Vacuum Ranges & Appropriate Pump Technologies

اثرات منفی فیلتراسیون خط مکش

برندان کیسی عملکرد فیلترها در سیستم هیدرولیک حفظ پاکیزگی مایعات است. با توجه به اینکه هدف از حفظ پاکیزگی مایعات ، بدست آوردن حداکثر عمر مفید از اجزای سیستم است ، ضروری است که درک کنیم برخی از مکانهای فیلتر می توانند نتیجه عکس داشته باشند ، خط مکش از جمله آنهاست. از نظر فیلتراسیون ، ورودی پمپ مکانی ایده آل برای فیلتر کردن محیط است. عدم وجود هم چنین سرعت سیال زیاد ، که ذرات به دام افتاده را مختل می کند و هم افت فشار زیاد روی عنصر ، که باعث کوچ ذرات از طریق محیط می شود ، باعث افزایش کارایی فیلتر می شود. با این حال ، این محدودیت ها ممکن است با محدودیت جریانی که این عنصر در خط ورودی ایجاد می کند و اثر منفی آن بر عمر پمپ ، غلبه کنند. فیلترهای ورودی یا مکش پمپ معمولاً به صورت صافی ۱۵۰ میکرونی (۱۰۰ مش) در می آیند که به داخل نفوذ ورودی پمپ در داخل مخزن پیچ می شود. محدودیت ناشی از صافی مکش ، که در دمای پایین سیال (گرانروی زیاد) و با مسدود شدن عنصر افزایش می یابد ، احتمال ایجاد خلا جزئی در ورودی پمپ را افزایش می دهد. خلا Ex زیاد در ورودی پمپ ممکن است باعث فرسایش کاویتاسیون و آسیب مکانیکی شود. فرسایش کاویتاسیون هنگامی که خلاial جزئی در خط مصرف پمپ ایجاد می شود ، کاهش فشار مطلق می تواند منجر به تشکیل حباب های گاز و / یا بخار درون مایع شود. هنگامی که این حباب ها در معرض فشارهای بالا در خروجی پمپ قرار می گیرند ، به شدت منفجر می شوند. فشارهای فروپاشی بیشتر از ۱۴۵۰۰۰ PSI ثبت شده است و در صورت بروز میکرودیزلینگ (احتراق مخلوط هوا / روغن) دمایی تا ۲٫۰۱۲ درجه فارنهایت ممکن است. وقتی حباب ها در نزدیکی سطح فلز فرو می ریزند ، فرسایش رخ می دهد (شکل ۱). شکل ۱٫ آسیب فرسایش کاویتاسیون به صفحه سوپاپ سخت شده مورد فرسایش حفره ای به سطح اجزای مهم آسیب می رساند و مایع هیدرولیک را با ذرات سایش آلوده می کند. کاویتاسیون مزمن می تواند باعث فرسایش قابل توجه شود و منجر به خرابی پمپ شود. آسیب مکانیکی هنگامی که خلاial جزئی در ورودی پمپ ایجاد می شود ، نیروهای مکانیکی ناشی از خلا itself خود می توانند باعث خرابی فاجعه بار شوند. ایجاد خلاuum در محفظه های پمپاژ یک پمپ محوری سوکت توپ پیستون و پد دمپایی را در کشش قرار می دهد. این اتصال برای مقاومت در برابر نیروی کششی بیش از حد طراحی نشده است و در نتیجه ، دمپایی از پیستون جدا می شود (شکل ۲). شکل ۲٫ دمپایی از پیستون خود جدا شده است نتیجه خلاuum بیش از حد در ورودی پمپ اگر نیروی کششی ناشی از