Cause comuni e soluzioni per guasti alla girante della pompa centrifuga

Le pompe centrifughe, come apparecchiature principali per il trasporto di fluidi, sono ampiamente utilizzate nei settori petrolchimico, di tutela dell'acqua e municipale, energetico e farmaceutico. La girante è considerata il "cuore" di una pompa centrifuga e il suo stato operativo influisce direttamente sull'efficienza, sulle prestazioni e sull'affidabilità complessiva della pompa. Basato sulla pratica ingegneristica, questo documento esamina sistematicamente diverse modalità tipiche di guasto delle giranti delle pompe centrifughe, tra cui cavitazione, usura, corrosione, blocco di corpi estranei e frattura per fatica, e le analizza con casi di studio pratici. Infine, vengono proposte le relative misure di prevenzione e contromisure per fornire un utile riferimento per i tecnici di ingegneria.

 

 

• Difetti comuni della girante della pompa centrifuga

 

Danni da cavitazione

Meccanismo: quando la pressione locale all'ingresso della pompa è inferiore alla pressione del vapore saturo del liquido a quella temperatura, il liquido vaporizza formando bolle. Queste bolle, trasportate dal fluido nella zona ad alta-pressione, collassano rapidamente, generando una forza di impatto locale istantanea ed estremamente forte (fino a centinaia di MPa). Questo impatto microscopico continuo provoca la scheggiatura per fatica della superficie del materiale della girante, formando infine cavità e pori a nido d'ape-.

Caratteristiche: Nelle prime fasi della cavitazione, le prestazioni della pompa peggiorano (la portata e la prevalenza diminuiscono), accompagnate da notevoli scoppi e vibrazioni. L'area vicino alla piastra di copertura anteriore in corrispondenza del bordo di ingresso della pala della girante è il luogo principale del danno da cavitazione.

 

Abrasione e corrosione

Abrasione: quando il mezzo di pompaggio contiene particelle solide (come limo, liquame, polvere di catalizzatore, ecc.), queste particelle tagliano e graffiano continuamente la superficie della girante, provocando una continua perdita di materiale. Il grado di abrasione dipende dalla durezza, dalla concentrazione, dalla geometria delle particelle e dalla velocità del fluido.

Corrosione: si riferisce alla reazione elettrochimica o chimica tra il mezzo e il materiale della girante, che porta al deterioramento e alla dissoluzione del materiale. Quando abrasione e corrosione agiscono insieme, producono un effetto sinergico, accelerando significativamente il processo di rottura del materiale; il tasso combinato di danni è di gran lunga superiore alla somma dei loro effetti individuali.

Caratteristiche:

Abrasione: la superficie della girante tende ad essere liscia, lo spessore della parete del canale di flusso diminuisce e le punte delle pale diventano gradualmente appuntite.

Corrosione: si manifesta con un assottigliamento uniforme generale o con cavità localizzate e cavità simili a ulcere.

 

Blocco e impigliamento di oggetti estranei

Meccanismo: quando il filtro della pre-pompa si guasta o il mezzo pompato stesso contiene fibre o detriti lunghi e sottili, questi corpi estranei possono entrare nella camera della pompa e rimanere incastrati nell'ingresso della girante o nei canali di flusso tra le pale, causandone il blocco.

Caratteristiche: aumento significativo delle vibrazioni della pompa, forte calo della portata o addirittura interruzione del flusso. Corrente del motore anormalmente elevata, che in casi gravi può portare allo scatto per sovraccarico del motore o alla rottura dell'albero della pompa.

 

Frattura da fatica

Meccanismo: durante il funzionamento, la girante è soggetta alla forza centrifuga rotazionale e allo stress alternato causato da un campo di flusso irregolare. Nei punti di concentrazione delle sollecitazioni (come il raggio di curvatura in corrispondenza della connessione della radice della pala alla copertura o i difetti di fusione), i carichi alternati a lungo-termine possono indurre microfessurazioni. Queste crepe si propagano gradualmente fino a portare alla rottura della pala o alla rottura completa della girante.

