高温遠心ポンプ

「高温渦巻ポンプ？」と聞くと、すぐに温かいものを送り出すポンプを思い浮かべる人が多いでしょう。実際には、これは複雑な問題です。主な間違いは、ここで重要なのはベアリングまたはシールの温度クラスであると想定していることです。もちろん、これは重要ですが、根本は別の場所にあります。ハウジングとローターの熱変形と、加熱されたときにポンプで送られる媒体の特性がどのように変化するかです。設計段階でこれを考慮しないと、たとえ最も高価なものであっても、高温遠心ポンプ詰まりやキャビテーションによりすぐに故障します。 Zhejiang Yangzijiang Pumping Industry LLC では、このようなユニットを開発する際には、カタログからの選択ではなく、常にお客様の実際の技術プロセスの分析から始めます。

デザインの特徴「熱い」という言葉の裏には何が隠されているのか？

ここには一般化はありません。？熱い？ - これは、石油精製における凝縮水の場合は 90°C、冷却剤の場合は 350°C になります。デザインが根本的に変わります。たとえば 150°C までの適度な温度では、水冷軸受ユニットを備えた古典的なカンチレバーポンプがよく使用されます。ボディ材質は鋳鉄、ローターはスチールです。しかし、200°C を超えるとすぐに、部品のさまざまな熱膨張係数が影響を及ぼします。鋳鉄と鋼では伸びが異なります。シールと流れ部分の隙間が「低温」条件用に設計されている場合。使用温度に達すると、ローターとハウジングが接触する可能性があります。そのため、非常に高温の環境向けに、ハウジングとシャフトの熱膨張をより適切に適合させるために、当社ではカーボンまたは合金鋼のハウジングオプションを提供することがよくあります。

特別な話は封印システムです。熱湯パッキンは漏れとパッキンの調整との戦いの連続です。メカニカルメカニカルシール (MTU) はより現代的なソリューションですが、独自のニュアンスもあります。 MTU 摩擦ペアは、高温での動作向けに特別に設計する必要があります。標準的なカーボンセラミックは適さない場合があります。たとえば、当社のラインでは、高温のオイルや溶剤を圧送するために、炭化ケイ素 - 炭化ケイ素などのペアを使用しています。媒体の入口温度が変動する可能性がある熱衝撃中も安定した状態を保ちます。

そして忘れてはならないのが冷却システムです。ベアリングに限らず必要です。エラストマー補助要素 (O リング、カフ) が弾性を失わないように、メカニカルシールチャンバーを冷却することが必要な場合がよくあります。ある化学プラントでは、280°C のポンプが 1 か月間稼働した後も常に漏れ続けていたという話がありました。結局、顧客は費用を節約し、媒体がすでに高温になっているため、大した問題ではないと判断してシールの冷却ラインを止めたことが判明しました。その結果、フッ素ゴムリングは単に「焼結」してしまい、形が崩れてしまいます。より耐熱性の高い材料を使用して組み立てをやり直し、冷却を回復する必要がありました。

油圧部品: キャビテーションがより潜行的な理由

コールドポンプのキャビテーションでは、圧力の低下、気泡の形成、およびその崩壊など、すべてが多かれ少なかれ明らかです。 B高温遠心ポンププロセスは悪化しています。媒体の温度は飽和蒸気圧に直接影響します。液体が高温であればあるほど、吸入パイプまたはインペラ入口での局所的な圧力降下がわずかであっても、液体は沸騰しやすくなります。したがって、冷水用に示されている同じポンプの NPSHr (必要な吸引ヘッド) は、高温媒体には完全に不十分になります。実際には、入口圧力を大幅に高めるか、NPSHr を低減する特別な入口形状を備えたホイールを選択する必要があります。

私たちは、大規模な CHP プラントの温水再循環システムにポンプを供給しているときにこの問題に遭遇しました。紙の上では、すべてが一致していました。脱気装置内の圧力は十分であり、パイプラインは設計されていました。しかし実際には、ピーク負荷時、戻り補給水の温度が 105°C に跳ね上がると、まるで砂利が内部に注がれたかのように、吸込口で一定の騒音が発生しました。これがキャビテーションでした。解決策は、ポンプをより強力なものに交換することではなく、吸引ラインを変更することでした。経路を短縮し、余分なエルボを取り除き、バルブをフルボアのボールバルブに交換しました。場合によっては、機器を交換するのではなく、配管を分析することで問題が解決することがあります。

もう一つのポイントはインペラの選択です。高温、高粘度の用途 (加熱された燃料油、ポリマー) の場合、標準の密閉型インペラは効果的に機能しない可能性があります。場合によっては、オープンまたはセミオープンホイールの方がコーキングが発生しにくく、厚いメディアにもうまく対応できるため、パフォーマンスが向上することがあります。しかし、ここでは最大効率がすでに低下しています。信頼性と効率の間の妥協点を探す必要があります。