خلا enough به اندازه کافی زیاد باشد ، یا در طی ساعتهای طولانی کار با اتصال مفصل توپی در زمان ورود ، کشش به صورت فوری اتفاق می افتد. صفحه نگهدارنده پیستون ، که وظیفه اصلی آن حفظ تماس دمپایی پیستون با صفحه swash است ، باید در مقابل نیروهایی که برای جدا کردن پیستون از دمپایی آن عمل می کنند ، مقاومت کند. این بار ناشی از خلا wear باعث تسریع در سایش بین دمپایی و صفحه نگهدارنده می شود و می تواند باعث پیچ خوردگی صفحه نگهدارنده شود. این اجازه می دهد تا دمپایی در هنگام ورودی تماس با صفحه swash را از دست بدهد ، و هنگامی که مایع تحت فشار در هنگام خروج روی انتهای پیستون عمل می کند ، آن را دوباره بر روی صفحه swash قرار می دهیم. این ضربه به دمپایی های پیستونی و صفحه سواش آسیب می رساند ، و به سرعت منجر به خرابی فاجعه بار می شود. در طرح های پمپ محور خمیده ، پیستون بهتر توانایی مقاومت در برابر نیروهای کششی ناشی از خلا را دارد. ساختار پیستون به طور کلی ناهموارتر است و توپ پیستون را معمولاً توسط یک صفحه نگهدارنده پیچ دار در سوکت شافت خود نگه می دارد. با این حال ، شکست کششی ساقه پیستون و / یا کمانش صفحه نگهدارنده هنوز هم می تواند در شرایط خلاuum زیاد رخ دهد. در طراحی پمپ پره ، پره ها باید از موقعیت جمع شده در روتور در هنگام ورودی امتداد داشته باشند. وقتی این اتفاق می افتد ، مایعات ورودی پمپ جای خالی روتور ایجاد شده توسط پره در حال گسترش را پر می کند. اگر خلا excessive بیش از حد در ورودی پمپ وجود داشته باشد – در پایه پره عمل می کند. این امر باعث می شود که پره ها در حین ورودی با حلقه بادامک تماس خود را از دست ندهند و پس از آنکه مایع تحت فشار در هنگام خروج بر روی پایه پره کار می کند ، آنها را دوباره بر روی حلقه بادامک قرار می دهند. این ضربه به نوک پره ها و حلقه بادامک آسیب می زند و به سرعت منجر به خرابی فاجعه بار می شود. پمپ های دنده از نظر مکانیکی کمترین حساس به نیروهای ناشی از خلاuum هستند. با وجود این واقعیت ، تحقیقات نشان داده است که گرفتگی صافی مکش ناشی از محصولات جانبی اکسیداسیون روغن صمغی می تواند عمر مفید پمپ دنده خارجی را حداقل ۵۰ درصد کاهش دهد. با توجه به احتمال صافی مکش برای آسیب رساندن به پمپ ، چرا اصلاً از آنها استفاده می شود؟ این س whenال کنجکاوتر می شود که در نظر بگیرید اگر مخزن و مایعات موجود در آن تمیز شود و کلیه هوا و مایعات ورودی به مخزن به اندازه کافی فیلتر شود ، مایعات موجود در مخزن حاوی ذرات سختی نیست که به اندازه کافی درشت شوند. صافی مشبک واضح است که بررسی استدلال های i

