あなたの質問への答え: 垂直タービンサンプ設計

テキサス州ラボックのグルンドフォスポンプ社の技術トレーニング専門家、ジミー・スクロギンス氏は、2015 年 10 月 21 日のウェブキャスト「垂直タービンサンプ設計」で未回答の質問に取り組みました。

Q: モーターが立型ポンプアセンブリの側面に取り付けられている場合の立型タービンポンプの振動解析テストの経験は何ですか?

Jimmy Scroggins: 私の 20 年以上の経験の中で、垂直タービンポンプにサイドマウントされたモーターを見たことはありません。モーターとポンプの両方が水平である水平アプリケーションを見てきましたが、その場合、リード周波数の計算は非常に簡単でした。最善の策は、有限要素解析 (FEA) を使用して、ジョブ速度と比較したドライバーとポンプの組み合わせの固有共振周波数を決定することです。私は、FEA を実施するエンジニアや会社に渡すために、ポンプ、基礎、モーター、サポート付きの付属配管の優れた 3D モデル (IGS または STP 形式) を必ず用意します (時間と費用の節約)。

Q: NPSH が利用可能な計算で、必要な最適な NPSH を保証する Ha、Hst、および Hfs の標準値はどれくらいですか?

スクロギンス: これらの値は、さまざまな要因によって大きく異なります。

Q: 長年稼働しており、同じポンプがもう入手できない既存の設備に新しいポンプを改造する場合、どのような手順をお勧めしますか?

スクロギンス: これは難しい状況です。できれば、部品表、特に全体配置図、および一般的な提出パッケージで提供されるその他のものを入手できると幸いです。多くのポンプメーカーは、それほど遠くない昔に鉛入りレッドブロンズインペラとベアリングを提供していましたが、現在は同じ材料を提供していない可能性があることに注意してください。提出データがない場合は、これを新しいアプリケーションとして扱い、サンプの寸法、電気データ、ポンプ情報 (正しいポンプ材料を取得するため)、および特別な設計要件 (並行して) などの設置データを要求することをお勧めします。操作、VFD、二次および三次設計ポイント、遮断ヘッド、振れ流量制限など)。幸運を。

Q: グルンドフォスには、エンジニアが吸気構造設計を分析するのを支援する数値流体力学 (CFD) 分析ソフトウェアがありますか?

スクロギンス: はい、そうです。営業マンまたは代理店にお問い合わせください。

Q:どのような場合に缶ポンプを使用する必要がありますか?

スクロギンズ氏: 缶ポンプは、低 NPSHA および高圧用途に最適です。 NPSH が低いアプリケーションに直面した場合、缶とカラムのアセンブリを長くするだけで NPSHA を増やすことができ、アプリケーションからより多くの Hst を絞り出すことができます。また、缶は二次圧力装置としても機能し、高圧用途において特殊な材料および形状のボウルを保護します (缶内の圧力は、ボウルアセンブリによって生成される圧力を相殺するのに役立ちます)。

Q: 缶ポンプのストレーナーとして常にボルテックスサプレッサーを使用するのはなぜですか?

スクロギンズ氏: 缶タイプの用途では、缶の底とベルリップの間のスペースは非常に限られています。通常のバスケットストレーナーは通常非常に長く、オープンサンプに収まるように設計されています。また、ANSI/HI および AWWA はバスケットストレーナーのサイズを規定するため、缶タイプの用途では扱いにくくなります。 ANSI/HI では、非常に短いバスケットストレーナを缶用途に使用できます。これを正確には渦抑制器と呼びます。整流羽根のない缶アプリケーションでは、動作中にポンプが旋回する傾向があり、吸引装置に 1 つの領域で水を供給することになり、地下の渦や事前旋回によりポンプに油圧の問題が発生します。渦抑制装置は、流れがポンプの吸込口に入るときに流れを分割し、渦と渦を低減または排除します (騒音の減少、無駄な動きの減少、流れの改善、効率の向上、振動の減少など)。

Q: ポンプサンプの解析では、物理スケールモデリングと CFD のどちらが推奨されますか?

スクロギンズ氏: お金が問題ではなく、物理的なスケールモデルを作成する時間が十分にあるのであれば、それが最善です。それ以外の場合、CFD 解析は浮遊物質のない水のような透明な液体に対して非常にうまく機能します。 CFD は安くはありません (通常 5 ドルから 15,000 ドル) が、スケールモデルよりもはるかに安価です。それが役立つことを願っています。

Q: 運用上の観点から見て、垂直タービンサンプで最も一般的な問題は何ですか?

