Полевые наблюдения в испарителях MVR

В ходе наших выездных проверок систем механической парокомпрессии (МПД) мы сталкиваемся со схожими механическими и эксплуатационными ситуациями в различных секторах. Мы считаем важным поделиться этими наблюдениями с вами, уважаемыми пользователями систем МПД. Наша цель — не составление отчета о неисправности, а привлечение внимания к ранним симптомам, которые могут повлиять на работоспособность системы, и усиление профилактического подхода.

Целостность конструкции ротора и механизмы усталостного разрушения при высоких скоростях окружающей среды

Усталость материала — неизбежный процесс во всех вентиляторных системах, работающих длительное время. По этой причине износ, локальное истончение или небольшие разрушения материала на роторе с течением времени считаются нормальными явлениями в обычных вентиляторных системах. В ходе нашего полевого исследования было четко установлено, что рассматриваемый ротор представлял собой оборудование, которое выполняло свои функции в течение многих лет. Такая ситуация описана в литературе; явление усталости ротора и локального разрушения обычно связывают с механизмом высокоцикловой усталости (ВЦУ) в высокоскоростных вращающихся рабочих колесах и широко описаны (например, усталостное разрушение рабочих колес центробежных компрессоров).
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1350630723005460. Однако, рассматривать эту ситуацию как «нормальную» не означает, что система работает должным образом. Напротив, такие результаты указывают на то, что ротор в значительной степени исчерпал свой структурный ресурс и больше не может продолжать свою работу с достаточной безопасностью и эффективностью. В итоге, причина может быть естественной, но результат отрицательный с точки зрения производительности системы и эксплуатационной безопасности.

Эта статья может вас заинтересовать. Что такое вентилятор MVR? Принцип работы, области применения

Системы механического парокомпрессионного компрессора (MVR) и турбонагнетательные машины работают при высоких скоростях вращения, а ротор, лопатки и крепежные элементы являются результатом серьезных инженерных расчетов.

Например, рассмотрим ротор диаметром 1500 мм, радиус которого составляет 0,75 м. Предполагая, что ротор вращается со скоростью 3500 об/мин, угловая скорость
ω = 2π·n / 60 = 2π·3500 / 60 ≈ 366 рад/с.

В этом случае периферийная скорость на конце ротора
достигает v = ω·r = 366 · 0,75 ≈ 275 м/с.

Центробежное ускорение, возникающее в той же точке, равно
a = ω²·r = (366)² · 0,75 ≈ 100 000 м/с². Приблизительное окружное напряжение, создаваемое этой нагрузкой в ​​материале ротора, выражается следующим образом:
σ ≈ ρ · ω² · r²

Предполагая ρ ≈ 8000 кг/м³:
σ ≈ 8000 · (366)² · (0,75)² ≈ 590 МПа

Эти значения наглядно показывают, почему выбор материала имеет решающее значение:

На данном этапе проблема заключается не только в скорости. При проектировании и эксплуатации таких систем становится критически важным, как долго ротор может выдерживать эти скорости и насколько правильно выбран материал. Следующие типичные значения параметров материалов наглядно демонстрируют эту разницу:

Как видно из этого сравнения, углеродистые стали и стандартные нержавеющие стали, как правило, быстрее деформируются и изнашиваются при таких скоростях окружающей среды, в то время как материалы с высокой пределом текучести и усталостной прочностью, такие как супердуплексная сталь, могут выдерживать эти нагрузки более безопасно. Поэтому одним из факторов, определяющих работоспособность системы MVR, являются не только условия эксплуатации; это правильная интеграция в систему с самого начала информации о подходящих для этих условий материалах.

Эрозия жидкими каплями, вызванная конденсацией, в роторах с механическим парокомпрессионным сжатием (MVR).

В системах MVR значительная часть повреждений ротора происходит из-за воздействия капель жидкости, переносимых в результате конденсации при высоких скоростях окружающей среды. Если конденсат, образующийся на выходе из испарителя или внутри системы, не может быть должным образом отделен или если дренаж не обеспечен в полной мере, жидкость, скопившаяся в спиральном корпусе, может вскоре ударить по лопаткам ротора. Такие ударные воздействия приводят к сильной эрозии, локальным разрывам и нестабильности, как это наблюдается во многих случаях в полевых условиях; этот механизм влияет на производительность и запас прочности не только ротора, но и всей системы MVR.

