ポンプの油圧の理解
定義: 油圧とは何ですか?
油圧 流体によってポンプ部品に作用する力には、インペラ羽根にかかる圧力誘起荷重、圧力差による軸方向スラスト、非対称圧力分布による半径方向力、流れの乱れや羽根と渦巻きの相互作用による脈動力などが含まれます。これらの力は、機械的な力（ アンバランス, ずれ）は流体の圧力と運動量の変化から生じ、 振動 コンポーネント ベーン通過周波数 および関連する高調波。.
油圧力を理解することは、ポンプの信頼性にとって不可欠です。油圧力は、動作条件（流量、圧力、流体特性）に応じて変化するベアリング負荷、シャフトのたわみ、振動を生み出し、力が主に機械的な他の回転機械とはポンプの動作が異なります。.
油圧の種類
1. 軸方向推力（油圧推力）
インペラ前後の圧力差による正味軸力:
- 機構： インペラの片側に吐出圧力、もう片側に吸入圧力
- 方向： 通常は吸引方向（インペラの後ろ）
- 大きさ: 中程度のポンプでも数千ポンドになる可能性がある
- 効果： スラストベアリングに負荷がかかると、 軸方向振動
- 変動: 流量、圧力、インペラ設計
推力バランス調整法
- バランスホール: インペラシュラウドの穴による圧力均等化
- バックベーン: 背面の羽根が流体をポンプして圧力を下げる
- 両吸込インペラ： 推力を打ち消す対称設計
- 対向インペラ: 反対方向を向いたインペラを備えた多段ポンプ
2. ラジアル力
非対称圧力分布による横方向の力:
最高効率ポイント（BEP）
- インペラ周りの圧力分布は比較的対称的
- 放射状の力が釣り合って打ち消される
- 最小の正味ラジアル力
- 振動が最も少ない状態
BEPオフ（低流量）
- 渦巻き状の非対称圧力分布
- 渦巻き舌状体に向かう正味の半径方向力
- 流量が減少すると力の大きさが増加する
- 遮断時のインペラ重量は20～40%となる
- 回転するラジアル力から1倍の振動を生み出す
オフBEP（高流量）
- 異なる非対称パターン
- ラジアル力は存在するが、通常は低流量時よりも小さい
- 流れの乱流はランダムな力の成分を加える
3. ベーン通過脈動
ベーンが切断水を通過するときに発生する周期的な圧力脈動:
- 頻度： 羽根枚数 × 回転数 / 60
- 機構： ベーンが通過するたびに圧力脈動が生じる
- 力: インペラ、ボリュート、ケーシングに作用する
- 振動： ベーン通過周波数で優位
- 大きさ: クリアランス、動作点、設計により異なる
4. 再循環力
- 流れの不安定性による低周波の非定常力
- 非常に低い流量または非常に高い流量で発生する
- 頻度は通常、走行速度の0.2～0.8倍
- 深刻な低周波振動を引き起こす可能性がある
- BEPから遠い操作を示します
ポンプ性能への影響
ベアリング荷重
- 油圧によるラジアル力が機械的負荷を増加させる
- 変化する力は周期的な荷重を生み出す
- 低流量条件での最大負荷
- ベアリングの選択は油圧負荷を考慮する必要がある
- 油圧によるベアリング寿命の短縮（寿命∝ 1/荷重³）
シャフトのたわみ
- 半径方向の力によりシャフトが変形する
- シールクリアランスと摩耗リングの変更
- 効率に影響を与える可能性がある
- 極端な場合は擦れを起こす
振動発生
- 1×コンポーネント: 一定またはゆっくり変化するラジアル力から
- VPF コンポーネント: 圧力脈動から
- 低周波: 再循環と不安定性から
- 動作点依存: 振動は流量に応じて変化する
機械的ストレス
- 周期的な力は疲労荷重を生み出す
- 圧力差によって応力を受けるインペラ羽根
- 曲げモーメントによるシャフトの疲労
- 圧力脈動によるケーシングの応力
油圧の最小化
BEPの近くで操作する
- 油圧を最小限に抑える最も効果的な戦略
- 可能な場合はBEPフローの80-110%内で操作する
- BEPでのラジアル力の最小値
- 振動とベアリング負荷を最小限に抑える
デザインの特徴
- ディフューザーポンプ: 渦巻き状よりも対称的な圧力分布
- ダブルボリュート： 180°離れた2つの切水は放射状の力をバランスさせる
- クリアランスの増加: ベーン通過圧力の脈動を低減する（ただし効率は低下する）
- ベーン番号の選択: 音響共鳴を避けるための最適化
システム設計
- ベースロードポンプの最小流量循環
- 実際の作業に適したサイズのポンプ（大きすぎるサイズは避けてください）
- 最適な動作点を維持するための可変速ドライブ
- 予旋回と乱流を最小限に抑える入口設計
診断用途
性能曲線と油圧
- 振動と流量の関係をプロットする
- 最小振動は通常BEPまたはその付近
- 低流量時に振動が増加すると、ラジアル力が大きいことを示す
- 動作範囲の選択をガイドします
VPF分析
- VPF振幅は油圧脈動の重症度を示す
- VPFの増加はクリアランスの低下または動作点のシフトを示唆する
- VPF高調波は乱流、乱れた流れを示す
測定に関する考慮事項
振動測定場所
- ベアリングハウジング： 全体的な機械的および油圧的な力を検出する
- ポンプケーシング: 油圧脈動に対する感度が高い
- 吸入および排出配管： 圧力脈動伝達
- 複数の場所: 油圧と機械的な発生源を区別する
圧力脈動測定
- 吸入および排出における圧力トランスデューサー
- 油圧脈動を直接測定
- 振動との相関
- 音響共鳴を特定する
油圧はポンプの動作に不可欠であり、ポンプの振動や負荷の主な原因となります。これらの力が動作条件によってどのように変化するかを理解し、振動スペクトルにおけるその特徴を認識し、BEPに近い動作を通じて油圧を最小限に抑えるポンプを設計・運用することは、産業用途において信頼性が高く長寿命のポンプ性能を実現するために不可欠です。.
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