bomba de alimentação da caldeira em sua usina de energia, o proprietário da usina optou por buscar uma análise abrangente da causa raiz e um plano de reparo com um centro de serviços de bombas de reposição em Los Angeles, Califórnia. A investigação acabou revelando uma série de questões subjacentes ligadas aos problemas de desempenho e falhas inesperadas da bomba.

Descobertas, soluções projetadas e recomendações Durante a inspeção e análise inicial da primeira unidade, notou-se que a luva de balanceamento apresentava um ajuste cônico em relação ao eixo. Este tipo de projeto é incomum porque requer alta pressão e uma ferramenta especial para instalar ou remover a luva de balanceamento do eixo. Esta é também uma grande preocupação de segurança.

Além disso, uma luva de balanceamento de ajuste cônico foi instalada próximo ao ponto de escoamento no eixo. A alta pressão e o ajuste cônico resultaram em um ajuste indesejado no eixo, produzindo áreas de concentração de alta tensão. O diâmetro externo não era fiel ao eixo, o que resultava em pressão periférica desigual ou força ao redor da luva de balanceamento. Em troca, criou um cenário em que o eixo poderia dobrar. A força reversa, ou momento fletor, acumula-se 3.550 vezes por minuto, causando momentos fletores significativos na raiz da luva de balanceamento, acabando por fatigar o eixo da bomba.

Foi feita uma proposta para redesenhar a luva de balanceamento, tornando-a um ajuste reto e tornando-a mais longa para reduzir a folga axial entre o impulsor do último estágio e a luva de balanceamento (Imagem 1). Isso evita o "desengate" do anel de desgaste, o que resulta na desestabilização do rotor.

O fenômeno em que os impulsores avançam e retornam à sua posição original ainda existe, mas devido à folga reduzida, o impulsor não pode restringir o fluxo para o dispositivo de equilíbrio.

O centro de serviços descobriu que o projeto original da bomba exigia montagem face a face usando pinos antirrotação. Como o difusor de último estágio da bomba não tinha pino no projeto original, a tampa precisava "apertar" o difusor para evitar rotação. A lacuna produzida por esse projeto resultou em falha prematura do anel de vedação e também limitou a capacidade de carga de pressão. Para melhorar a confiabilidade da bomba e a capacidade de carga da junta do último estágio, as faces do difusor foram polidas com precisão. Ao apertar as tolerâncias de empilhamento, a capacidade de carga de pressão da junta de último estágio também é melhorada.