Ione corretto della pompa: evitare di sovradimensionare le pompe
La corretta selezione della pompa è più importante che mai, con conseguenze drastiche per la manutenzione, l'affidabilità e l'efficienza. Il processo di selezione rimane difficile per gli utenti medi e anche l'appalto del lavoro a uno studio di ingegneria rispettabile non garantisce il successo. In questa colonna tratteremo la progettazione della pompa centrifuga, le insidie comuni nel processo di selezione e le conseguenze di una selezione impropria.
La tecnologia delle pompe centrifughe esiste da secoli senza alcun cambiamento rivoluzionario. Ci sono nuove leghe e rivestimenti con cui costruire gli involucri e le giranti e l'efficienza è aumentata. Tuttavia, il design di base rimane sostanzialmente invariato. A differenza di altre tecnologie del 21° secolo, una pompa centrifuga di 100 anni fa è quasi identica ai design moderni. Se non altro, i modelli più vecchi sono più robusti, con l'attuale mercato competitivo che costringe i produttori a ridurre i costi eliminando il materiale in eccesso.
Una pompa di un produttore rispettabile può funzionare male in un sistema indipendentemente dalla pompa's qualità specifica. Una pompa realizzata in titanio e progettata per un ciclo di vita di 30 anni, sebbene costosa, potrebbe funzionare in modo inadeguato per un'altra applicazione industriale. Pertanto, è fondamentale adattare la pompa giusta alla giusta applicazione. Per capire perché può verificarsi un fallimento, lasciamo's scavare nei punti operativi di base delle pompe centrifughe.
Progettazione della pompa
Quando l'albero della pompa gira, fa girare la girante all'interno dell'involucro, che aggiunge energia al fluido di processo. Ciò consente alla girante di agire come un cantilever con un anello di usura, guarnizioni e cuscinetti che mantengono tutto in posizione e il fluido non fuoriesce. La girante rotante cambia il fluido in ingresso's direzione, che possono causare carichi radiali intensi sulla pompa. I cuscinetti non solo riducono l'attrito volvente, ma supportano anche l'albero della pompa e assorbono questi carichi radiali. Questo può essere visto in una vista dettagliata di una pompa centrifuga nell'immagine 1.
Immagine 1. Vista dettagliata di una pompa centrifuga (Immagini per gentile concessione dell'autore)
Tutte le pompe hanno un punto di progettazione in cui l'efficienza è massimizzata, chiamato punto di miglior efficienza (BEP). È qui che la pompa funziona in modo più fluido e le forze radiali sono ridotte al minimo. Più ci si allontana dal BEP, maggiori sono i carichi radiali sulla pompa. La pompa avrà generalmente una velocità critica di circa il 25 percento rispetto al BEP, dove viene raggiunta la sua frequenza naturale e possono verificarsi vibrazioni eccessive. La pompa essenzialmente si scuoterà da sola, prima attraversando l'anello di usura, poi le guarnizioni e infine i cuscinetti. Questo di solito è facile da individuare poiché la pompa vibrerà e potrebbe iniziare a perdere fluido molto prima di qualsiasi manutenzione programmata.
Affidabilità della pompa
Le curve della pompa dimostrano la forte relazione tra la durata della pompa, l'affidabilità della pompa e il punto in cui la pompa opera sulla sua curva.
Le prestazioni delle singole pompe sono una combinazione del design della pompa e delle condizioni operative. La pompa'I dati sulle prestazioni sono forniti all'utente sotto forma di curve della pompa, con la funzione primaria di comunicare o definire la relazione tra la portata e la prevalenza totale per una pompa specifica. Sono forniti dal produttore e mostrano le caratteristiche operative di un tipo, dimensione e velocità di pompa specifici in base ai risultati di prove standardizzate e condizioni di prova. Una pompa sana mantiene sempre la relazione definita tra prevalenza e flusso.
La curva della pompa è richiesta per:
· Selezione corretta della pompa. L'uso di una curva della pompa garantirà che la pompa selezionata corrisponda ai requisiti di sistema.
· Monitoraggio dello stato di salute della pompa. Se la pompa non funziona sulla curva pubblicata, c'è qualcosa che non va.