ایجاد خلا (وکیوم) خیلی بالا

تمیز توربو پمپ ها برای تولید خلا clean تمیز در محدوده ۱۰-۳ تا ۱۰-۱۰ hPa مناسب هستند. به لطف نسبت فشرده سازی بالا ، آنها با اطمینان روغن را از ناحیه ورودی پمپ های روغن دار و دور از گیرنده نگه می دارند. مدل هایی با محفظه های استیل ضد زنگ و فلنج CF قابل پخت هستند. این امر باعث می شود که این پمپ ها برای کاربردهای تحقیق و توسعه در مواردی که نیاز به خلأ بسیار زیاد است ، مناسب باشند. از توربوپمپ ها می توان برای تخلیه شناورهای بزرگ با پمپ های چرخشی پره ای به عنوان پمپ های پشتی استفاده کرد. در مورد پمپ های توربو ، پمپ های دیافراگم دو مرحله ای به عنوان پمپ های پشتی کافی هستند. اما به دلیل سرعت پایین پمپاژ ، زمان زیادی برای پمپاژ کشتی های بزرگتر طول می کشد. جریان گاز این ترکیب پمپ نیز توسط پمپ دیافراگم بسیار محدود می شود. با این حال این ترکیب یک راه حل بسیار مقرون به صرفه برای یک ایستگاه پمپاژ خشک است. این ماده اغلب برای طیف سنج های جرمی پمپ شده متفاوت و سایر کاربردهای تحلیلی یا تحقیق و توسعه استفاده می شود. اگر در منطقه پمپ پشتی به سرعت پمپاژ بالاتری نیاز است ، توصیه می کنیم از پمپ های ریشه ای چند مرحله ای از سری ACP یا برای فرآیندهای خلا chemical شیمیایی در صنعت نیمه هادی یا خورشیدی ، پمپ های پشتیبان با فرایند استفاده کنید. ایستگاه های پمپاژ متشکل از پمپ پشتی و توربوپمپ نیازی به شیر ندارند. هر دو پمپ همزمان روشن می شوند. به محض رسیدن پمپ پشتی به خلا fore پیشین لازم ، توربو پمپ به سرعت به سرعت اسمی خود می رسد و سریعاً ظرف را از فشار [Math Processing Error] <10-4 hPa با سرعت پمپاژ بالا تخلیه می کند. خرابی های مختصر برق را می توان با سرعت چرخش زیاد روتور از بین برد. در صورت قطع برق طولانی تر ، در صورت کاهش RPM ها به زیر حداقل سرعت ، می توان پمپ و گیرنده را به طور خودکار تخلیه کرد. تأثیراتی که در تخلیه شناورها نقش دارند در فصل ۲ شرح داده شده است. مسائل مربوط به ابعاد و همچنین محاسبه زمان تخلیه پمپ نیز در آن فصل شرح داده شده است. تخلیه محفظه های قفل بار تخلیه محفظه های قفل بار قطعاً هنگام انتقال قطعه های کاری که باید در یک فرآیند خلا treated تصفیه شوند ، به دست زدن تمیز نیاز دارد. اگر این موارد از فشار اتمسفر منتقل شوند ، ابتدا باید محفظه را از طریق یک خط بای پس تخلیه کنید. توربو پمپ در حال اجرا از طریق شیرآلات بین پمپ پشتی و محفظه متصل می شود. برنامه های تحلیلی امروزه در بسیاری از موارد از طیف سنج های جرمی در دستگاه های آنالیز استفاده می شود. مایعات اغلب در محفظه ورودی سیستم خلاuum تزریق و تبخیر می شوند. فشار در چند مرحله کاهش می یابد و اتاق های جداگانه توسط روزنه ها از یکدیگر جدا می شوند. از آنجا که هر محفظه باید پمپ شود ، هدف این است که جریان گاز از طریق شیرهای روی توربو پمپ از طریق ترکیبی ماهرانه از پمپ های پشتی و توربو پمپ ترکیب شود. توربو پمپ های اصلاح شده خاص با شیر برای برنامه های سری استفاده می شود. علاوه بر SplitFlow 50 که در فصل ۴٫۹٫۳ شرح داده شده ، راه حل های ویژه مشتری نیز می تواند ارائه شود. آشکارسازهای نشت هلیوم نیز مجهز به توربوپمپ هستند. در این حالت ، اغلب از اصل جریان متقابل استفاده می شود (به بخش ۷٫۲٫۱ مراجعه کنید). من. ه یک طیف سنج جرمی در سمت خلأ زیاد پمپ قرار دارد. با توجه به نسبت فشرده سازی کمتر توربوپمپ ها برای هلیم نسبت به نیتروژن یا اکسیژن ، پمپ به عنوان یک فیلتر انتخابی برای هلیوم عمل می کند. پمپ های دارای بار گاز زیاد در فرایندهای خلا vac توربوپمپ هنگام پمپاژ بارهای زیاد گاز برای فرآیندهای خلا دو مزیت دارد: در ابتدای هر مرحله فرآیند خلا clean تمیز ایجاد می کند و پس از آن می تواند گاز فرآیند را بدون هیچگونه برگشت مضر پمپاژ کند. در مرحله دوم ، هدف اصلی حفظ فشار خاصی است که در آن فرآیند خلا desired مورد نظر باید اجرا شود. در این فرایند ، توان تولید گاز و فشار کاری توسط برنامه مورد نظر تعیین می شود. من. ه یک مقدار جریان مشخص داده شده با یک جریان گاز معین پمپ می شود. علاوه بر این ، دستیابی سریع به خلا clean میانی تمیز هنگام تعویض قطعه های کار باید امکان پذیر باشد. از آنجا که این الزامات متناقض است ، باید یک توربو پمپ با اندازه کافی برای توان گاز مورد نیاز و خلا inter میانی مورد نیاز انتخاب شود. فشار فرآیند از طریق دریچه ورودی (مانند شیر پروانه ای) تنظیم می شود. نمونه ای از نحوه اندازه گیری این نوع ایستگاه پمپاژ در فصل ۲ نشان داده شده است. حداکثر بارهای مجاز گاز مشخص شده در داده های فنی باید به معنای بارهای مداوم مجاز باشد. این امر به شرط اطمینان از خنک سازی کافی مطابق با مشخصات و فشار پشتیبان متناسب با زیر حداکثر فشار پشتیبان بحرانی اعمال می شود. پمپاژ مواد خورنده و ساینده هنگام پمپاژ گازهای خورنده ، باید تدابیر لازم برای محافظت از موتور / مناطق تحمل و روتور به ویژه در برابر خوردگی گرفته شود. برای انجام این کار ، تمام سطوحی که با گاز خورنده تماس پیدا می کنند یا با روکش تهیه می شوند یا از fr ساخته می شوند

