回生タービンポンプの多用途性と能力

オートガスまたは液化石油ガス (LPG) は、プロパンとブタンの混合物です。 この燃料源は、液体として保存および輸送でき、ガスとして燃焼できるという点でユニークです。 自動車ガス供給設備では、再生タービン ポンプが頻繁に使用されます。

Autogas アプリケーションにはいくつかの課題がありますが、それは特別なものではありません。 実際、アンモニア、さまざまな冷媒、多くの炭化水素などの取り扱いが難しい液体を使用する多くの用途は、粘度が低く、場合によっては 0.1 センチポアズ (水の 10 分の 1) もの低粘度であり、蒸気圧が通常の大気圧に近いという特徴があります。 これらの流体はシールが難しく、粘度が低いため動作中に内部滑りが発生するリスクが高まるため、これにより多くのポンプ技術に問題が生じます。

揮発性液体の圧送によって生じる問題の 1 つはキャビテーションです。 ポンプの入口圧力が液体の蒸気圧を下回ると、液体中に蒸気泡が形成されます。 これらの気泡はポンプ室を通って移動し、圧力が上昇すると破裂してキャビテーションを引き起こし、ポンプのハードウェアに損傷を与える可能性があります。

回生タービンポンプは、キャビテーションによって他のポンプに生じる損傷の影響を受けず、高圧を維持しながら低粘度に対応できるため、これらの用途でうまく機能します。 また、他のタイプのポンプに比べて、他にもいくつかの利点があります。

この記事では、回生タービン ポンプの多用途性と、他の種類のポンプ技術よりも回生タービン ポンプが好ましい選択肢である理由について説明します。

回生タービンポンプを詳しく見る回生タービン ポンプは容積式 (PD) ポンプの性能特性によく似た性能特性を持っていますが、回転力学的です。 回生タービンは、PD ポンプの高い吐出圧力と遠心ポンプの性能の柔軟性を組み合わせています。 これらは、羽根車として機能する多数の小さなバケットまたはセルをその周囲に備えた、回転、非接触、フリーホイールディスクを使用して動作します。

これらの小さなセルは、通常、インペラの両側に 50 ～ 60 個あり、液体がタービン ポンプの吸入ポートに入るときに液体をすくい上げます。 次に、インペラは、セルを取り囲む狭い水路の周りでセル内の液体を加速します。

この非常に高速の高速螺旋運動により圧力が発生し、ポンプの差圧機能が確立されます。これが、このポンプが再生タービン ポンプと呼ばれる理由です。 この技術の別名には、周辺ポンプ、遠心再生ポンプ、再生ポンプなどがあります。 名前に関係なく、この技術は回転力学的ポンプのグループに分類されます。

回生タービン ポンプは、高圧かつ低流量で液体を移送するときに効果を発揮し、沸点または沸点付近で混入した蒸気や液体も処理します。 これらの条件は通常、ほとんどのポンプ技術の性能と機能を制限し、信頼性の低い性能、キャビテーション、騒音、振動を引き起こします。 設計のおかげで、回生タービン ポンプはこれらの条件のいずれにも悩まされません。 具体的には、これらのポンプは、最大 300 psi (20 bar) の差圧で 0.1 ～ 50 cSt の粘度を処理でき、最大許容作動圧力は 493 psi (34 bar) なので、蒸気圧の高い液体の処理が可能です。

一般的な再生タービン ポンプは最大 52.8 gpm (200 L/min) の流量を生成しますが、これらのポンプのいくつかのバリエーションはさらに高い流量を処理できます。 この技術の新しいバージョンの中には、158.5 gpm (600 L/min) と同じくらい、あるいはそれを超える可能性のあるピーク流量に達するものもあります。

インペラとそのセルにより、ポンプに多用途性が与えられます。 螺旋運動とその速度は、液体を滑らかにし、蒸気泡が形成されるとすぐに潰すことで、キャビテーションや脈動の可能性を減らします。 スムーズな流れと油圧バランスのとれた設計により悪影響が生じず、ほとんどのポンプ状況で再生タービン ポンプが振動や騒音なく機能することが可能になります。

これらの機能的特性と利点により、回生タービン ポンプは自動車ガスなどの一般的な用途を超えて使用できるようになります。 この技術は、エアロゾルや冷媒などの低粘度流体が知られている用途でも最適に機能します。 その他の用途には、アンモニア、気化器の供給、シリンダーの充填、ボイラーの供給水などがあります。

サイドチャネルポンプとのマッチング回生タービンポンプには、同様の用途で動作する 2 つの同等のポンプ技術 (サイドチャネルポンプ) に比べて、いくつかの利点があります。 サイドチャネルポンプは、回生タービンポンプと同様、吸入条件が悪い場合でも優れた性能を発揮し、どちらの技術も自吸式です。 違いはサイズとメンテナンスのしやすさにあります。

MIGA、バイドアハイブリッド太陽光発電所に保証を発行

サイドチャネルポンプは、その設計により設置面積が大きくなります。 それらは通常、複数のポンピングステージで構成されており、これらのポンプは単一ステージのポンプよりもかなり大型です。