スクロギンズ氏: 垂直タービンにはいくつかの欠点があります (そう言うのは辛いです)。ただし、VTP には高いヘッドルームが必要であり、取り付けや取り外しが難しい場合があります。さらに、プライミング、NPSH、および水没のための最小液面を満たすことが興味深い場合があります。また、立型ポンプは通常細長いため、大きな振動を受けやすくなります。しかし、私の意見では、垂直タービンの利点は欠点をはるかに上回ります。

Q: 井戸内の垂直タービンポンプの場合、井戸ケーシングは排水溜めと同じと考えてよいですか?

スクロギンス: 正確には違います。井戸ポンプの場合、流れは通常、下から上に流れます。排水ポンプは水平面内で水を吸い込みます。これは非常に微妙な違いですが、渦、均一な流れ、停滞ゾーンなどを扱う場合、水力的には非常に大きな違いになります。

Q: ポンプの吸気口はウェルスクリーンからポンプ直径の 5 倍以上離れていてはなりませんか?

Scroggins: 実際、ANSI/HI 9.8-2012: ポンプ吸入設計のための回転動力ポンプは、透明な液体の長方形吸入のために吸引ベル中心線から 4 つの吸引ベル直径でスクリーンを設定します。

Q: キャビテーションが発生していると思われる場合、モーターの近くで観察できる兆候はありますか?

スクロギンス: それは良い質問ですね。弊社のフィールドサービス担当者に確認し、フォローアップをさせていただきます。通常、キャビテーションは振動と負荷変動を増大させ、ドライバーにそれが現れることになります。これは、さまざまな病気で同じ症状に戻ります。

Q: 垂直タービンポンプで可変速モーターを使用できますか?

スクロギンズ: はい、垂直サンプなどの短いセットでは非常にそうです。しかし、深いセットや高揚力がある場所ではポンプが克服する必要があるため、可変周波数ドライブ (VFD) の使用はお勧めしません。

Q: 垂直タービンポンプと水中サンプや他のタイプのポンプの利点は何ですか?

スクロギンズ氏: 垂直タービンポンプの利点は、設置面積が小さい、呼び水の問題がない、低 NPSHr インペラが利用可能、ポンプを長くするだけで水没と NPSHA の問題が解消される、段の追加または削除による圧力の柔軟性、騒音の低減、垂直型であることです。タービンは、既存のシステムのニーズを満たすために容易にカスタマイズできます。デメリット、あるいは私がチャンスと呼びたいものはほとんどありません。しかし、垂直タービンは非常に高いヘッドルームを必要とします。取り付けと取り外しの際に少し困難になる可能性があります。プライミング、NPSH、および水没のための最低液面を満たさなければなりません。そして高い振動の影響を受けやすくなります。

Q: 整流装置によって生じる圧力損失はどのように考慮しますか? NPSHA の計算にその圧力降下を含めるために利用できるデータはありますか?

スクロギンズ氏: この時点で、CFD 解析を実行して圧力損失を決定する必要があります。そして、どのポンプ会社もこの問題に取り組んでいるのか知りませんし、ANSI/HI や AWWA も取り組んでいません。しかし、あなたは興味深い質問を投げかけています。

Q: NPSHA が NPSHr に非常に近いアプリケーションでは、整流器が逆効果になる可能性がありますか?

スクロギンズ氏: それは可能ですが、CFD 分析により、整流装置の方が有利になる純利益がわずかに傾いていることが示される可能性があると思います。それはとても良い点なのですが。

コメント: 段を追加する際のその他の考慮事項には、必要な追加の馬力、および馬力とダウンスラストの増加に必要なシャフト強度が含まれます。

スクロギンス: それは本当です。そして、将来の状態に向けて設計するときは、これらのパラメーターを絶対に考慮する必要があります。

Q: 130,000gpm以上の循環水ポンプを使用する大型発電所の設計に携わっています。サンプのサイズを決定する同じアプローチがこれらの設備にも適用されますか?

