ポンプの振動の原因

ポンプの振動の原因は何ですか? ポンプの過度の振動は、パフォーマンスの低下、メンテナンス コストの増加、さらには完全な故障につながる可能性があります。

このブログ記事では、ポンプの振動に寄与する主な要因を探り、これらの問題を効果的に特定して対処するための実用的な洞察を提供します。

ポンプの振動の機械的な原因

1. ローターのアンバランス

静的および動的不均衡

遠心ポンプの過度の振動の一般的な原因であるローターの不均衡は、静的または動的に分類できます。

静的不均衡は、質量の中心が回転軸からずれたときに発生し、ローターに正味の力がかかります。

一方、動的不均衡は、主慣性軸が回転軸と一致しない場合に発生し、結果としてネットカップルが生じます。

振動の原因と影響

材料の不均一性、製造公差、不均一な摩耗などの要因がローターの不均衡に寄与します。

不均衡なローターは望ましくない振動を生成し、ベアリング負荷の増加、シール寿命の短縮、構造的損傷の可能性につながります。

振動周波数は通常、ポンプの動作速度と一致し、振幅は不均衡の度合いに比例します。

直し方

ローターの不均衡の影響を軽減するために、さまざまなバランス調整技術が採用されています。単面バランス調整は短くて剛性の高いローターに適していますが、長くて柔軟なローターには二面バランス調整が必要です。

2. 曲がったシャフト

曲がったシャフトが振動を引き起こす仕組み

シャフトが曲がると、幾何学的な非対称性が生じ、回転中にローターが揺れる原因となります。この揺れにより、シャフトの回転周波数で振動が発生し、多くの場合、高調波が伴います。

振動の激しさは、シャフトのたわみの程度とローターの動作速度によって異なります。

シャフトの振れを検出し定量化する方法

シャフトの振れは、シャフトが直線からどれだけずれているかを示す尺度で、ダイヤル インジケータまたはレーザー アライメント ツールを使用して検出できます。これらの機器は、さまざまな場所でシャフトの半径方向の変位を測定し、曲がりの程度を定量化します。

シャフト矯正と交換に関する考慮事項

シャフトの曲がりが見つかった場合は、修正措置を講じる必要があります。軽微な曲がりの場合は、冷間矯正や加熱矯正などのシャフト矯正技術が使用される場合があります。

ただし、曲がりがひどい場合や、シャフトを何度もまっすぐにしようとした場合は、ポンプの信頼性の高い動作を確保し、関連コンポーネントのさらなる損傷を防ぐために、交換が必要になることがよくあります。

3. インペラのアンバランス

インペラのアンバランスの原因

インペラの不均衡は、侵食、腐食、汚れなどのさまざまな要因によって発生する可能性があります。

侵食は、ポンプで送られる流体内の研磨粒子がインペラの材料を不均一に摩耗させるときに発生します。

インペラとポンプで送られる流体の間の化学反応によって引き起こされる腐食により、不均一な材料損失が発生する可能性があります。

インペラ表面にゴミが蓄積する汚れも不均衡の原因となります。

振動とポンプ性能への影響

不均衡なインペラは、ポンプの動作速度およびその倍数で振動を発生させます。これらの振動により、ベアリングの過度の摩耗、シールの故障、カップリングの損傷が発生する可能性があります。

さらに、インペラの不均衡により、インペラの水力性能が損なわれるため、ポンプの効率が低下し、消費電力が増加し、流量が減少する可能性があります。

インペラのバランス調整とトリミング技術

インペラの不均衡に対処するために、現場でのバランス調整またはインペラのトリミングを実行する場合があります。

現場でのバランス調整では、特殊なツールと技術を使用して、ポンプにインペラを取り付けたまま、インペラから材料を追加または除去します。

一方、インペラのトリミングでは、インペラを取り外し、その表面を機械加工してバランスを回復する必要があります。

4. ベアリングの問題

ベアリングの故障の種類とその振動特性

一般的な故障モードには、内輪の欠陥、外輪の欠陥、ボールまたはローラーの欠陥、ケージの故障などがあります。

これらの欠陥により、ベアリングの形状と回転速度に関連する特定の故障周波数で振動が発生します。

振動スペクトルを分析すると、ベアリング障害の種類と重大度を特定するのに役立ちます。

ベアリング故障の原因

ベアリングの故障は、不適切な潤滑、過負荷、位置ずれなど、さまざまな原因で発生する可能性があります。

潤滑が不十分だと摩擦と熱の発生が増加し、摩耗が加速します。

過度の半径方向または軸方向の力によって引き起こされる過負荷は、早期の疲労破損につながる可能性があります。

角度があっても平行であっても、位置ずれがあるとベアリングに余分なストレスがかかり、ベアリングの寿命が短くなります。

ベアリングのメンテナンスと状態監視戦略

適切な量の潤滑剤を使用して定期的に潤滑を行うと、摩擦が軽減され、熱が放散されます。

振動分析、温度監視、オイル分析などの状態監視技術により、ベアリングの状態に関する洞察が得られます。

5. シャフトのずれ

ずれの種類

シャフトのずれは、角度付き、平行、複合の 3 つのタイプに分類できます。

角度ずれはシャフトが互いに角度をなしている場合に発生し、平行ずれはシャフトがオフセットされているが平行のままである場合に発生します。複合ずれは角度ずれと平行ずれの両方が組み合わさったずれであり、現場で最もよく見られるタイプです。

