ポンプ振動の原因と防止：鋳物メーカーの視点

ポンプの振動が応急処置以上の価値がある理由

ある保守チームは、30 kW 遠心ポンプのメカニカル シールを 5 か月間に 3 回交換したことがあります。ローターのバランスを取り、カップリングの位置を調整し、基礎に再グラウトを注入しました。振動の測​​定値は依然として ISO 10816-3 の制限を超えていました。見落とされていた変数は、上流の鋳造部品の状態でした。鋳造中にインペラコアがわずかに移動し、1 つの通路壁が他の壁よりも薄くなりました。この小さな偏差により、ベーン通過周波数で油圧の不均衡が生じました。これはまさに日常的なバランス調整で生き残る種類の問題です。

ポンプの振動は単一点故障ではありません。 これは、回転ポンプおよび静止ポンプの内部構造に作用する機械的力、油圧力、および構造的な力の測定結果です。鋳造形状と内部の健全性はその方程式の一部です。ポンプが現場に到着するまで待つと、問題の解決に費用がかかります。キャスト段階で解決すれば、それを防ぐことができます。

ポンプ振動の主な原因

ポンプ OEM とエンド ユーザーの両方の現場での経験から、ほとんどの振動問題は機械関連、油圧関連、システム関連の 3 つのカテゴリに分類されることがわかります。 1 つのポンプで 2 つまたは 3 つの組み合わせが発生することがよくあるため、コンポーネントごとのアプローチは失敗します。

機械的ソース

ローターの不均衡は、最も一般的な機械的原因です。 これは、部分的にブロックされたインペラ、浸食、またはコアの移動により厚いセクションと薄いセクションが作成された鋳造インペラ内の材料の不均一な分布によって発生する可能性があります。モーターとポンプのシャフト間のずれ、ベアリングの磨耗、足の柔らかさなどはすべて、典型的な振動の兆候を生み出しますが、何かが振動を増幅させずに振動が始まることはほとんどありません。鋳造インペラが健全でない場合、完璧な調整でも 1 倍の走行速度のピークを取り除くことはできません。

油圧源

油圧励振はポンプ内の圧力場から発生します。キャビテーション、吸引再循環、部分負荷再循環、およびベーンとパスの相互作用はすべて、変動力を生成します。ケーシングとインペラの流路によって、これらの力がどれだけ強く発生するかが決まります。鋳造の粗さ、肉厚の突然の変化、または不適切にブレンドされた渦巻きタングにより、乱流レベルが上昇し、不安定な圧力場が発生する可能性があります。

システムとインストールのソース

パイプのひずみ、基礎の剛性、共振は、すでに存在する機械的および油圧的な力を増幅させます。ポンプ ケーシング、ベースプレート、または配管システムの固有振動数が強制振動数と一致すると、小さな欠陥によって大きな振動が発生します。ケーシングの剛性は、壁の構造と材料係数によって制御されます。壁が均一でない鋳物では、計算された剛性が現実と一致しない可能性があります。

鋳造品質が振動を良くするか悪くするか

鋳物に起因する現場の故障の多くは、インペラ、摩耗面、ケーシングのボリュートなどの水力経路に起因します。精密鋳造には、材料の歪みを最小限に抑えるニアネットシェイプと、生産工程全体で再現可能な内部完全性という 2 つの利点があります。

インペラの形状とローターのバランス

インペラの流路は、通常、ハブ、ボア、ウェアリング領域を除き、鋳造のまま残されます。したがって、鋳造プロセスにより、各ブレードの厚さとすべての流路の形状が決まります。コアのシフト、収縮多孔性、およびコアの位置ずれは、質量の不均衡と流体の流入の不均一を引き起こします。高品質 ブレードインペラ鋳造 壁厚が制御されているため、バランシングマシンの作業が大幅に軽減され、使用中の残留アンバランスが軽減されます。