۱۳ Common Factors that Affect Pump Life

more than 45 years. The pump was designed to operate for a long time, and the user operated and maintained the pump in a manner that resulted in a half-century of trouble-free operation.

In the overall equation for reliable pump life expectancy, almost every factor is dependent on the end user—specifically, how the pump is operated and maintained. As an example, a standard L-frame American National Standards Institute (ANSI) pump can be expected to operate for 15 to 20 years—and in many cases longer than 25 years—if it is properly maintained and operated near the best/design operating point. A high-horsepower multistage diffusor pump in boiler feed service can be expected to deliver 40 years of service or more.

For a given pump design, what are some of the factors that end users can control to prolong a pump’s life?

While this is not an exhaustive list, the following 13 notable factors are important considerations for extending pump life.

۱٫ Radial Force

Industry statistics indicate that the biggest reason centrifugal pumps are pulled from service is the failure of bearings and/or mechanical seals. The bearings and seals are the “canaries in the coal mine”—they are the early indicators of pump health and the harbingers of what is happening inside the pumping system.

Anybody who has been around the industry very long probably knows that the No. 1 best practice is to operate the pump at or near its best efficiency point (BEP). At the BEP, the pump by design will experience the lowest amount of radial force. The resultant force vectors of all the radial forces initiated from operating away from the BEP manifest at 90-degree angles to the rotor and will attempt to deflect and bend the shaft.

High radial force and the consequential shaft deflection are a killer of mechanical seals and a contributing factor to bearing life reduction. If high enough, the radial force can cause the shaft to deflect, or bend. If you stop the pump and measure the runout on the shaft, nothing would appear to be wrong because it is a dynamic condition, not a static one.

A bent shaft (deflecting) operating at 3,600 revolutions per minute (rpm) will deflect twice per one revolution, so it is actually bending 7,200 times per minute. This high-cycle deflection makes it difficult for the seal surfaces to stay in contact and maintain the fluid layer required for proper seal operation.

۲٫ Oil Contamination

For ball bearings, more than 85 percent of bearing failures result from the ingress of contamination, either as dirt and foreign material or as water. Just 250 parts per million (ppm) of water will reduce bearing life by a factor of four.

Oil service life is critical. Operating a pump can be similar to operating a car continuously at 60 miles per hour. At 24 hours per day, seven days a week, it does not take long to put some miles on the odometer—۱,۴۴۰ miles per day, 10,080 miles per week, 524,160 miles per year.

For more information on lubrication issues, refer to my columns on lubrication in the April (read it here) and June (read it here) 2015 issues of Pumps & Systems.

۳٫ Suction Pressure

Other key factors for bearing life are suction pressure, driver alignment and, to some degree, pipe strain.

For a single-stage horizontal overhung process pump such as an ANSI B 73.1 model, the resultant axial force on the rotor is toward the suction, so a counteracting suction pressure—to some degree and with limits—will actually reduce the axial force, which decreases the thrust bearing loads, contributing to longer life. For example, a standard S-frame ANSI pump with a suction pressure of 10 pounds per square inch gauge (psig) can typically expect a bearing life of six to seven years, but at a suction of 200 psig, the expected bearing life will improve to more than 50 years.