特に LPG 設備では、デューティ パラメータを満たすためにサイドチャネル ポンプに 4 ～ 8 つのステージが必要になる場合があります。 これだけ多くの段があると、すでに大きな設置面積を持つサイドチャネルポンプも、これらのアプリケーションの要求に応えるためにさらに複雑になります。 単段を使用する回生タービン ポンプは、4 段または 5 段のサイドチャネル ポンプと同じ性能を提供し、サイドチャネル ポンプの通常 4 極の速度制限と比較して、2 極の速度で動作できます。

さらに、サイドチャネルポンプは回生タービンポンプよりも設置面積が大きく、設計が複雑であるため、かなりの数のコンポーネントがあり、その多くは磨耗しやすく、最終的には故障する傾向があります。 これらの摩耗部品を修理または交換すると、ポンプのメンテナンスコストと総所有コストが増加します。

一方、回生タービン ポンプは設置面積がコンパクトで、最大 25 個のコンポーネントを備えた複雑ではない設計になっています。 この小型でシンプルな設計により、メンテナンスが短時間で効率的に行えます。 メンテナンス時間が短縮され、摩耗部品が減るため、回生タービン ポンプの所有者は寿命が長くなり、大幅な経済的節約が可能になります。 また、回生タービンポンプは設計がシンプルなため、メンテナンスに熟練の技術者を必要としません。 ある程度の経験があり、技術的に有能な個人であれば、このタスクを処理できます。

他のPDポンプとのスタッキングスライディングベーンなどの他の PD ポンプにも同様の利点があります。 最も特徴的な点は、同等のポンプ技術に比べて油圧効率が高く、呼び水時の有効性が優れていることです。

回生タービン ポンプにはこれらの特別な利点はありませんが、同様の用途でうまく機能する利点は他にもあります。 たとえば、回生タービン ポンプは同等の技術に比べて可動部品が少ないため、多くの欠点を生じることなく継続的に動作できます。

メンテナンス面では、複数の可動部品がないため、オペレーターは、それぞれに独自の寿命とサービスサイクルがある複数の部品について心配する必要がありません。 可動部品が少ないということは、定期メンテナンスのための停止も少なくなり、最終的な交換に備えて複数の交換部品を在庫しておく必要性も意味します。 オペレータは、より少ない数の部品だけを気にする必要があり、他のポンプ技術で見られる小さな部品よりも寿命が長い傾向があるため、この方法でより多くの費用を節約することもできます。

回生タービンポンプの主要な摩耗部品であるインペラとメカニカルシールも、メンテナンスや交換の際に所有者が使用を中止する必要はありません。 多くの場合、これらの部品はポンプを配管から外さずに、また多くの場合モーターを外さずに 1 時間以内に交換できます。

性能面では、回生タービンポンプは、他のポンプ技術に影響を与える脈動やキャビテーションなどの悪影響を受けることなく、継続的に動作できます。 この連続動作により、オペレーターは頻繁に停止することなく使用できるようになり、さまざまな用途でより多くの時間を使用できるようになります。

結論低粘度の液体や吸引条件が悪い液体、または沸点に近い液体を扱う用途に関しては、いくつかのポンプ技術を使用できますが、どの技術も再生タービン ポンプと同じ機能や汎用性を備えていません。 さまざまな条件のさまざまな液体に対するパフォーマンスにより、この技術は幅広い用途で活躍することができます。 混入蒸気やキャビテーションなど、これらの液体によって引き起こされる課題は、このポンプ技術の完全性を脅かすものではありません。つまり、所有者は、メンテナンス間隔が長くても再生タービン ポンプの長寿命を期待できます。

回生タービンポンプのメンテナンスが必要になった場合、経験の浅いユーザーでも管理できるようになります。 これらのユーザーは、複数の摩耗部品を交換したり、ポンプを数時間停止したりすることを心配する必要はありません。 多くの場合、ポンプは配管から取り外すことなく修理または再構築できます。

回生タービン ポンプは、自動車ガス用途においてその価値をすでに証明しています。 進化し続けるにつれて、かつては他のポンプ技術が独占していた他のアプリケーションでも、今後もより頻繁に使用されるようになるでしょう。

著者について Stephen Basclain は、オーストラリアのクローマーにある Ebsray® の事業開発マネージャーであり、回生タービンおよびスライディング ベーン、ギア、ローブ ポンプなどの容積式ポンプ技術の設計のリーダーです。 彼への連絡先は [email protected] です。 Ebsray は、米国イリノイ州オークブルック テラスにあるドーバー社である PSG® のブランドです。 PSG は、Abaque®、All-Flo™、Almatec®、Blackmer®、Ebsray、em-tec®、Griswold®、Hydro™、 Malema、Mouvex®、Neptune®、Quantex™、Quattroflow®、 RedScrew™ および Wilden®。 Ebsray または PSG の詳細については、psgdover.com/ebsray または psgdover.com をご覧ください。