· Risoluzione dei problemi del funzionamento dell'intero sistema di tubazioni. La pompa fornisce energia al sistema e conoscere l'energia che entra è un indizio fondamentale per identificare i problemi. Senza una curva della pompa, è estremamente difficile determinare cosa sta causando un problema nel sistema e cosa dovrebbe essere fatto per correggere il problema.
Per la precisione, è fondamentale disporre di una curva della pompa per ogni pompa.
L'immagine 2 mostra una curva della pompa stilizzata in nero con efficienza in verde. Per funzionare al BEP, il sistema deve controllare la pressione all'uscita della pompa o il flusso attraverso il sistema per mantenere il punto di funzionamento della pompa (indicato dalla freccia rossa).
Immagine 2. Curve e affidabilità della pompa
Ad esempio, se il sistema fa sì che la pressione allo scarico superi la pressione al BEP, il punto operativo si sposterà a sinistra in alto nella curva e il flusso si ridurrà. Se il sistema provoca la pressione alla pompa's scarico in discesa, il punto operativo si sposterà in basso e verso destra. Lo spostamento a sinistra oa destra del BEP provoca un aumento delle forze sulla girante e queste forze causano sollecitazioni che hanno un effetto negativo significativo sulla durata e sull'affidabilità della pompa.
Se sovrapponiamo la vita prevista della pompa in funzione di dove sta funzionando la pompa, otteniamo a"Curva di sbarramento,"che mostra il tempo medio tra i guasti (MTBF) in funzione della portata BEP. Questa curva è stata creata da Barringer & Associates in uno studio sui guasti delle guarnizioni nelle pompe centrifughe.
Utilizzando l'immagine 2, più la pompa viene azionata vicino al suo BEP, maggiore è l'MTBF. Poiché la portata operativa della pompa si sposta più a sinistra oa destra del BEP, i guasti si verificano più frequentemente.
L'MTBF si dimezza quando la pompa funziona il 20% al di sotto del BEP o il 10% al di sopra di esso, come mostrato. Se azionati a sinistra del BEP, problemi come l'aumento della temperatura, la cavitazione del flusso ridotto, i problemi dei cuscinetti, la durata ridotta della girante, il ricircolo di aspirazione e scarico causano guasti alla tenuta e tempi di fermo della pompa. A destra del BEP, si verifica la durata del cuscinetto e della tenuta e si verificano problemi di cavitazione.
I punti chiave sono capire in che modo il sistema influisce sulla pompa sulla sua curva e l'affidabilità e la durata della pompa aumentano quando la pompa funziona vicino al BEP.
Cavitazione della pompa
La cavitazione è una delle principali preoccupazioni; può demolire le pompe molto rapidamente. Se c'è una bassa pressione di aspirazione o la pompa funziona all'estremità della sua curva, aspira il fluido così rapidamente che la pressione del fluido scende al di sotto della sua pressione di vapore e può farlo bollire.
Ad esempio, al livello del mare l'acqua bolle a 212 gradi Fahrenheit (F). In cima all'Everest, dove la pressione è molto più bassa, l'acqua bolle a 160 F. In una pompa, la pressione può scendere abbastanza in basso che l'acqua"bolle"a 60 F, o qualunque sia la temperatura ambiente.
Può sembrare difficile per l'aria rimuovere l'acciaio in una pompa. In effetti, sono i milioni di creazioni di bolle di vapore e implosioni che possono fare il danno. Questo effetto è evidente una volta che la pompa è in funzione e può suonare come ghiaia pompata indipendentemente dal fluido di base. Per questo motivo, spendere soldi extra per una pompa di grandi dimensioni può costare di più in manutenzione e riparazioni.
Processo di progettazione
Poiché il processo delle singole tubazioni è generalmente sconosciuto, gli ingegneri tendono a sovradimensionare le pompe. Non sanno esattamente come un appaltatore instrada i tubi e quindi includono un fattore di sicurezza nei calcoli. Questo fattore di sicurezza generalmente va in cima allo scenario di progettazione peggiore.