振動とカップリングの摩耗への影響

シャフトの位置がずれるとカップリングで振動が発生し、その周波数は通常シャフトの回転速度の倍数になります。

これらの振動により、カップリング部品の摩耗が加速され、早期故障につながる可能性があります。

さらに、位置ずれによりベアリングに過度の半径方向および軸方向の荷重がかかり、ベアリングの寿命が短くなり、壊滅的な故障のリスクが高まります。

アライメント技術と許容範囲

シャフトのずれを修正するために、レーザーアライメント、逆ダイヤルインジケータ方式、隙間ゲージ方式など、さまざまなアライメント技術が採用されています。

レーザー アライメントは、レーザー ビームを使用してシャフトの相対位置を測定および調整する、最も正確で効率的な手法です。

ポンプの振動の水力学的原因

1. キャビテーション

キャビテーションとその原因の説明

キャビテーションは、液体内の局所的な圧力が蒸気圧以下に低下し、蒸気泡が形成されるときに発生する現象です。遠心ポンプでは、キャビテーションは通常、流体の圧力が急激に低下するインペラの入口で発生します。

不十分な正味吸引ヘッド (NPSH)、高い流体温度、制限された吸引ラインなどの要因がキャビテーションの発生に寄与します。

振動、騒音、ポンプ損傷への影響

キャビテーションは、ポンプの性能と寿命に重大な影響を及ぼす可能性があります。蒸気泡が崩壊すると、高強度の衝撃波が発生し、振動と騒音レベルが増加します。キャビテーション侵食と呼ばれるこのプロセスは、インペラ、渦巻き、その他のポンプ部品に重大な損傷を引き起こす可能性があります。

キャビテーションはポンプの効率も低下させ、放置するとポンプが完全に故障する原因にもなります。

NPSH 要件とキャビテーション防止戦略

キャビテーションを防止するには、利用可能な NPSH (NPSHA) がポンプ製造元によって指定された必要な NPSH (NPSHR) を常に上回っていることを確認することが重要です。

これは、適切な吸引配管サイズ、吸引ライン損失の最小化、十分な吸引圧力の維持など、適切なシステム設計によって実現できます。

ポンプを最高効率点 (BEP) 付近で動作させ、適切な吸引比速度 (Nss) を持つポンプを選択することも、キャビテーションのリスクを軽減するのに役立ちます。

2. 脈動流

脈動の原因

遠心ポンプの流量脈動は、シャットオフヘッド付近での動作やシステム共振など、さまざまな要因によって発生する可能性があります。

ポンプが遮断ヘッド付近で作動すると、流れが不安定になり、圧力変動や脈動が発生します。

システム共振は、脈動周波数が配管システムの固有周波数と一致すると発生し、振動が増幅されて重大な損傷を引き起こす可能性があります。

振動とシステム安定性への影響

流れの脈動は、ポンプ システムの振動レベルと全体的な安定性に大きな影響を与える可能性があります。

振動流により、ポンプと配管部品に交互の力が加わり、振動と応力が増加します。

極端な場合には、流れの脈動によりパイプの破裂、機器の損傷、予定外のダウンタイムが発生する可能性があります。

また、特に敏感なアプリケーションでは、プロセス制御や製品の品質に影響を及ぼす可能性もあります。

脈動の抑制とシステム設計の考慮事項

流れの脈動の影響を軽減するために、さまざまな脈動減衰技術を採用することができます。

これらには、圧力変動を吸収するために、排出ラインにブラダーやダイヤフラム アキュムレーターなどの脈動ダンパーを設置することが含まれます。パイプ サポート、アンカー、柔軟性に注意しながら適切な配管設計を行うと、システム共振のリスクを軽減できます。

さらに、ポンプをシャットオフヘッドから離れた場所で操作し、適切な NPSH を確保することで、流れの不安定性を最小限に抑えることができます。

3. オフBEP操作

最高効率点（BEP）とポンプ性能曲線

最高効率点 (BEP) は、遠心ポンプが最大効率で動作する流量です。 ポンプ性能曲線揚程、電力、効率を流量に対してプロットするグラフは、ポンプの動作特性に関する貴重な情報を提供します。

ポンプを BEP またはその近くで動作させることにより、最適なパフォーマンスが確保され、エネルギー消費が最小限に抑えられ、機械的な問題のリスクが軽減されます。

BEPから離れた運営の結果

ポンプを BEP から大幅に離れた場所で運転すると、振動レベルとポンプの寿命に悪影響を与える可能性があります。

BEP よりも低い流量では、ポンプのラジアル荷重が増加し、シャフトのたわみとベアリングの摩耗が増加します。

BEP より高い流量では、ポンプでキャビテーション、過度の騒音、振動が発生する可能性があります。

BEP から離れた場所での長時間の操作は、ベアリングの早期故障、シール損傷、インペラの摩耗につながる可能性があります。

適切なポンプの選択とシステム設計の重要性

ポンプは、流量、揚程、流体特性などの要素を考慮して、通常の動作条件下で BEP の近くで動作するように選択する必要があります。

システムは、圧力損失を最小限に抑え、安定した流れの状態を確保するように設計する必要があります。

ポンプの性能と振動レベルを定期的に監視することで、BEP 外の動作を検出し、適切な是正措置を講じることができます。

結論は

ポンプの振動は、キャビテーション、位置ずれ、アンバランス、機械的な問題など、さまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。ポンプの性能と寿命を維持するには、根本原因を特定して対処することが重要です。

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