社説: ベアリングハウジングの改造を超えて

Jul 17, 2023

図 1: 現在の設計のオーバーハング スタイル ポンプ (画像提供: Sulzer Ltd.)

見落とされがちなのは、既存の配管や基礎を変更することなく、ポンプのフルリキッドエンドをアップグレードして信頼性をさらに向上させる手段です。 この記事では、ベアリング ハウジングの改修の利点と、API-610 水平オーバーハング ポンプの可能な限り最高の信頼性を実現するために適用できる追加のアップグレードの両方について説明します。

単段オーバーハング ポンプは、流体をある場所から別の場所に移送するための非常に重要な世界的リソースです。 この特定のスタイルのポンプは、比較的豊富な流量と圧力範囲の製品を提供し、一般にメンテナンスが簡単であるため、世界中で見られるすべてのポンプ タイプの中で最も普及しています (図 1)。 使用されるプロセスは、比重の重い液体から軽い液体まで、また極低温から場合によっては 800 °F (427 °C) を超える温度まで多岐にわたります。 この多用途性により、これらのポンプは、生産ユニットを稼動し続けるための信頼性と稼働時間を向上させるため、メンテナンスの注目を集めることがよくあります。

単段オーバーハングポンプは、誕生以来進化し続けています。 技術と経験が得られるにつれて、製造、材料、設計の進歩により、これらのスタイルのポンプの全体的な信頼性が向上し続けています。 横型 OH 型ポンプの基本的な設計基準は、比較的一定のままです。 ラジアル軸受とスラスト軸受を備えた軸受ハウジングと、軸受ハウジングの外側のシャフトに張り出したインペラで構成されます。 API-610 などの業界標準、購入に関する推奨事項、設計上の考慮事項が提示され、このスタイルのポンプの全体的な信頼性を高めるために着実に改訂されてきました。

共通の API-610 現行版ベアリング ハウジングの改修は、短い平均修理間隔 (MTBR) スケジュールや逃散排出削減要件の対象となる可能性がある従来のスタイルのポンプにいくつかのアップグレードを提供するのに役立ちます。 これらの改造により、ほとんどの場合、単列の深溝ラジアル軸受と、一対の背中合わせのアンギュラコンタクト スラスト軸受が提供されます。 オイルスリンガーリングと潤滑溝により潤滑性が向上しました。 外部冷却水の必要性を軽減または排除するために、より大きなオイルサンプ、ファン、鋳造フィンが追加されました。 最後に、シール チャンバーとシャフトは、現在の API-610 たわみ制限と表 7 の寸法を満たすように設計されています。 これにより、API-682 シールを使用してシール技術をアップグレードし、寿命とシール性能を向上させることができます。

一般に考慮されていないのは、ポンプの既存の液体端コンポーネントのアップグレードです。 従来のポンプの多くは、多くの業界標準よりも前に設計されており、圧力境界のメンテナンスと信頼性を容易にするいくつかの機能が含まれていません。 以下のアップグレードの機会は、スルザーが複数のエンドユーザーとともに実装した項目であり、その結果、ポンプ装置がより堅牢になり、修理間の稼働間隔が延長されます。

ノズルローディングの改善最新の業界仕様が実装される前に購入および設置された機器は、接続された配管によって課せられる外部ノズルの力やモーメントに対処する能力が不足している可能性があります。 これらの力が過剰にかかると、ポンプ ケースやベースが変形し、位置ずれや過度の振動が発生したり、磨耗部品が接触したりする可能性があります。 多くの場合、これらのポンプは、薄い取り付け脚、最小限のウェビング ブレーシング、および平面で定格 150 または 300 psi (10 または 20 bar) のフランジを備えて設計されています。 これらの構成は、既存の配管やベースプレートの設置に適合する機能を維持しながら、既存のパターンを適切に変更することでアップグレードできます。

従来の取り付け脚とウェビングの厚さは、元の設計に応じて 1 インチまたはそれ以下になる場合があります。 新しいスタイルの API-610 準拠ポンプには、API-610 ノズル負荷要件をサポートするために、はるかに厚い脚とウェビングが付属しています。 図 #2 は、ポンプ全体の剛性を向上させるために従来の設計に加えられたパターンの変更を示しています。

図 #2 に見られるように、取り付け脚の厚さが 2 倍以上になり、鋳物にさらなる強度が与えられます。 足部からボリュート外壁までのウェブブレースの厚みも増加しました。 これらの変更に加えて、このケースのフランジは、元の米国規格協会 (ANSI) 300# レイズド フェイス設計から、元の 300# フランジと同じ穴あけおよび機械加工寸法で ANSI 600# 厚さに変更されました。 これらすべての変更は、パイプのひずみが存在する場合のケースのたわみに対する全体的な耐性を向上させたり、ポンプのアライメントに関連するパイプのひずみの全体的な許容範囲を増やしたりするのに役立ちました。

