AODD ポンプが高粘度をどのように処理できるか

エア駆動ダブル ダイヤフラム (AODD) ポンプのユーザーからよく寄せられる質問は、「AODD ポンプで移送できるプロセス流体の最大粘度はどれくらいですか?」というものです。 実際のところ、その答えは選択したポンプとはあまり関係がなく、ポンプが接続されている配管システムと大きく関係しています。 ほとんどの AODD アプリケーションは比較的低粘度の流体を使用する移送アプリケーションであるため、ユーザーはこのことを忘れがちです。 ポンプ システムを評価するためのより正確な方法に関する詳細な説明はこの記事の範囲を超えていますが、ポンプ ユーザーは次の手法を使用して、高粘度流体を使用する AODD システムの流量に影響を与える要因を推定できます。

ユーザーが 1 インチ AODD を使用して毎分 20 ガロン (gpm) を移送したい、次の単純な流体移送システムを考えてみましょう。 申請が可能かどうかを判断するには、次の 3 つの質問に答える必要があります。

この質問に対するおおよその答えは、ポンプのドライリフト定格と吸込ライン損失を比較することで見つかります。 言い換えれば、ポンプのドライリフト能力は、所望の流量での吸引ライン損失を超えていますか?

AODD の用途を検討する場合、AODD のエネルギー源は圧縮空気であるという単純な理由から、TDH を水柱フィート (ft-H20) ではなくポンド/平方インチ (psi) で検討することが有益です。 空気入口圧力がシステムの TDH を超えると、流体がポンプ システム内に移送される可能性があります。 ポンプの寿命を延ばすために、AODD ユーザーはポンプの能力の中間範囲で動作するシステムを設計するよう努める必要があります。 ほとんどの搬送システムでは、60 psi 以下の TDH が合理的な設計目標です。

ほとんどのメーカーは粘度補正曲線を公開しています。 実際、曲線は粘性流体がポンプを通過するときに発生する摩擦損失を要約したものです。

ポンプがプロセス流体を引き込めるかどうかを判断するには、必要な流量に対する吸引ラインの損失を計算する必要があります。

吸気ライン損失の数学的議論はこの記事には詳しくなりすぎます。 ただし、パイプの直径と流量はライン損失に大きく影響します。 吸引ラインの損失を克服するために吸引ラインの直径を大きくすることは珍しいことではありません。 図 1 のシステム例での吸気ライン損失の計算結果について考えてみましょう。

一般的な 1 インチ AODD のドライリフト能力は 15 フィート-H20 または 6.5 psi です。 実際的には、これは、吸入ライン損失が 6.5 psi を超えるシステムではポンプが動作できないことを意味します。 図 1 に示すように 1 インチの吸引ラインを使用すると、ポンプの能力を超える吸引ラインの損失が発生します。 20 gpm の望ましい流量を満たすには、吸引ラインの直径を 2 インチに増やす必要があります。 この増加により、吸引ライン損失が 34 psi から 2 psi に減少しますが、これは AODD ポンプの動作能力の範囲内に十分収まります。

システム全体の TDH を計算するには、全静水頭と吐出摩擦線損失の両方を決定する必要があります。 表 1 のシステム例を参照してください。

1 インチのラインによる摩擦ラインの損失は、ほとんどの AODD ポンプの最大動作圧力 (120 psi) を超えます。 AODDポンプの範囲内で損失を低減するには、吐出ライン径を大きくする必要があります。

吐出ラインの直径を 1 インチから 1-1/2 インチに増やすと、吐出ラインの損失が 135 psi から 24 psi に減少します。これは、AODD ポンプにとって快適なレベルです。

このシステム例では、静的水頭は単純な計算 (10 フィート-H20 ～ 15 フィート-H20) x 1.2 SG、つまり 6 フィート-H20 です。 psi で表すと、全静水頭は約 -2.6 psi になります。 したがって、システムの TDH は 31 psi、つまり静水頭と摩擦パイプ損失の合計です。

大まかな近似の最後のステップでは、プロセス流体がポンプを通過する際のライン損失を考慮します。 AODD メーカーは通常、水のポンプ曲線を公開しています。 粘度補正曲線は、より粘度の高いプロセス流体に対するポンプの能力を低下させます。 このシステム例の場合、メーカーの表では、1,500 cps の場合、ポンプは公表されている容量の 88% で動作するとアドバイスされています。 したがって、メーカーが公開している曲線を読むときは、23 gpm で 20 gpm (20 gpm/0.88) を読み取る必要があります。

調整されたシステム例を参照すると、吸引ラインの直径が 2 インチに増加し、排出ラインの直径が 1.5 インチに増加するという 2 つの変更が加えられました。 最後に、AODD の空気入口圧力を決定する必要があります。

図 2 は、AODD メーカーが公表しているポンプ曲線の典型的な例です。 通常、横軸は流量を gpm またはリットル/分 (lpm) で表し、縦軸は通常、システム圧力と空気作動圧力の両方を表します。

図 2 では、赤い線は空気消費量を標準立方フィート/分 (SCFM) で表し、青い線は空気入口圧力を psi で表しています。 サンプル システム (23 gpm および 31 psi TDH) の曲線を読むと、空気入口圧力は約 55 psi に設定する必要があり、ポンプは動作中に 22 SCFM の空気を消費することがわかります。 必要な空気圧である 55 psi を超えると、吸引ラインの損失がポンプの能力を超える可能性があるため、キャビテーションが発生する可能性があることに注意することが重要です。

この簡略化されたシステム分析では、多くの重要な要素が無視されています。 ただし、この例は、システム要因が AODD ポンプの粘性流体の処理能力に与える影響を示しています。

粘度とパイプ直径は吸引ラインの損失に重要な役割を果たすため、評価時に考慮する必要があります。 システムの能力は、ポンプの吸引リフト能力と空気入口圧力によって制限されます。

Paul McGarry は All-Flo Pump Co に勤務しています。連絡先は [email protected] です。 詳細については、all-flo.com をご覧ください。