渦巻ポンプの性能試験

Jul 29, 2023

テストの目的は、製品の設計を検証し、機械的完全性を確認することです。 このテストは、業界および顧客の標準への準拠を証明し、制御された条件下でのポンプの性能の最終記録を作成するために完了します。 テスト中は、ユーザーの仕様に加えて、特定の業界標準に従う必要があります。 これらの規格を以下に示します。

API 610 では、この規格に基づいて販売されるすべての API ポンプは性能テストされると規定されています。 API ポンプをテストするためのクラスがいくつかあります。 リストされているテストの一部は API 標準の範囲外ですが、購入者が必要とする場合があります。 これらのクラスの概要は次のとおりです。

機械的運転: ポンプの機械的完全性を確認するためのテスト。 これは、許容可能なベアリング温度、振動レベルの維持、シールやガスケットからの漏れがないことなど、ポンプが機械的問題なく動作することを意味します。 テストの期間は、ポンプが現場で十分に動作し、軸受の温度が安定することを確認するのに十分な長さに限られます。

インペラのトリムが正しいことを確認するには、設計条件でデータ ポイントを取得する必要があります。

パフォーマンス テスト: パフォーマンス テストは、API 610 仕様に準拠した完全なテストです。 測定は ASME PTC および HI テスト規格に準拠して行われます。 パフォーマンス テストでは、曲線 (通常は 6 点以上) を完全に定義するのに十分なデータが取得されます。 各ポイントでの振動とベアリング温度の実行ログが取得されます。

ポンプは指定された制限内で満足に動作する必要があります。 試験時間は、ベアリングの温度を安定させるのに十分な長さでなければなりません。 別段の合意がない限り、ポンプはデータシートに示されているフィールド速度で動作させる必要があります。

NPSH テスト: 正味吸引ヘッド (NPSH) テストは、ポンプの吸引性能を判定するためのテストです。 NPSH テストを実行するには、ポンプがキ​​ャビテーションの開始に入るまで、吸引ライン内の圧力を徐々に下げます。 これは通常、揚程の 3% の低下、または多段ポンプの場合は第 1 段の揚程の 3% の低下によって定義されます。

NPSH およびポンプ全揚程を含むデータ ポイントは、全揚程が低下し始めるまで取得されます。 容量は一定の所定の流量に維持されます。 開発テストでは、ポンプが動作を停止するポイントを完全に定義するために十分なデータを収集する必要があります。 画像 2 は、完全な NPSH テストの典型的な曲線を示しています。

ストリング テスト: ストリング テストは、通常はクライアントによって要求される特別なテストであり、ポンプとドライバー、場合によってはギアボックスなどの他のドライブ トレイン コンポーネントが、通常はジョブ ベースでセットアップされ、アセンブリとして実行されます。指定された時間の長さ。

特に指定がない限り、列車は現場速度で走行します。その場合、可変周波数ドライブ (VFD) が必要になります。 テスト中、測定値はユーザーが指定したとおりに取得され、通常は容量、ヘッド、運転士の馬力 (hp) およびすべての列車コンポーネントの振動、コンポーネントのベアリングの温度、および水温が含まれます。 これは非常に専門的な試験です。

立会テスト: 上記のテストはいずれもクライアントが立会できます。 これは通常、追加料金がかかるテストです。 通常、クライアントがテストに立ち会う前に標準テストが実行され、ポンプが期待どおりに動作しているかどうかが確認されます。 プレテスト中に見つかった問題は、クライアントが到着する前に修正できます。

計測器: テスト中に使用されるすべての計測器は、最高の精度と信頼性を備え、国家標準に合わせて校正され、国立標準技術研究所 (NIST) に追跡できるものでなければなりません。 圧力および容量計測の一般的な最小精度は +/- 0.1% です。 馬力の測定値は少なくとも +/- 0.5% になります。

試験中、容量、吸込ヘッド、吐出ヘッド、馬力、速度、振動、温度（試験水と軸受）が測定されます。 ベアリング温度には、オイル サンプ温度とベアリング温度 (スリーブ ベアリングのみ) が含まれます。 圧力トランスデューサー (ゲージ) が絶対圧力で校正されているかどうかのテストが簡素化されます。 絶対圧力に校正すると、水頭と NPSH の計算が簡素化され、大気圧の変動がなくなるため、テスト中に気圧を測定する必要がなくなります。

各能力ポイントで、吸込ヘッドと吐出ヘッド、馬力、速度のデータが取得されます。 ポンプの機械効率はこれらのパラメータから計算されます。 必要に応じて、NPSH テストが実行され、NPSH を決定するための計算が行われます。 これらの計算に使用される式を式 1 に示します。

H = Hdisch – H吸引 +

( V2ディッシュ/ 2g -V2サクション/ 2g) +/- h

どこ

H = ポンプの全揚程 (フィート)

Hdisch = 吐出パイプの蛇口での絶対圧力水頭（フィート（メートル））（吐出圧力の蛇口での絶対ポンド/平方インチ [psia]）/2.31（比重 1 の水の場合）

Hsuction = 比重 1 の水の場合、吸引タップでの絶対圧力水頭 (フィート (メートル)) (吸引圧力タップでの psia) /2.31

V2disch/2g = 吐出パイプ内の流体の流頭速度 (V = 0.00259 * ガロン/分 [gpm]2/(ID)4) (ID 単位はインチ)

