再びプライムタイムです、パート 2

Sep 28, 2023

コラムのパート 1 では、総プライミング時間を短縮する理由を説明しました。

ポンプシステムを呼び水する外部方法は多数あります。 より一般的な方法には、真空ポンプ、エジェクター、ベンチュリ、プライミング インダクター、外部プライミング チャンバー、フート バルブなどがあります。

一部のシステムはサンプレベル管理を含めて自動的に制御されますが、その他のシステムは 100% 手動で行われます。 多数のポンプが設置されている場合はどこでも、経済分析により、中央呼び水システムがすべてのポンプに接続されていることが示唆されます。

外部プライミング方法の場合、ユーザーはプライミング装置のベンダー/メーカーに相談して、システム容量とプライミング装置の性能に基づいた独自のシステムの特定のプライミング時間を決定する必要があります。

このコラムでは、内部にプライミングチャンバーを備え、外部手段を必要とせずに自吸するポンプに焦点を当てます。 言い換えれば、自吸機能は一体型であり、ユニットに組み込まれています。 これらのリフトサービスでは、他のタイプのポンプよりも自吸式ポンプがはるかに一般的です。

フートバルブに関する注意点の 1 つは、バルブの設計上の欠陥ではなくシステムの問題として、時間の経過とともに問題が発生する傾向があることです。 それらが（設計に従って）機能すると、呼び水時間とポンプシステムの避けられない摩耗の両方が節約されます。 ただし、液体/システム内に異物が存在する場合、これらの異物がシート領域に詰まるため、使用時間が経つとバルブに頻繁に漏れが発生します。 さらに、フートバルブは大きな摩擦係数をもたらし、利用可能なリフト能力を妨げます。 Darcy 方程式を検討し、パイプの水圧抵抗が、一般に K 係数として知られる、長さと直径を含む摩擦係数係数として表現できることを理解してください。 ストレーナー付きのポペット型フートバルブの K ファクターは通常約 400 ですが、ストレーナ付きのヒンジ付きディスクの場合は 75 と著しく低くなります。比較のために、ボールまたはゲートバルブの K ファクターは 3 ～ 8 の範囲になります。

まず、自吸式ポンプであっても、初期運転前に呼び水が必要であることに注意してください。 セルフプライマーにはプライミングチャンバーがあり、ポンプを始動する前に外部から液体を導入する必要があります。 自吸ポンプは、その後の運転時に再呼び水ができるように設計されています。 時間の経過とともに、輸送、メンテナンス、漏れおよび/または蒸発により再プライミングが必要になる場合があります。

自吸ポンプは通常、2 つの基本概念のいずれかに基づいています。 1 つのタイプは、リザーバー、空洞、または分離した内部チャンバーを利用して、分離プロセスのために同伴空気を伴う液体のインペラへの再循環を促進します。 もう 1 つのタイプでは、分離プロセスがポンプのインペラと吐出領域で直接行われます。 異なるメーカーは、分離プロセスを加速するために戦略的に配置されたポート/通路と組み合わせて、追加または拡張された補助チャンバーを含む両方の設計のバリエーションを持っています。 いずれの場合でも、混入した空気/ガスはプロセス中に液体から分離する必要があります。 ポンプが動作するには、吸引源からの二相流体を空気と液体に分離する必要があります。

分離された空気とガスには行く場所 (出口) が必要であり、ポンプにはそれらを圧縮する機能がないことに注意してください。 したがって、空気とガスは通常、大気圧 (背圧なし) でバイパス ラインを介してサンプに戻されます。 バイパスラインは、継続的に開いていてもよく、または自動液体感知バルブまたは空気放出バルブのような時限ソレノイドまたは液体感知手段によってバルブ制御されてもよい。

ユーザーは、ゴールデンタイムの計算を完了する前に、利用可能な正味正吸引ヘッド (NPSHa) が必要な正味正吸引ヘッド (NPSHr) を超えているかどうかを最初に確認する必要があります。 良いニュースは、計算プロセスにおいて、ユーザーがプライミング時間の計算に必要な他の多くの要素を決定することになるということです。 NPSHa の計算には、摩擦と吸引リフトの情報に加えて、絶対圧力、液体温度、蒸気圧のデータが必要です。 この取り組みで見落とされがちなおまけは、ユーザーがキャビテーションを引き起こすポンプを設置しないことです。

NPSHa の計算については、このテーマに関する私の記事を 1 つ以上参照してください。

自吸式ポンプの場合でも、ユーザーはプライムタイムの計算、つまり「有効な静的揚力の呼び水時間」を計算するために、ポンプの製造元からいくつかの重要な情報を必要とします。 式のこの成分は、インペラの直径、速度、吸引揚力の垂直距離成分に基づく時間係数になります。 時間係数は周囲温度での清水の汲み上げに基づいており、他の液体特性の補正が必要になります。 ポンプの製造元は、公開されているポンプ性能曲線内に時間係数を挿入図、二次曲線、または表として含めることがよくあります。 この時間係数を実際のプライミング時間と混同しないでください。これは、実際の式/方程式の多くの係数のうちの 1 つにすぎません。