Caratteristiche: Tipicamente accompagnato da un lento ma continuo aumento dei valori di vibrazione. La superficie della frattura spesso presenta tipiche striature di fatica concoidali o simili a spiagge, che possono servire come criterio importante per la diagnosi della frattura.

 

• Soluzioni e misure preventive

 

Prevenzione della cavitazione

1. Ottimizza la progettazione del sistema: assicurati che l'NPSHA sia significativamente maggiore dell'NPSHr, in genere con un margine di sicurezza di 0,5-1,0 metri.
2. Funzionamento e manutenzione: evitare il funzionamento prolungato della pompa in condizioni di flusso eccessivamente basso. Pulire regolarmente il filtro di ingresso e mantenere le linee di aspirazione libere da ostruzioni per prevenire la cavitazione causata dal blocco.
3. Materiali e riparazione: seleziona materiali con resistenza alla cavitazione superiore, come acciaio inossidabile, acciaio duplex o rivestimento saldato in lega di stellite nelle aree- soggette a cavitazione della girante. Per le giranti già danneggiate dalla cavitazione, è possibile utilizzare processi avanzati come il rivestimento laser per la riparazione per ripristinare le prestazioni e prolungare la durata.

 

Lotta contro l'abrasione e la corrosione

1. Selezione dei materiali: seleziona materiali ad alte-prestazioni che corrispondono alle caratteristiche abrasive e corrosive del mezzo pompato. Ad esempio, la ghisa ad alto contenuto di cromo- è adatta per condizioni altamente abrasive, mentre l'Hastelloy e il titanio sono utilizzati in ambienti altamente corrosivi.
2. Trattamento superficiale: indurire o proteggere la superficie della girante. I metodi comuni includono la spruzzatura di rivestimenti in carburo di tungsteno, rivestimenti ceramici o nitrurazione per migliorare la durezza superficiale e la resistenza alla corrosione.
3. Ottimizzazione della progettazione: ridurre l'effetto dilavante del fluido diminuendo la velocità di uscita della girante; dare priorità alle strutture chiuse della girante per migliorare la stabilità idraulica e la resistenza meccanica; contemporaneamente, aumentare opportunamente lo spessore delle pale e delle piastre di copertura durante la fase di progettazione, consentendo una sufficiente tolleranza alla corrosione.

 

Prevenire intasamenti e impigliamenti

1. Pre-trattamento migliorato: installa dispositivi di filtraggio affidabili (come filtri a cestello, filtri rotanti, ecc.) prima della pompa e stabilisci un sistema di pulizia regolare per ridurre l'ingresso di corpi estranei alla fonte.
2. Design strutturale ottimizzato: per le applicazioni che prevedono il trasporto di mezzi contenenti impurità fibrose, dai la priorità alle strutture delle giranti con design anti-impigliamento, come giranti a canali e giranti a vortice.

 

Prevenire la frattura per fatica

1. Garantire la qualità della produzione: controlla rigorosamente i processi di fusione e lavorazione della girante e utilizza tecniche di test non-distruttivi (come test a raggi X-e ultrasuoni) per garantire l'assenza di difetti interni come buchi di sabbia, porosità e crepe.
2. Riduzione delle fonti di vibrazione: La girante deve essere sottoposta ad un preciso bilanciamento dinamico. Allo stesso tempo, garantire la precisione dell'allineamento della pompa e del motore per eliminare ulteriori sollecitazioni periodiche causate dal disallineamento.
3. Ispezione regolare: utilizzare tecnologie di monitoraggio delle condizioni (come l'analisi delle vibrazioni e la tecnologia delle emissioni acustiche) per monitorare lo stato operativo della girante in tempo reale, consentendo il rilevamento tempestivo e l'allarme tempestivo di potenziali cricche da fatica.

 

Il guasto della girante è uno dei guasti più comuni nel funzionamento della pompa centrifuga, causato principalmente da danni alla pala, deformazione, struttura allentata e usura. È possibile utilizzare metodi di riparazione diversi per risolvere guasti diversi. Durante la manutenzione è necessario seguire le procedure operative e di sicurezza per garantire l'efficacia e l'affidabilità della riparazione.