速度を落としてください、動きが早すぎます (おそらく)、パート 1/2

Aug 03, 2023

私はあなたに何をすべきかを教えるためにここにいるのではありません。 ただ、十分な情報を得た上で決断していただきたいと思います。 私の多くのコラムと同様、このコラムも以前のコラムに対する読者のコメントからの帰結です。 Pumps & Systems の 2017 年 8 月号で、私は可能であれば低速ポンプを好む理由について自分の仮説を説明しました。 参照点: 60 ヘルツの 2 極対 4 極の誘導速度 (1,750 対 3,550 回転/分 [rpm]) に基づいたモーター速度について言及しています。

2017 年のコラムをまだ読んでいない場合は、高速ポンプを使用することが多くの場合必要かつ賢明であることを認識することが重要です。 高速ポンプはより効率的であり、同じ油圧条件でも物理的エンベロープが著しく小さくなります。 デューティ サイクルに応じて、効率の高いポンプは、今日のエネルギーを大量に消費する世界では特に歓迎される高い投資収益率 (ROI) をもたらします。

経験則として、揚程と流量の特定の値で性能を評価されたポンプは、速度を 2 倍にすると物理的にサイズを半分に縮小できます。 高速ポンプのサイズが小さいため、設置面積が小さくなり、初期コストが低くなります。

私は、ポンプの速度が遅いほど信頼性が高くなることが多く、つまりポンプの寿命が長くなり、その間のメンテナンスの必要性が少なくなる、と考えています。 こうした信頼性の利点は ROI の節約にもつながりますが、一部の企業では忍耐力があるよりも時間がかかる可能性があります。 複雑なロジックでは初期コストのみに焦点が当てられ、必然的に増加するメンテナンスと運用コストが無責任に他のものに転嫁されます。 要約すると、ポンプの予想寿命について、初期コストと総所有コスト (TCO) を比較します。

ポンプ速度の好みについて尋ねられると、私は通常、「それは状況による」派だと答えます。 全体的な意思決定プロセスにおいて考慮すべき変数の長いリストがあります。

これらの主張を裏付ける実証データはありますか? 簡単に言うと、私は、アラン R. ブドリスが数年前に書いた記事の中で言及した、100 台を超えるアメリカ石油協会 (API) クラスのポンプに関する、私の論文を裏付ける 1 つの正式な研究についての知識を持っています。 研究書のコピーを持っていないのが残念です。

電力研究所 (EPRI) の故エレマー・マケイ博士がボイラー給水ポンプの安定性に関して発表した別の研究では、彼の要約では次のように述べられています。その代償として、最良の動作点での効率がいくらか低下します。」 同氏の 60 ページを超える報告書には他にも多くの重要な点があることに注意してください。

高速か低速かという問題は簡単に答えることができず、多くの専門家が独自の理論を仮定することを理解してください。 私の「遅いほうが良い場合もある」という主張に同意しない人はたくさんいます。 ただし、私がお願いしたいのは、決定する前に方程式内のすべての要素を考慮してくださいということだけです。

ポンプのアプリケーションに関するすべての考慮事項を考慮すると、各係数/変数を徹底的に検討し、重み付けされた指数または乗数を割り当てることをお勧めします。 考慮すべき要素が非常に多いため、良心的には速度の要素だけで決定することはできません。 すべての変数をスプレッドシートに入力して、解を計算することをお勧めします。 結果は、主観的な感情的な選択ではなく、分析情報に変換された客観的なデータに基づいて決定するのに役立ちます。

優れたシックス シグマの演習と同様、評価で選択したデータは、測定が行われない限り有効ではありません。 ポンプ工学の一般的な公理の 1 つは、ポンプの摩耗係数は速度係数の 3 乗に比例するというものです。 ウェアα(RPM)3と記載されています。 [記号「α」に馴染みのない方のために説明しますと、これはギリシャ文字の小文字アルファであり、数学では「に比例する」という意味です。] この摩耗理論と表現は、液体が流動性を有するレオロジー用途でよく使用されます。スラリーとして分類されます。 その他の一般的な格言は、摩耗は液体の速度に比例し、摩耗は材料の硬度に間接的に比例するというものです。

このコラムがレオロジーのウサギの穴に飛び込むのは私の意図ではないので、液体の特性に関係なく、潜在的なポンプの摩耗と信頼性を予測するツールとしてレオロジー係数をよく使用することを述べることを除いて、その脱線はここで終了します。

これに沿ってプレイするには、まず係数 (F) を割り当てる必要があります。これは、経験、経験、知識に基づく推測、および/または経験的データに基づく必要がある難しい部分です。 不完全な例として、摩耗 α [(F)3 x (RPM)3] を考えてみましょう。ここで、F は前の式に代入されます。 きれいな水を汲み上げていると仮定します。 1 つの観点として、係数 F をマグニチュード 1 として割り当てると、1 の 3 乗は依然として 1 になります。別の例として、特定の液体クラス 2 スラリーにはマグニチュード 3 が割り当てられるため、結果は 27 になることに注意してください。私の例では速度が依然として重要な要素です。 独自の方程式を設計するための代替数学的ルートは数多くあります。 これは単なる単純な例です。

ここでの結論は、液体の特性に応じて、結果として生じる摩耗係数は異なるということです。 ただし、液体が透明な水であっても、速度の増加に伴ってポンプには他の多くの力や応力がかかるという全体的な重要な点を忘れないでください。

考慮すべき主な要素は何ですか? 正味吸引ヘッド (NPSH) とインペラ先端速度については、2017 年 8 月のコラムで詳しく説明しました。 親和性の法則に沿って考えると、ポンプの好ましい動作範囲 (範囲) 内での油圧性能、NPSH は速度比の 2 乗にほぼ応じて変化することに注意してください。 したがって、NPSH マージンが低速ですでに小さかった場合、高速では確実に受け入れられなくなります。

パート 2 では、比速度、緩和力と動的力、慣性などについて説明します。

参考文献

遠心ポンプの油圧不安定性 EPRI レポート CS-1445 研究プロジェクト 1266-18、E Mackay 博士著 1980

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。