ポンプとケース接続の全体的な剛性を向上させるためにこのケースに実装された最後のアップグレードは、ベントとドレンのフランジにガセットを取り付けることでした。 ガセットを追加すると、振動疲労による小口径パイプの溶接失敗の可能性が減少します。

ケースの密閉構造 ANSI/米国機械学会 (ASME) B73.1 ポンプ、および API-610 第 4 版に準拠した API 以前のスタイルのポンプでは、ケースとケース カバーの間に密閉された制御された圧縮の螺旋状ガスケットを使用する必要がありませんでした。 。 多くの場合、ガスケットはカバーのフランジとケースの間に挟まれる非金属シートが使用されていました。 これらのガスケットは、ケーシングのボルト締めに加えられるトルクに応じてシール面全体の圧縮が変化する可能性があるため、信頼性がやや低い場合があります。 さらに、材料には、ポンプで送られる流体の温度と化学組成に制限がある可能性があります。 API-610 第 5 版では、ポンプのシール能力を向上させ、温度と製品の動作限界を拡大するために、閉じ込められ、圧縮が制御されたスパイラル巻きガスケットの要件が導入されました。

ベアリング ハウジングの改造の多くのメーカーは、新しいケース カバーの設計にうず巻きガスケットの使用を組み込んでいます。 ただし、ほとんどの場合、この変換のためにケースも準備する必要があります。 多くのレガシー スタイルのポンプには、非金属スタイルのガスケット用のくぼみが付いている場合がありますが、その機械の寸法が正確に制御された深さであることはほとんどありませんでした。 他のケーススタイルにはガスケットの凹みがまったくない場合があります。 前のセクションで説明したように、既存のケース パターンに変更を適用するときに、全体的なシーリング設計を改善する機会を組み込むことができます。 ケーシング カバーの境界面での既存のケーシングの寸法により、らせん状に巻かれたガスケットの溝を組み込むことができない場合は、外径に追加のラギングを適用することができます。 次に、ケーシング閉鎖ボルトの円を大きくして、最新の API-610 テーブル 7 シール チャンバーの組み込みに必要なスペースを作成します。

油圧リレートと冶金のアップグレード現代の精製用途では、代替生産需要により、元のポンプ設計の負荷点が、当初の負荷要件と比較して、予想されるポンプ寿命の経過とともに変化する可能性が非常に高くなります。 新しく供給されたケースの再設計段階で油圧レートを適用して、現在の運用要求を満たすようにポンプの性能を最適化できます。 ボリュートリップの延長または元のデザインからのカットバックで十分な場合があります。 必要に応じて、より厳密に一致した水圧プロファイルを提供するために、代替の渦巻きコア ボックスを作成することもできます。 改良された高容量または低容量のインペラを取り付けて、所望の動作流量および差圧に対する最高効率点をさらに最適化することができます。

図 4a と 4b は、オーバーハング ポンプで実行されるリレートを示しています。 このポンプに要求された当初の負荷点は減少しており、新しいバッチプロセスでは流量をさらに減らす必要がありました。 上記のボリュートの修正とインペラの交換を組み合わせることで、顧客の要件を満たす満足のいく動作曲線が得られました。

腐食/浸食のアップグレードポンプケースの腐食や浸食の影響に対処するには、ケースの冶金をプロセス流体により適したものにアップグレードすることが賢明です。 これらの変更には、炭素鋼からマルテンサイト、オーステナイト、または二相ステンレス鋼へのアップグレードが含まれる場合があります。 あるいは、これらの従来のポンプの多くは鋳鉄である可能性があります。 鋳鉄を炭素鋼やその他の溶接可能な合金に置き換えると、機器の寿命が数十年延びる可能性があります。 浸食性の高い条件の場合は、流路にコーティングを施すなどの追加のステップも考慮される場合があります。 これらには、高速酸素燃料 (HVOF) スプレー、肉盛溶接、拡散コーティングなどの技術が含まれる場合があります。

結論オーバーハング ベアリング ハウジングの改造は、API および API 以前のスタイルのポンプの MTBR を延長するのに役立つアップグレードであることが長い間証明されてきました。 ただし、既存の設備を現場で追加変更することなく、新しいポンプ技術をレガシー機器に適切に適用することで、さらなる利益が得られることを認識することが重要です。 これらの変更は、長いリードタイムと事前の費用がかかるように見えるかもしれませんが、ベースプレートや配管設備の現場での変更にかかるコストを考えれば矮小化される可能性があります。 これらの支出に加えて、多くの場合、施設の改訂された生産需要に対応しながら、ユニットの寿命をさらに延長し、運用コストを削減するために、効率の改善を組み込むことができます。

出典: スルザー株式会社