呼び水時間の計算には含まれませんが、実際の浸水と臨界水没はどちらも自吸またはポンプ システムの成功にとって重要な要素です。 「水没」および「臨界水没」という用語に詳しくない場合は、2016 年 4 月のポンプとシステムの記事 (www.pumpsandsystems.com/guidelines-submergence-air-entrainment) を参照してください。

NPSHa と重大な水没を判断するプロセスでは、ユーザーが十分な NPSHa を持っていても水没が不十分である可能性があることを区別して理解することが重要です。 ユーザーが十分に水没しても、十分な NPSHa が得られない可能性があるという逆の見方も当てはまります。

重大な水没の欠陥は、多くの場合、フロート、バリア、バッフル、より大きな吸引ライン、および/またはベルマウス吸引入口によって軽減できます。

プライミングタイム

計算の過程では、まず以下を決定/計算する必要があります。

以下の項目は、総呼び水時間の計算式の要素を構成します。

画像 1 の式を参照してください。 注: 長さ、距離、直径の単位はフィート、時間は秒です。

吸込配管の全長と直径を決定・測定します。 計算にはパイプの内径 (ID) を使用する必要があることに注意してください。 この ID 寸法は、パイプの材質とスケジュールの関数です。 重要な点は、ユーザーは液体の表面から上のパイプの長さのみを考慮することです (ただし、NPSHA 値の摩擦損失を計算するときはパイプの合計長も考慮してください)。

静的揚力は、単に液体の表面から羽根車の中心線までの垂直距離 (高低差) です。 最高点を使用することもできます。 多くのセルフプライマーでは、吸引ラインまたはポンプ入口の高さがインペラの中心線とは異なります。 安全係数として、最悪の場合（最低レベル）の静的揚力を測定します。

液体の SG は、有効な静的揚力に直接影響します。 有効な静的揚力を取得するには、ユーザーは (最大) 静的揚力値に SG を掛けるだけで済みます。 SG は比率であるため、単位はないことに注意してください。 この場合の SG は、揚力と直接関係する補正係数として考えることもできます。つまり、比重が高くなるほど、有効な静的揚力が大きくなります。

次に、効果的な静的リフトのための呼び水時間です。 この情報はポンプの製造元から提供され、ポンプの経験的テストデータに基づいています。 この情報は、公称ポンプ吸引量と同じサイズの吸引パイプ直径に基づいています。 したがって、吸込管がポンプ吸込量よりも大きい場合、ゴールデンタイムの計算が正しくなくなります。 また、必ず有効静的リフト (静的リフトの代わりに SG 用に補正) を使用してください。 画像 1 のグラフを参照してください。

液体の蒸気圧 (液体温度の関数) は式の一部ではありませんが、NPSHa の計算には必要になります。 計算では最悪のケースを想定します。これは、システム内で予想される最高の液体温度を意味します。

液体温度が 140 F に近づくと、物理的限界とポンプの限界に近づいていることを示す危険信号になります。 おばあちゃんがよく言っていたように、「ポンプはその限界を知らなければなりません」。 詳細については、NPSHa マトリックスの再考に関する私の 2021 年 10 月のコラムを参照してください: www.pumpsandsystems.com/re Thinking-npsh-matrix?oly_enc_id=0806C1425778F5U

例

ポンプ システムの例では、十分な NPSH と臨界水没マージンの両方があることが検証されています。 画像 1 の挿入図を含む公式と提供されたサンプル情報を使用して、アリゾナ州北部に拠点を置く架空の Acme Canis Latrans Pump Company LLC によって製造されたこのテスト ポンプの呼び水時間を計算できるかどうかを確認してください。

与えられたもの: 8 インチの羽根車を備え、68 F (SG = 1.0) で水を汲み上げるモデル「Geococcyx Californianus」自吸式ポンプ。 吸引パイプの直径はポンプの吸引入口と同じ 3 インチ (0.250 フィート) です。 吸引リフトは 14 フィート、地表からの吸引パイプの全長は 18 フィートです。 図 1 の公式とグラフを使用すると、総プライミング時間の答えは 36 秒になります。

注: 吸引パイプが 3 インチから 4 インチに拡大される例に変更すると、合計時間は 36 秒から 64 秒に変わります。

私は長年にわたり、自吸ポンプが適切に動作しない最も一般的な理由のリストを独自に収集してきました。 要約された簡潔なリストは次のとおりです。

Jim Elsey は、世界中の産業および海洋用途の回転機器において 50 年以上の経験を持つ機械エンジニアです。 彼は、Summit Pump, Inc. のエンジニアリング アドバイザーであり、米国機械学会、全米腐食技術者協会、および海軍潜水艦連盟の積極的な会員です。 エルシーは、MaDDog Pump Consulting LLC の社長でもあります。 彼への連絡先は[email protected] です。