ポンプ対パイプ、パート3

このコラムのパート 1 とパート 2 は、それぞれ Pumps & Systems の 2 月号と 3 月号に掲載されました。

通常、ポンプ吸込配管はポンプ吸込ノズルより一回り以上大きくなります。 並列ポンプでは、さらに大きなパイプサイズが必要になります。 これは主に、速度と有効正味吸引ヘッド (NPSHa) の摩擦損失要件の両方に対応するためです。 例外として、ユーザーがポンプの呼び水をするのに必要な時間を重視するセルフプライマー吸引ラインが考えられます。 吸引ラインが大きくなるほど、より多くの空気が排出されます。これは、液体の流れなしでポンプが動作する時間が長くなります。 過剰な呼び水時間は、再循環によって呼び水チャンバの流体が過熱し、メカニカル シールが適切に潤滑されなかったり、個々のポンプの設計によっては過熱する可能性があるため、望ましい状態ではありません。

不適切なサイズの吸入パイプ以外にも、過剰な摩擦や不均衡な旋回流プロファイルにつながる問題があります。 ベストプラクティスは、乱流と不均一な流速プロファイルを軽減または排除することです。 二重吸引ポンプは他の設計に比べてこれらの問題の影響をさらに受けやすいことに注意してください。 最も一般的な問題には次のようなものがあります。

配管の完全性と関連する (フランジ) 接続に関するコメント: 特にリフト用途では、気密でなければならないことをご理解ください。 パイプ内の圧力が周囲圧力よりも低いことを認識してください (真空を考えてください)。 液体が漏れていないからといって、パイプ内に空気が漏れないわけではありません。

このセクションでは、吐出側パイプ サイズ増加装置の実践を別の列に保存するため、特にポンプの吸込側について説明します。 私はこのテーマに関して、数多くの白熱した長い議論や議論を目撃してきました。 この件について簡単に説明します。

大きくは 2 つあります。その後、パラダイム シフトとして 3 つ目のアイデアを提示します。 一つ目はポンプの吸込側に同心減速機を使用するのが良いのか、もう一つは偏心減速機を使用する場合平面側をどちらに配置するのが良いのかということです。

同心減速機は、空気の巻き込みとその結果として生じる流れの遮断に関する懸念のため、水平ポンプ吸入配管ではあまり使用されていません。 エアポケットは、部分的に閉じられたバルブまたはオリフィスがラインに配置されているかのように、詰まりとして機能し、流れを制限することを理解してください。 私は、同心減速機は垂直配管では完全に許容できると信じています。空気の巻き込みの懸念は、流体の速度によって左右されるだけでなく、向きや形状によって通常は打ち消されるからです。 さらに物議を醸しているトピックは、ポンプの吸込ラインの水平面に同心減速機を組み込んだことです。 私は、ポンプ吸引アプローチで同心減速機を数多く使用し、成功を収めてきたことを指摘しておきます。 ユーザーは空気の閉じ込めの問題を経験していませんが、ほとんどの場合、空気またはガスを排出する必要がある場合に備えて、手動の通気または自動の空気解放バルブ (ARV) が取り付けられています。

水平同心減速機を使用したこのパラダイムシフトの哲学は、パイプ内の液体の速度が空気と非凝縮性ガスの輸送を容易にするというものです。 同心減速機を選択することのさらなる利点は、偏心減速機とは異なり、減速機の下流の液体速度プロファイルが対称であることです。 仮説としては、液体の全体速度によって、空気や非凝縮性ガスが移行部で捕捉されるのではなく、流れに沿って輸送（スイープ）できるという点に私は同意します。 この決定を下す前に、数値流体力学 (CFD) 解析を実行してください。 さらに、ポンプが吸引供給源よりも高い位置にある場合、および/または液体の特性に空気、蒸気、非凝縮性ガスの混入が含まれることがわかっている状況では、同心減速機の使用を避けることをお勧めします。