V2suction/2g = 吸引パイプ内の流体の速度ヘッド (V = 0.00259 * gpm2/(ID)4) (ID 単位はインチ)

g = 地球の重力定数 (32.174 フィート/秒2)

h = 吸入および吐出圧力計の高低差 (存在する場合) (フィート (メートル) 単位)

効率 = Q * H/(hp* 3960)

どこ

Q = 米国 gpm での容量

H = 液体 (水) の頭数フィート

hp = 馬力

3960 は英国単位の換算係数です

NPSH = ha + V2吸引/ / 2g – hvp – hst

どこ

ha = 吸引パイプの圧力タップで測定された絶対圧力 (液体のフィート単位)。

V2Suction/2g = 吸引パイプ内の流体の速度ヘッド (V = 0.00259 * gpm2/(ID)4)。ID の単位はインチです。

hvp = ポンプで送られる流体の温度における液体の蒸気圧に相当するフィート単位の頭数

hst = 吸込圧力タップがインペラまたはインペラアイの中心線の上または下にある静水頭 (フィート単位)

誘導モーターでテストする場合、負荷が増加するとモーター速度が低下します。 馬力が増加すると速度が低下する（同期速度からスリップする）ため、これをスリップといいます。 ポンプ曲線を一定速度で表示することが望ましいため、データ (容量、揚程、馬力) を一定速度に正規化する必要があります。

この速度の補正は、親和性の法則と呼ばれる関係を使用して計算されます。 法則によれば、能力は速度に比例して変化し、頭数は速度の二乗で変化し、馬力は速度の三乗で変化します。 この原理は、テスト中に取得されたすべてのポイントを一定速度に補正する場合や、データシートに記載されている速度とは異なる速度でテストされたポンプのデータを補正する場合に使用されます。

吸入および吐出配管は ASME PTC に従って設計する必要があります。 吐出圧力タップは、フランジから直径 5 ～ 7 個 (直径 7 個が好ましい) の位置にあり、圧力タップの後に少なくとも 2 個の直径の位置にあります。 この位置の目的は、測定を行う前に流量プロファイルを均一化できるようにすることです。 これは、接続するテストパイプの長さが少なくとも 7 直径でなければならないことを意味します (9 直径が望ましい)。 圧力タップは、吸入フランジの直径 2 つ前、吐出フランジの直径 5 ～ 7 つ後に位置します。 吸入管と吐出管は乱流を防ぐために内径が滑らかでなければなりません。

圧力タップは中心線上で 90 度離れて配置されています。 1 つのタップはベントとして使用され (非自己通気パイプの上部中心線に設置)、もう 1 つは水平中心線に位置する圧力測定用に使用されます。 圧力タップは画像 1 に従って作成する必要があります。ドリルスルー穴は 1/8 インチで、接続は通常 1/4 インチのナショナル パイプ スレッド (NPT) ハーフ カップリングです。

典型的な試験施設には、水が抑制タンクからループを通してポンプで汲み上げられる閉ループ システムが含まれています。 吸気の絞りを最小限に抑えて NPSH テストを実行できるように、タンクは地表の下に設置することが望ましいです。 テスト中、水はタンクからポンプに引き込まれ、その後ポンプの吐出口から出て、制御バルブと流量計を通って流れ、タンクに戻ります。 テスト配管と計装の概略図については、画像 4 を参照してください。

サプレッションタンクの定格は少なくとも 50 psi (150 psi が望ましい) で絶対ゼロ圧真空である必要があります。 タンク圧力は、絶対ゼロ付近から 100 ポンド/平方インチ絶対値 (psia) 以上まで制御できなければなりません。 真空ポンプとエアコンプレッサーを使用して圧力を制御し、必要な吸引圧力を生成します。 馬力は、校正済みのモーターとワットメーターまたはトルクメーターを使用して測定されます。

各データポイントで正確な速度測定値が取得されます。 これは、ストロボ ライトとストップウォッチと同じくらい簡単で、ストロボをモーターの同期速度に設定し、モーターのスリップをカウントして同期速度から差し引きます。 最も一般的なオプションは、モーターに取り付けられたタコメーター、またはトルク メーターに組み込まれたタコメーターです。 精度はプラスまたはマイナス 1 回転/分 (rpm) である必要があります。

テストを観察するときは、何が起こっているのかを証人が完全に理解することが重要です。 パフォーマンス テストは高度に専門化されていますが、それほど複雑ではありません。 すべての主要メーカーといくつかの独立した修理工場には 1 つ以上のテスト施設があります。

アメリカ石油協会規格 610、第 12 版

油圧研究所「遠心ポンプ試験」、ANSI/HI 1.6-2000

油圧研究所「垂直ポンプ試験」、ANSI/HI 2.6-1994

ASME 電力テスト コード、ASME PTC 8.2-1990

Charles Goodrich は、ポンプ業界で 50 年以上の経験を持つ PumpWorks, LLC のコンサルタントです。 彼はルイジアナ工科大学で機械工学の学位を取得しています。 Goodrich へは、[email protected] までご連絡ください。 詳細については、www.pumpworks.com をご覧ください。