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ポンプケーシングの壁の一貫性と固有振動数

ケーシングは最大の鋳造部品であり、ローターの主な構造上の制約となります。コアの動きや空隙率によってケーシングの壁が変化すると、剛性と減衰が局所的に変化します。これにより、固有振動数を動作速度範囲内にシフトさせることができます。精度 遠心ポンプの鋳物 均一な断面で製造されるため、設計者は有限要素モデルを信頼でき、試運転中の予期せぬ事態を避けることができます。

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表面仕上げと油圧加振

ポンプ内部の表面粗さにより境界層の成長が促進され、油圧損失が増加します。さらに重要なことは、粗い表面により高い乱流が発生し、それがボリュート タングやインペラー ブレードに到達し、ベーンパスの騒音と振動が増大することです。インベストメント鋳造の表面は一般的な砂型鋳造よりも滑らかであるため、ポンプの動作はより静かになり、励起レベルは低く抑えられます。これは表面的な問題ではありません。それは測定可能な機械的動作です。

ポンプの振動を診断する実用的な方法

部品を置き換えるのではなく、構造化されたパスを使用します。まず、ポンプとモーターのベアリングの水平、垂直、軸方向の振動を 1 倍の走行速度および広帯域レベルで比較します。次に、周波数成分を確認します。1x は通常、アンバランスまたは偏心を示します。 2x は位置ずれを示します。ベーン通過周波数は油圧励振を意味します。高周波のランダムな内容はキャビテーションを意味する可能性があります。第三に、ポンプのデューティポイントを確認します。最高の効率から程遠い場合は、たとえ完璧な機械であっても再循環力が発生する可能性があります。 4 番目に、NPSHr と NPSHa を検証します。

これらのチェックを行った後でのみ、内部部品を検討してください。寸法測定、肉厚超音波、および染料浸透剤を使用してインペラとケーシングを検査します。多くのいわゆる謎の振動は、羽根車に 3 mm の肉厚偏差と 1 つの通路内に多孔性クラスターがあることが判明したときに明らかになります。

鋳造サプライヤーに求めるもの

ポンプの振動の問題が冶金学的または幾何学的に原因がある場合、精密鋳造サプライヤーの価値が明らかになります。重要なのはパンフレットではなく、4 つの具体的な機能です。まず、プロセスの再現性です。すべてのバッチで同じコア アセンブリとシェルの厚さを再現できる能力です。第二に、材料の健全性: 空隙率が低く、水圧領域にスラグが滞留しないこと。第三に、寸法管理: ISO 8062 CT 公差に準拠し、壁の厚さとポートの位置を狭い範囲内に保ちます。 4 番目に、表面品質: 流路を歪める可能性がある大規模な研磨を必要としない、一貫した仕上げ。

当社の精密鋳造設備 では、これらの基準を、小さなインペラから大きな渦巻き状のケーシングに至るまで、あらゆるポンプ コンポーネントに適用します。たとえば、研磨性または繊維状の媒体を使用するアプリケーションの場合、 スパイラル遠心羽根車鋳物 鋳造形状が正確に保持される場合、詰まりに強く、振動が少ない代替品を提供します。

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振動について議論するのに最適な時期は、コンポーネントの図面が凍結される前です。鋳造に起因する不均衡、肉厚の敏感性、および水圧表面の要件を理解しているサプライヤーは、隠れた励振源を回避するように設計を調整できます。これは、後から設置されたどの振動監視システムよりもはるかに効果的です。

結論

ポンプの振動の原因は 1 つだけではありませんが、鋳造コンポーネントの製造品質は過小評価されることが多い共通点です。アンバランス、ベーンパス乱流、共振、不安定性はすべて、インペラとケーシングの形状と材料の健全性に遡ることができます。肉厚、内部の完全性、表面仕上げを管理する鋳造パートナーを選択すると、ポンプの出荷前に振動の問題が発生する可能性が低くなります。次回ポンプが限界を超えて振動したときは、機械だけでなく金属を見てください。