遠心ポンプの漏れを理解するには、まず遠心ポンプの基本動作を理解することが重要です。流れがポンプのインペラアイを通ってインペラベーンを上るにつれて、流体の圧力と速度は低くなります。流れがボリュートを通過すると、圧力が増加し、速度が増加します。その後、流れは排出口から出ていき、その時点で圧力は高くなりますが、速度は遅くなります。ポンプに入る流れはポンプから出なければなりません。ポンプは揚程 (または圧力) を与えます。これは、ポンプ流体のエネルギーを増加させることを意味します。
カップリング、油圧、静的ジョイント、ベアリングなどの遠心ポンプの特定のコンポーネントの故障はシステム全体の故障の原因となりますが、すべてのポンプ故障の約 69% はシール装置の故障が原因です。
メカニカルシールの必要性
メカニカルシールは、回転シャフトと液体またはガスが充填された容器の間の漏れを制御するために使用されるデバイスです。その主な責任は漏れを制御することです。すべてのシールは漏れます。メカニカル シール面全体に流体膜を維持するために漏れが発生します。大気側から出る漏れはかなり少ないです。たとえば、炭化水素の漏れは、VOC メーターによって百万分率で測定されます。
メカニカル シールが開発される前は、エンジニアは通常、メカニカル パッキンでポンプをシールしていました。メカニカルパッキンは、通常はグラファイトなどの潤滑剤が含浸された繊維状の材料であり、いくつかのセクションに切断され、「スタッフィングボックス」と呼ばれるものに詰められました。次にパッキングランドを追加しました。
すべてを詰めるために裏側。パッキンはシャフトに直接接触するため潤滑が必要ですが、馬力を奪います。
通常、「ランタンリング」を使用すると、パッキンに洗浄水を掛けることができます。シャフトの潤滑と冷却に必要な水は、プロセスまたは大気中に漏れます。アプリケーションによっては、次のことが必要になる場合があります。
· 汚染を避けるために、洗浄水をプロセスから遠ざけてください。
· 洗浄水が床に溜まる（オーバースプレー）のを防ぎます。これは、OSHA の懸念事項であると同時に、清掃上の懸念事項でもあります。
· オイルを汚染し、最終的にベアリングの故障につながる可能性がある洗浄水からベアリング ボックスを保護します。
すべてのポンプと同様に、ポンプをテストして、運転に必要な年間コストを確認する必要があります。パッキングポンプは設置とメンテナンスに手頃な価格かもしれませんが、毎分または年間に何ガロンの水を消費するかを計算すると、そのコストに驚くかもしれません。メカニカルシールポンプを使用すると、年間コストを大幅に節約できる可能性があります。
メカニカル シールの一般的な形状を考慮すると、ガスケットや O リングがある場所には必ず漏れ箇所が発生する可能性があります。
· メカニカル シールの移動に伴って、ダイナミック O リング (またはガスケット) が侵食、磨耗、または擦り傷を負った場合。
・メカニカルシール間の汚れ。
· メカニカルシール内の設計外の動作。
シール装置の故障の 5 つのタイプ
遠心ポンプに制御不能な漏れが見られる場合は、潜在的な原因をすべて徹底的にチェックして、修理が必要か、それとも新たに設置する必要があるかを判断する必要があります。
1. 運用上の障害
最高効率点の無視: ポンプを性能曲線上の最高効率点 (BEP) で運転していますか?各ポンプは次のように設計されています。
特定の効率ポイント。その領域外でポンプを動作させると、流れに問題が発生し、システムの故障の原因となります。
不十分な正味吸引ヘッド (NPSH): ポンプへの十分な吸引ヘッドがないと、回転アセンブリが不安定になり、キャビテーションが発生し、シールの故障が発生する可能性があります。
デッドヘッド動作: 制御バルブの設定が低すぎてポンプを絞ると、流れが詰まる可能性があります。流れがチョークされるとポンプ内で再循環が発生し、熱が発生してシールの破損が促進されます。
空運転とシールの不適切な通気: 垂直ポンプはメカニカル シールが上部に配置されているため、最も影響を受けやすくなります。通気が不適切な場合、空気がシールの周りに閉じ込められ、スタッフィング ボックスを真空にすることができなくなります。この状態でポンプを運転し続けると、メカニカルシールがすぐに故障します。
低い蒸気マージン: これらはフラッシュ流体です。高温の炭化水素は大気条件にさらされるとフラッシュします。流体膜がメカニカルシールを通過する際に大気側でバリが発生し、故障の原因となることがあります。この故障はボイラー供給システムでよく起こります。250 ～ 280°F の熱水がシール面全体の圧力降下とともにフラッシュします。
2. 機械的故障
シャフトのミスアライメント、カップリングの不均衡、およびインペラの不均衡はすべて、メカニカル シールの故障の原因となる可能性があります。また、ポンプ設置後、配管のボルト締め位置がずれているとポンプに大きな負担がかかります。また、悪い基地を避ける必要があります。基地は安全ですか?適切にグラウトが注入されていますか？あなたは足が柔らかいですか？正しくボルトで締められていますか？そして最後にベアリングをチェックします。ベアリングの公差が小さくなると、シャフトが動き、ポンプに振動が発生します。
3. シールコンポーネントの故障
優れたトライボロジー (摩擦の研究) のペアはありますか?正しい向きの組み合わせを選択しましたか?印面の材質はどうですか？あなたの材料はあなたの特定の用途に適していますか?ガスケットや O リングなど、化学的および熱的攻撃に備えた適切な二次シールを選択しましたか?スプリングが詰まったり、ベローズが腐食したりしてはいけません。最後に、圧力や熱による面の歪みに注意してください。大きな圧力がかかるとメカニカル シールが実際に曲がり、プロファイルの歪みによって漏れが発生する可能性があるためです。
4. システム設計の失敗
適切なシールフラッシュの配置と、十分な冷却が必要です。デュアルシステムにはバリア流体があります。補助シールポットは、正しい計装と配管を備えた正しい位置に設置する必要があります。吸入時の直管の長さを考慮する必要があります。パッケージ化されたスキッドとして提供されることが多い一部の古いポンプ システムには、流れがインペラの目に入る直前に吸入時に 90 度のエルボが含まれています。エルボによって乱流が発生し、回転アセンブリに不安定性が生じます。すべての吸入/吐出およびバイパス配管も、特に一部の配管が長年にわたるある時点で修理されている場合には、正しく設計される必要があります。
5. その他すべて
その他のさまざまな要因は、すべての障害のうち約 8% のみを占めます。たとえば、メカニカル シールに許容可能な動作環境を提供するために補助システムが必要になる場合があります。デュアル システムについては、汚染やプロセス流体が環境に流出するのを防ぐバリアとして機能する補助流体が必要です。ただし、ほとんどのユーザーにとって、最初の 4 つのカテゴリのいずれかに対処することで、必要な解決策が得られます。
結論
メカニカルシールは回転機器の信頼性を左右する重要な要素です。それらはシステムの漏れや故障の原因ですが、将来的に重大な損害を引き起こす可能性がある問題も示しています。シールの信頼性はシールの設計と使用環境に大きく影響されます。
カミンズ・ワグナー社の機械エンジニア、フランク・ロテロ著
投稿時刻: 2022 年 1 月 4 日