物質：温度だけでなく攻撃性も

多くの場合、高温環境は化学的に活性な環境でもあります。廃液、熱酸溶液、濃縮塩水。ここではタスクが 2 倍になります。材料は温度と腐食の両方に耐える必要があります。従来の AISI 304 ステンレス鋼は、孔食の危険性があるため、温度 80°C を超える塩素を含む環境には適さない場合があります。 AISI 316L またはハステロイタイプの合金に切り替える必要があります。

PPまたはPVDF製のプラスチック製ケミカルポンプを各種取り揃えております。高温で腐食性の環境を求められることがよくあります。ただし、明確な温度制限があり、通常、PP の場合は約 90 ～ 100°C、PVDF の場合は最大 140°C です。過剰になると、機械的強度が低下し、負荷がかかったときにケーシングがたわむことがあります。お客様が予算の理由から、ポリプロピレン製ポンプを使用して 110°C で 40% 硝酸をポンプしたいというケースがありました。私は彼を思いとどまらせ、テフロンコーティングを施した 904L ステンレススチールのオプションを提案する必要がありました。ポンプの材料を節約することは、その後の修理やダウンタイムに何倍もの費用を支払うことを意味します。

純粋に高温だが攻撃性のない媒体 (熱水、サーマルオイル) の場合は、球状鋳鉄 (DC 鉄) が適しており、比較的経済的な選択肢です。通常のねずみ鋳鉄よりも強度があり、熱衝撃に対する耐性が優れています。これはまさに多段ハウジングでよく使用される種類の材料です。遠心ポンプ長年にわたり連続サイクルで動作する暖房および温水システム向け。

テストと試運転: リスクはどこにあるのか

ホットポンプにとって最も重要な瞬間は起動時です。冷たいユニットに熱い媒体が突然加わると、最初に述べたのと同じ熱変形が発生する可能性があります。ハウジングは、巨大なローターよりも速く加熱して膨張します。隙間が「なくなり」、擦れが発生する可能性があります。正しいテクニックは、徐々に滑らかに加熱することです。場合によっては、全負荷をかける前にポンプ本体全体を均等に暖めるための低流量バイパスラインを提供することもあります。

浙江揚子江ポンプ工業有限公司のテストベンチにて。高温遠心ポンプ2 種類のテストを実行する必要があります。1 つは冷間油圧テスト (流量、圧力、NPSHr のテスト) で、もう 1 つは熱間油圧テストで、公称温度での気密性と動作の安定性を確認します。後者の場合、水を最大 180°C まで加熱できる蒸気発生器を備えた回路があります。「その時点」のパラメータだけでなく、顧客が指定した範囲内で温度が変化したときのポンプの動作も確認することが重要です。停止後の冷却時のオイルシールやMTUの挙動はどうなりますか?漏れはありますか？これらの点を顧客の現場で確認するよりも、スタンドで確認する方が適切です。

設置者が犯すよくある間違いの 1 つは、パイプラインの配管と固定が間違っていることです。ホットラインでは大幅な温度上昇が発生します。ポンプの吸入パイプと吐出パイプがしっかりと固定されており、補償器がない場合、結果として生じる応力がポンプハウジングに伝わり、ポンプハウジングが歪む可能性があります。これはベアリングの破損やシャフトの位置ずれに直結します。パスポートには、ベローズ伸縮継手またはヒンジを取り付ける必要があると常に記載されていますが、残念ながら、これは常に行われるわけではありません。

サービスと耐久性: 予測可能なメンテナンス

リソース高温遠心ポンプ動作モードに大きく依存します。サイクリックモード（加熱-冷却）が最も困難です。材料が疲労し、シールの弾性が失われます。このような状況では、安定した温度で継続的に動作するポンプよりも頻繁に MTU とベアリングのメンテナンスをスケジュールすることをお勧めします。定期的な振動測定は状態を示す良い指標となります。ベアリングユニットの振動加速度の増加は、クリアランスの変化や潤滑の劣化による摩耗の開始を示すことがよくあります。

潤滑は別の問題です。高温のベアリングユニットには、通常のリトールやグリースは適していません。単に排出されるか炭化するだけです。 150°C 以上で動作するように設計された、複雑なカルシウムまたはリチウム増ちょう剤をベースにした高温グリースが必要です。または、オプションとして、冷却液体潤滑システムも利用できます。重要なアプリケーションの設計では、より高価ですが、2 番目のオプションを使用することがよくあります。

結局のところ、高温遠心ポンプの選択と操作は常にバランスのとれた作業です。設備コストと所有コスト、標準ソリューションと特殊設計の間のバランス。重要なのは、それを単なる「ポンプではなく、お湯のため」と考えることです。設計から日々のメンテナンスまで一貫したアプローチが必要な特殊な装置です。そして、浙江揚子江ポンプ工業有限公司では、ボイラー室用の標準ポンプであれ、化学プラントの生産ライン用の複雑なユニットであれ、まさに研究開発、生産、試験、サービスの分野を組み合わせたこのアプローチを各注文ごとに導入しようとしています。