۴٫ Driver Alignment

Misalignment of the pump and the driver overloads the radial bearings. Radial bearing life is an exponential factor when calculated with the amount of misalignment. For example, with a small misalignment of just 0.060 inches, end users can expect some sort of bearing or coupling issues at three to five months of operation; at 0.001 inches of misalignment, however, the same pump will likely operate for more than 90 months.

۵٫ Pipe Strain

Pipe strain is caused by misalignment of the suction and/or discharge pipe to the pump flanges. Even in robust pump designs, the resultant pipe strain can easily transmit these potentially high forces to the bearings and their respective housing fits. The force (strain) causes the bearing fit to be out of round and/or incongruent with the other bearings so that the centerlines are in different planes.

۶٫ Fluid Properties

Fluid properties (the fluid’s personality) such as pH, viscosity and specific gravity are key factors. If the fluid is acidic or caustic, the pump wetted parts such as the casing and impeller materials need to hold up in service. The amount of solids present in the fluid and their size, shape and abrasive qualities will all be factors.

۷٫ Service

The severity of the service is another major factor: How often will the pump be started during a given time?

I have witnessed pumps that are started and stopped every few seconds. Pumps in these services wear out at an exponentially higher rate than pumps that operate continuously under the same conditions. In these cases, the system design is in dire need of change.

Pumps with a flooded suction will operate more reliably than a pump in a suction lift scenario at the same conditions. The lift condition requires more work and offers more opportunities for air ingestion or worse—running dry. See my Pumps & Systems articles on submergence (April 2016, read it here) and self-primer problems (September 2015, read it here).

۸٫ NPSH_A/R Margin

The higher the margin of net positive suction head available (NPSH_A) is over net positive suction head required (NPSH_R), the less likely the pump will cavitate. Cavitation will create damage to the pump impeller, and resultant vibrations will affect the seals and bearings.

۹٫ Pump Speed

The speed at which the pump operates is another key factor. For instance, a 3,550-rpm pump will wear out faster than a 1,750-rpm pump by a factor of 4-to-8.

۱۰٫ Impeller Balance

An unbalanced impeller on an overhung pump or on some vertical designs can cause a condition known as shaft whip, which deflects the shaft just as a radial force does when the pump operates away from the BEP. Radial deflection and whip can occur at the same time. I always recommend the impeller be balanced at least to International Organization for Standardization (ISO) 1940 grade 6.3 standards. If the impeller is trimmed for any reason, it must be rebalanced.

۱۱٫ Pipe Geometry

Another important consideration for extending pump life is the pipe geometry, or how the fluid is “loaded” into the pump.

For example, an elbow in the vertical plane at the pump’s suction side will induce fewer deleterious effects than one with a horizontal elbow. The impeller is hydraulically loaded more evenly, so the bearings are also loaded evenly.

Suction-side fluid velocity should be kept below 10 feet per second. I recommend keeping velocities below 8 feet per second, and 6 is even better (assuming non-slurry fluids). Laminar flow in lieu of turbulent will affect how the impeller is loaded and change the rotor dynamics.

۱۲٫ Pump Operating Temperature

Whether hot or cryogenic, the pump operating temperature—and especially the rate of temperature change—will have a large effect on pump life and reliability. The temperature at which a pump operates is important, and the pump needs to be designed to operate there. More important, however, is the rate of temperature change. I recommend (I am conservative) the rate of change to be managed at less than 2 F per minute. Different masses and materials expand and contract at different rates, which can affect clearances and stresses.

۱۳٫ Casing Penetrations

While not often considered, the reason casing penetrations are an option rather than a standard on ANSI pumps is the number of pump casing penetrations will have some effect on pump life because these sites are prime for the setup of corrosion and stress risers.

Many end users want the casing drilled and tapped for drains, vents, gauge ports or instrumentation. Every time you drill and tap a penetration in the casing, it sets up a stress riser in the material that becomes an origin source for stress cracks and presents a site for corrosion to initiate.