ポンピングリングとは

ポンピングリングとは

ポンピング リングは、シール面間で流体を循環させるメカニカル シールのコンポーネントです。メカニカル シールは、回転シャフトと固定ハウジングの間にシールを作ることで漏れを防止します。ポンピング リングは、シール面間で流体を循環させるポンピング作用を生み出し、潤滑と冷却を行います。

ポンピングリングはどのように機能するのか

ポンピング リングの表面には、小さなポンプとして機能する斜めの溝があります。シャフトが回転すると、これらの溝が外側からシール面に向かって流体を送り出します。その後、流体はシール面を流れ、シール面を潤滑および冷却します。

ポンピングリングの目的は何ですか

ポンピング リングの主な目的は、デュアル シール カートリッジの内側シールと外側シールの間にバリア流体の閉ループ旋回流を作り出すことです。この循環により、次のことが可能になります。

1. シール面から熱を逃がすことでメカニカルシールを冷却します。
2. 摩耗と摩擦を減らすためにシール面を潤滑します。
3. シールチャンバー内の圧力をプロセス流体よりも高く維持することで、汚染を防ぎ、シールの寿命を延ばします。
4. 外部リザーバーやポンプ システムを必要とせずにバリア液を循環させる手段を提供します。

ポンピングリングの種類

メカニカルシールに使用されるポンピングリングには、主に 3 つのタイプがあります。

ドリルドベーンを使用したラジアルフローインペラ

ドリル加工された羽根を持つラジアルフローインペラーは、最も一般的なタイプのポンピングリングの 1 つです。インペラーにドリル加工された一連のラジアル羽根または穴で構成され、インペラーの回転時に圧力差が生じます。この圧力差により、バリア流体がインペラーの外径付近の高圧領域から内径付近の低圧領域へと移動し、閉ループ循環が形成されます。

ドリル加工された羽根を備えたラジアルフローインペラーは製造が比較的簡単で、優れた流量と圧力ヘッド特性を提供できるため、幅広い用途に適しています。

スロットを使用した放射状の流れ

スロットを使用するラジアルフローポンピングリングは、ドリル加工された羽根を持つものと原理が似ていますが、穴の代わりにインペラに機械加工された一連のラジアルスロットまたは溝が特徴です。インペラが回転すると、スロットによって圧力差が生じ、バリア流体が外径から内径に押し出され、閉ループ循環が形成されます。

スロット付きラジアルフローポンピングリングは、ドリルベーン設計に比べて、スロットによってより連続した流路が提供され、流れの分離と乱流が減少するため、フロー特性が向上します。ただし、製造がより複雑になる可能性があり、すべてのアプリケーションに適しているわけではありません。

螺旋溝による軸流

らせん溝を使用した軸流ポンプリングは、インペラの回転時にバリア流体のらせん状の流路を作成するように設計されています。らせん溝はインペラの表面に機械加工されており、インペラが回転すると、バリア流体は溝に沿って外径から内径まで押し出され、閉ループ循環が作成されます。

らせん溝付きの軸流ポンプリングは、特に高回転速度で優れた流量と圧力ヘッド特性を提供します。高速ターボ機械やコンプレッサーなど、高流量と低圧力降下が求められる用途でよく使用されます。

ただし、軸流ポンピング リングは、ラジアル フロー設計よりも設計と製造が複雑になる可能性があり、その性能は動作条件や流体の特性の変化に敏感になる可能性があります。

ポンピングリングの用途

APIプラン23

API PLAN 23 は、遠心ポンプのメカニカル シールに使用されるポンピング リングの要件を規定しています。ポンピング リングの材質、寸法、製造許容範囲が指定されています。このプランは、石油、ガス、化学、発電など、さまざまな業界で使用されるポンピング リングに適用されます。

APIプラン52

API PLAN 52 は、遠心ポンプおよび回転ポンプで使用されるメカニカル シールの設計とテストに関するガイドラインを提供します。材料、寸法、テスト手順など、ポンピング リングの要件を網羅しています。このプランは、石油およびガス業界で広く使用されています。

APIプラン53

API PLAN 53 は、往復ポンプで使用されるメカニカル シールの設計とテストに関する標準です。ポンピング リングの要件 (材料、寸法、テスト方法など) を指定します。このプランは、石油およびガス業界で往復ポンプによく使用されます。

ポンピングリングの性能

流量要件

ポンピング リングの性能に関する主な考慮事項の 1 つは、バリア流体の必要な流量です。流量は、シール面間の安定した流体膜を維持し、摩擦によって発生する熱を除去し、プロセス流体の侵入を防ぐのに十分なものでなければなりません。

ポンピングリングの性能曲線

ポンピング リングの性能は、通常、さまざまな回転速度でポンピング リングによって生成される圧力ヘッドに対する流量をプロットした性能曲線によって特徴付けられます。

配管システム曲線

配管システム曲線は、循環ループ内の配管、継手、その他のコンポーネント間の圧力降下を表します。ポンピング リング性能曲線と配管システム曲線の交点によって、システム内のバリア流体の実際の循環速度が決まります。

ポンピングリングの性能に影響を与える要因

メカニカル シール アプリケーションにおけるポンピング リングのパフォーマンスには、いくつかの要因が影響する可能性があります。

直径と速度

通常、直径が大きく、回転速度が速いほど、流量容量と圧力ヘッドが増加します。

クリアランスとポート

ポンピング リングと固定部品の間のクリアランス、および入口ポートと出口ポートのサイズと位置は、ポンピング リングのパフォーマンスに大きな影響を与えます。クリアランスが小さいと、ポンピング リングによって生成される圧力ヘッドが増大しますが、摩擦損失と熱発生も増大する可能性があります。

流体特性

バリア流体の粘度、密度、圧縮率などの特性は、ポンプリングの性能に重要な役割を果たします。粘度の高い流体では、十分な流量を維持するために大きなクリアランスとポートが必要になる場合がありますが、粘度の低い流体では、クリアランスを小さくして圧力生成能力を向上させることができます。信頼性の高い長期運用を確保するには、バリア流体とシール材料およびプロセス流体との適合性も考慮する必要があります。