偏心減速機は、大型の吸込管から小型のポンプ吸込ノズルへの移行によく使用されます。 平らな面をどちらに配置すればよいかよく聞かれます。 私は次のように 2 セントを捧げますが、「それは場合による」という警告も付け加えます。 供給源がポンプの (すぐ上) からある場合は、空気とガスが吸引源に向かって逃げられるように、平らな面が底になるようにします。 ソースが下から、またはポンプの前の水平ロングラン (直径 4 ～ 5 を超える) からの場合は、平らな面が上になる必要があります。

さらに重要で見落とされがちな詳細は、偏心減速機のトランジションピースの角度です。つまり、減速率または減速比と考えてください。 私は最近、偏心減速機の角度が高く、25 度から 30 度を超えている (ポンプの問題を伴う) 設置をいくつか目撃しました (最大角度は 15 度であるはずです)。 直径が複数のパイプ サイズ (10 インチから 4 インチなど) を超えて減少する場合、この種の問題が頻繁に発生します。 誤った考え方は、減速機は減速機であり、設計者は減速がどのように起こるか、減速率には関心がないというものです。

このような例では、間に直線パイプを挟んで 2 段階または 3 段階の減速を行うか、減速機で 15 度未満のより大きな (より長い) より穏やかな移行を行う方がはるかに優れています。 「親指のルール」は、一度に 1 サイズずつ下げることです。たとえば、10 インチから 8 インチ、次に 6 インチ、次に 4 インチと、3 回の移行になります。

角度を 15 度未満に保つことに加えて、もう 1 つのヒントは、減少率を考慮することです。 この比率は、(D1 - D2) ÷ L (D はパイプの直径、L は減速機の長さ) と考えてください。

最後に、私（業界）がポンプ吸入フランジのすぐ隣に偏心減速機を配置する慣行を中止することを強く提案します。 偏心減速機は出口で不均一な流速プロファイルを作成します。 私の偏心減速機の例では平らな面が上部にあると仮定します。そのため、上部近くの減速機に入る液体の流れは出口まで真っ直ぐに流れますが、これは問題ありません。 ただし、下部の減速機に入る流れはより長いルートを走行するため、速度を上げる必要があり、その結果、より高い速度で減速機から出ます (科学とエネルギー保存の説明についてはベルヌーイの方程式を参照)。 より良い設置のための私の提案は、偏心減速機出口をポンプ吸引ノズルから少なくとも直径 4 ～ 6 だけ離して配置し、減速機とポンプの間にパイプの真っ直ぐで遮るもののない部分を使用して、速度プロファイルを修正して再調整できるようにすることです。それ自体が対称になります。

パイプに関して言えば、ある点から別の点に移動するときに流体を封じ込める安全性と効率だけが重要ではありません。 さらに重要なのは、パイプ内で何が起こっているかということでもあります。 速度プロファイルの対称性と摩擦係数もさらに考慮する必要があります。 これらの要因を無視または無視すると、長期的にはポンプの運転と維持に多大なコストがかかることになります。

参考文献

1. ポンプ配管用回転動ポンプ ANSI/HI 9.6.6 2016

2. 遠心ポンプ ユーザー ガイドブック (問題と解決策) (Sam Yedidiah 著)

3. ポンプハンドブック第 4 版、Paul Cooper、Igor Karassik 他著

4. ポンプおよびメカニカルシール研究所、ウィリアム (ビル) J. マクナリー (SS)

5. ポンプ吸込減速機の選択を確認する…、Journal of South African Institution of Civil Engineering、Vol 56 No. 3、2014 年 10 月、Ross Mahaffey (PE) および SJ Van Vuuren (PE) 著

よくあるポンプの間違いに関する記事の詳細はこちらをご覧ください。

Jim Elsey は、50 年以上の設計と運用の経験を持つ機械エンジニアであり、主に世界中のほとんどの産業用途および市場における回転機器の信頼性に重​​点を置いています。 Elsey は、Summit Pumps のゼネラルマネージャーであり、米国機械学会、米国金属協会、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 Consultants LLC の社長でもあります。 連絡先は [email protected] です。