スクロギンス: はい。実際、ANSI/HI 9.8 では最大 300,000 gpm のガイドラインが提供されています。しかし、その規模のプロジェクトは、別の冷却塔アプリケーションを複製しない限り、CFD 解析の優れた候補となり、場合によっては縮尺モデルとなる可能性があります。少なくとも CFD 解析をお勧めします。結果が限界に達する場合は、スケールモデルを使用するか、設計変更を行うことをお勧めします。幸運を。

Q: サンプの設計に役立つ規格と規格は何ですか?

スクロギンズ氏: 規格や規定はほとんどありません。デンマークのサンプ設計グループでも ANSI/HI 9.8 を使用しています。ただし、他にお勧めするものは次のとおりです。

これらは非常に良いスタートだと思います。優れた CFD ソフトウェアプログラムには、ANSYS 流体モデリングの書籍などの追加情報が含まれている場合があります。

Q: トレンチスタイルの自動洗浄ウェットウェルについて考慮すべき点があれば教えてください。

Scroggins: ANSI/HI 9.8 (具体的にはセクション 9.8.3.2.3.5) には、固形物含有流体の用途向けのトレンチ型ウェットウェルの洗浄手順があります。私は固体含有流体を使用するこのタイプのサンプを扱ったことがないため、この手順について有益な洞察を提供することができません。私が提供できるのは、ANSI/HI 規格に記載されていることをオウム返しにすることだけです。

Q: キャビテーションを防ぐためのキャンドタービンポンプのクリアランス要件について簡単に説明していただけますか?

スクロギンス: この特定のテーマについては、簡潔に話すのは不可能ですので、お許しください。クリアランス要件は缶タイプのポンプの寸法と解釈します。 5,000 gpm を超える流量の場合は CFD 解析が推奨され、10,000 gpm を超える流量の場合は物理スケールモデルが推奨されます。 5,000 gpm 未満の流量の場合、考慮すべき点はほとんどありません。まず、いくつかの用語と定義を示します。

普通の缶 (ティーヘッドまたは吐出ヘッドにある吸引ノズル):

缶ポンプでは、缶の吸引損失は無視できないため、NPSHA (ポンプの製造元から入手) から差し引く必要があることに注意してください。

缶内の吸引 (ANSI に取り付けられたヘッドまたは缶内にある吸引ノズル):

ノート：

※整流板内径は缶内の最大外径にできるだけ近づけてください。 SVid = 1.08 × Dx、またはベーンとサクションベルリップ、ボウル、またはコラムフランジの間は最大でも 1 インチにすることをお勧めします。

**部分的に充填された缶の容積は限られているため、液面の急上昇が問題を引き起こす可能性があります。吸気配管は、始動時に最低液面レベルを下回るドローダウンを 3 秒以内に制限するのに十分な大きさである必要があります。

Q: 防火システムで使用される垂直タービンポンプは、通常、プレハブタンクに組み込まれた小さなサンプに取り付けられます。 2,500 gpm のポンプに基づくと、そのようなサンプはどのくらいの大きさにすべきでしょうか?

スクロギンス: この質問に正しく答えるのに十分な情報がありません。これは、最小継続時間 × 150% 設計流量 (3,750 gpm) を次のサイズのタンクに切り上げた値によって決まります。 NFPA 22: 民間防火用水タンクの基準または管轄当局を確認してみます。

Q: 多段ポンプの第 1 段インペラは上部インペラですか、下部インペラですか?

スクロギンス: それは常に最下位にあります。 NPSH は第 1 段インペラのみの機能であることに注意してください。

Q: インペラの入口アイの上、または吸気ベルの底面レベルより上で測定したサンプ内の渦を防ぐために、空気の侵入を避けるために水没する必要がありますか?

スクロギンス: それは少しわかりにくいですね、私も同感です。水没の最初のスライドでは、寸法線がベルリップから始まっていることに気づいたと思います。それは、渦抑制水没（空気の侵入の回避）がサクションベル入口から測定されるためです。吸引ベル入口は、渦作用が始まる場所です。 NPSH の寸法線はベルリップまでではなく、ベルリップのすぐ上にありました。これは、NPSH の浸水が、第 1 段インペラのアイの前縁 (寸法線が配置されている場所) から測定されるためです。必要な NPSH は、第 1 段のインペラアイを通過するポンプの速度に基づいています。また、NPSHA の計算では、静水頭 (HST) は、第 1 段のインペラの目から液面まで測定された NPSH の浸水量です。

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