横型遠心ポンプの一般的な振動故障モードは何ですか?

横型渦巻ポンプ 工業生産において重要な役割を果たしており、振動はその動作状態と信頼性を示す中心的な指標です。異常な振動は、ベアリング、メカニカル シール、カップリングなどの重要なコンポーネントの摩耗を加速するだけでなく、予期せぬダウンタイムを引き起こす可能性があります。

1. 機械的故障モード

機械的故障は、遠心ポンプにおける最も一般的で破壊的な振動源です。その特性は、多くの場合、ローター速度 (1X)、または 2 倍の速度 (2X)、またはそれ以上の高調波周波数で発生します。

1.1 アンバランス

アンバランスは、インペラ、カップリング、またはポンプ シャフト自体の質量分布の不均一によって発生します。

原因: 鋳造欠陥、不均一な摩耗、非対称キーまたはキー溝、または長期運転中のインペラの腐食/汚れ。

振動特性: 振動エネルギーは主に 1 倍速周波数に集中し、振幅は通常大きく、振動方向 (半径方向) は安定しています。

衝撃: これにより、ポンプ シャフトの回転中に周期的な遠心力が発生し、ベアリングに継続的に遠心力が加わり、ベアリングの疲労破壊が加速されます。

1.2 位置ずれ

ミスアライメントとは、ドライブ (モーターなど) とポンプ シャフトの間の中心線または角度のずれを指します。

種類：平行ずれと角度ずれは以下のように分類されます。

振動特性: 最も典型的な特性は、回転速度周波数の 2 倍で振動エネルギーが大幅に増加することですが、1 倍および 3 倍の周波数も発生する場合があります。半径方向のミスアライメントは回転速度周波数の 2 倍で大きくなる可能性がありますが、角度のミスアライメントは 1X と 2X の両方の周波数で大きくなります。

衝撃: これにより、回転中にカップリングに周期的な曲がりや応力変化が生じ、重大な反力が発生し、カップリング、ベアリング、メカニカル シールに重大な損傷を与える可能性があります。

1.3 ベアリングの故障

ベアリングは、ラジアル方向および軸方向の力に耐える重要なコンポーネントです。それらの障害は、機器のダウンタイムの主な原因の 1 つです。

振動特性: ベアリングの欠陥は 1X または 2X の周波数では現れませんが、代わりにベアリング特性周波数として知られる独特の高周波振動を生成します。これらの周波数には、インナーレース (BPFI)、アウターレース (BPFO)、ボール/ローラー (BSF)、およびケージ (FTF) の周波数が含まれます。

開発段階: 初期段階の障害は、高周波のランダム ノイズとして現れる場合があります。中間段階では、明確なベアリング特性周波数とその高調波が現れます。後期では、これらの周波数が圧倒され、広帯域の高周波振動として現れます。

1.4 基礎の緩みと構造共振

基礎の緩みと共振は、遠心ポンプの振動診断における「目に見えないキラー」です。

機械的な緩み: アンカーボルトの緩み、ベースプレートの凹凸、またはベアリングシートとベース間の過剰な隙間。

振動特性: 通常、1 倍、2 倍、3 倍の速度周波数での一連の高調波振動として現れ、多くの場合、半分の速度周波数 (0.5 倍) またはさらに複雑な分数調波が存在し、非線形の機械的緩みの典型的な兆候です。

構造共振: ポンプの動作周波数 (1X) がポンプまたは配管システムの固有振動数に近づくと発生します。

影響: 振動振幅が大幅に増幅され、わずかな不均衡や位置ずれでも重大な振動が発生します。

2. 油圧故障モード

油圧故障は液体の流れまたは圧力の変化によって引き起こされ、ポンプの動作点と密接に関係しています。

2.1 キャビテーション

キャビテーションは、ポンプの吸込側の圧力が汲み上げられた液体の飽和蒸気圧を下回ることによって引き起こされる気泡の形成と崩壊の現象です。

振動特性: 振動エネルギーが高周波領域に拡散し、ポンプ本体内で石が転がったり砕けたりするような独特のランダムな広帯域ノイズが発生します。

影響: キャビテーションはインペラの材料に深刻な孔食損傷を引き起こし、揚程と効率の急激な低下につながります。

2.2 サージと再循環

遠心ポンプが設計流量 (BEP) を下回ったり上回ったりする場合、特に低流量で作動すると、油圧の不安定性が発生することがあります。

再循環: 低流量では、液体がインペラの入口または出口で逆流して、油圧ショックを引き起こす可能性があります。

サージ: 一部の遠心ポンプまたはマルチポンプ並列システムでは、低流量運転中に圧力と流量の周期的な大きな変動が発生する可能性があります。

振動特性: 通常、回転速度の 1 倍未満の低周波振動、または広帯域の低周波エネルギーの蓄積として現れます。この振動はベアリングに周期的な衝撃荷重を加えます。

2.3 ブレードパス周波数 (BPF)

BPF は、羽根車ブレードが渦巻きカットウォーター ベーンまたはディフューザー ベーンを通過するときに流体の周期的な外乱によって引き起こされる圧力脈動です。

計算: BPF = 速度 × ブレードの数。

振動特性: 振動エネルギーは BPF とその高調波に集中します。

影響: 通常は正常な動作現象ですが、BPF 振幅が高すぎる場合は、ボリュート タングとインペラ外径の間のクリアランス (ラジアル クリアランス) が適切に設計されていないか、ひどく摩耗しているか、インペラとボリュートの間に油圧マッチングの問題があることを示します。