Вы также можете ознакомиться с исследованием по этой теме, где влияние удара капель воды на поверхности высокоскоростных рабочих колес хорошо объяснено с помощью наглядных экспериментов и четких визуализаций. (например, «Экспериментальное исследование характеристик эрозионной стойкости покрытий рабочих колес компрессоров к удару капель воды – https://www.mdpi.com/2079-6412/15/7/767).

Влияние термической и механической усталости в условиях частых остановок и возобновления работы.

Частые циклы запуска-остановки в системах механического парокомпрессионного сжатия (MVR) создают непрерывный подвод и отвод тепла от ротора. Эти повторяющиеся термические циклы вызывают различное расширение в разных областях ротора. Эта термическая усталость, накапливающаяся со временем, особенно в области ступицы крыла и сварных швов, приводит к ослаблению конструкции. В сочетании с потоком воздуха и центробежными нагрузками это увеличивает риск прогрессирующего повреждения.

Образование отложений / загрязнений

Загрязнение (образование отложений) на внутренней поверхности ротора

В ходе полевого осмотра на внутренних поверхностях ротора были обнаружены значительные отложения и загрязнения. В настоящее время компания не сообщает о проблемах с вибрацией. Считается, что это связано с тем, что отложения прочно прикрепились к поверхности ротора из-за работы системы на высоких периферийных скоростях и пока не вызывают значительного дисбаланса. В этом отношении можно сказать, что системе повезло в краткосрочной перспективе при текущих условиях.
Однако длительное сохранение таких отложений на роторе представляет серьезные риски. Разрыв или смещение отложений со временем может вызвать внезапные и непредсказуемые дисбалансы. Кроме того, химические компоненты, содержащиеся в отложениях, могут вызывать локальный износ, коррозию или повреждение поверхности материала ротора. По этим причинам рекомендуется незамедлительно удалять эти отложения.
При оценке возможных источников следует специально проверить состав и состояние фильтрации жидкости, подаваемой в распылительную форсунку, расположенную перед ротором. Если эта жидкость недостаточно чистая, возможно образование отложений переносимых загрязнений непосредственно на поверхности ротора. В противном случае, по оценкам, загрязнение могло быть занесено из испарителя или технологической линии в систему вентиляторов. Поэтому рекомендуется проводить оценку всей системы в целом, а не только оборудования вентиляторов, и выяснить источник загрязнения совместно с руководителем технологического процесса или поставщиком системы.

Загрязнение зоны обитания улиток из-за протечки уплотнения.

В данном случае было установлено, что загрязнение в области спирального корпуса за ротором было вызвано утечкой через уплотнение. Исследуемая система представляет собой систему MVR, работающую в вакууме, и при вводе системы в эксплуатацию наблюдалась утечка через уплотнение и повышенная температура в дренажной линии. Предполагалось, что это привело к накоплению вытекающей жидкости в области спирального корпуса с течением времени.

В соответствии с текущими наблюдениями, в первую очередь рекомендуется добавить подходящий фильтрующий элемент в линию уплотнения. Кроме того, рекомендуется проверить и заменить угольные кольца, которые, как считается, утратили свои герметизирующие свойства. Необходимо проводить мониторинг системы после фильтрации и замены угольных колец; если загрязнение продолжается, рекомендуется провести повторную оценку вентилятора и технологического процесса одновременно.

В данном исследовании мы постарались кратко и лаконично поделиться с вами некоторыми техническими ситуациями, которые мы наблюдали во время наших выездных проверок. Наша цель — повысить осведомленность на ранних этапах и усилить профилактический подход, а не принимать меры после возникновения неисправности.

Не следует забывать, что системы механической рекомпрессии паров (MVR) работают на высоких скоростях и с жесткими допусками. Поэтому регулярный осмотр ротора, уплотнительных зон и внутренних поверхностей, особенно во время плановых остановок или в течение 3-4 месяцев, имеет решающее значение для исправной работы системы. Казалось бы, незначительный симптом может предвещать серьезные потери производительности в будущем.

Если у вас есть иное мнение, похожие или отличающиеся ситуации, с которыми вы сталкивались на практике, или особые вопросы, которые вы хотели бы обсудить с технической точки зрения, не стесняйтесь поделиться ими с нами. При желании вы также можете предоставить имеющиеся у вас изображения ротора или результаты полевых исследований. Мы будем рады оказать вам поддержку в случаях, требующих технической оценки.

Мы всегда готовы провести совместную оценку, чтобы обеспечить безопасную, эффективную и устойчивую работу ваших систем. Вы можете немедленно связаться с нашей командой в Эфсане, Макина.