Gli studi di ingegneria sono incentivati dal fatto che non vogliono essere incolpati per una pompa sottodimensionata se non è in grado di soddisfare i requisiti di processo. Immagina l'indignazione e il danno per un'azienda's reputazione se i loro clienti non ricevevano un'adeguata pressione dell'acqua da una doccia, raffreddamento dal riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC) o flusso dalle fognature.
Una regola generale per i fattori di sicurezza è del 10%. L'ingegnere junior assumerà generalmente una certa quantità di energia richiesta in base alle tubazioni, agli elementi di processo e di controllo previsti, quindi aggiungerà il 10 percento a questo numero.
Un ingegnere senior può rivedere il lavoro e aggiungere anche un ulteriore 10 percento. Le cose continuano a complicarsi poiché gli utenti finali potrebbero avere aspettative irrealistiche sulla capacità di produzione dati i numeri elevati desiderati, o potrebbero volere che l'infrastruttura sia in atto per una potenziale espansione anni lungo la strada. Quando la pompa viene finalmente ordinata, il produttore'Il rappresentante di s aiuterà a selezionare una pompa sufficientemente grande per gestire queste operazioni e poi alcune.
Questi fattori di sicurezza finiscono per sommarsi a vicenda lasciando al processo effettivo qualcosa di diverso da quanto richiesto.
L'utente finale potrebbe trovarsi di fronte a una pompa inefficiente e alla possibilità di centinaia di migliaia di dollari in energia e manutenzione aggiuntive. Questo è il motivo per cui si consiglia vivamente di utilizzare un software per modellare le condizioni di flusso previste in vari punti operativi.
Risultati del mondo reale
Secondo l'Istituto Idraulico'S"Ottimizzazione del sistema di pompaggio,"una valutazione di 1.690 pompe in 20 impianti di processo ha rilevato alcuni risultati allarmanti. Hanno riscontrato che l'efficienza di pompaggio media è inferiore al 40%. Inoltre, oltre il 10 percento delle pompe di quello studio erano meno del 10 percento di efficienza.
Una delle cause principali è stata trovata nella selezione impropria della pompa. La regola generale è che una combinazione di pompa e motore costa circa $ 1 al giorno, per potenza del motore. Sebbene i costi energetici varino in base alla località, questo è un buon punto di partenza per iniziare a capire quali potenziali costi stai affrontando.
Per pompe più grandi che funzionano in modo inefficiente, il capitale sprecato è sbalorditivo. I soli costi energetici sono raramente motivo di cambiamento, tanto meno di trasformazione di un settore.
Una volta che le pompe sono installate e funzionanti, i costi energetici sono fuori dalla vista e fuori dalla mente. Ci sono molti altri costi negli impianti industriali e scoprire il vero costo della pompa
è difficile quando è sepolto in una bolletta energetica industriale insieme agli alti costi di riscaldamento, raffreddamento e gestione delle apparecchiature.
Ci sono ulteriori vantaggi da un sistema ottimizzato oltre al semplice risparmio energetico—qualità e quantità del processo per cominciare. In molti casi, i sistemi sono stati lasciati soli, perché funzionano e i manager non vogliono mettere in pericolo il processo.
Funziona se sei soddisfatto dello status quo. Tuttavia, lievi modifiche al sistema possono comportare un aumento considerevole della produzione. Se considerati nel corso di molti anni, questi cambiamenti producono risultati drammatici.
L'affidabilità del sistema e la ridotta manutenzione generano alcuni dei maggiori risparmi quando il sistema di pompaggio funziona correttamente.
Dalla curva di Barringer, possiamo vedere che dobbiamo operare vicino alla pompa's BEP per massimizzare la nostra efficienza e il tempo medio tra i guasti della pompa.
Rinomati produttori di pompe progettano le loro pompe per funzionare per 20 o più anni di funzionamento se eseguite correttamente, ma gli utenti finali sono spesso soddisfatti di soli cinque anni. I costi sono anche più facili da monitorare in parti e manodopera. L'opportunità di risparmio derivante da una migliore manutenzione e affidabilità garantisce da sola una seconda occhiata alle pompe e ai sistemi.
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