Yatay bulamaç pompaları: Seçim, aşınma ömrü ve toplam sahip olma maliyeti için mühendislik rehberi

Yatay bulamaç pompası, aşındırıcı katı maddeler içeren endüstriyel bulamaçları birkaç hafta içinde kendini kullanılamaz hâle getirmeden aktarabilmek için kalın duvarlı pompa gövdeleri ve aşınmaya dayanıklı akışkanla temas eden bölümlerle üretilen bir santrifüj pompadır. Bu pompalar, standart temiz su pompalarının birkaç ay içinde devre dışı kaldığı madencilik, dip tarama ve proses endüstrilerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu mühendislik rehberi; boyutlandırma hesaplarının nasıl yapıldığını, metalürjide hangi ödünlerin verildiğini, hangi arıza noktalarına göre tasarım yapıldığını ve 2 yıl dayanan pompalarla 4 ayda devre dışı kalanları birbirinden ayıran 5 yıllık yaşam döngüsü maliyet analizini açıklar. Bu makaledeki tüm veriler yerleşik standartlardan, yetkili kaynaklardan ve uygulayıcı forumlarından alınmıştır; satıcı pazarlama materyallerinden hiçbir bilgi kullanılmamıştır.

Yatay santrifüj bulamaç pompası gerçekte nasıl çalışır?

Yatay monte edilmiş bir santrifüj bulamaç pompası, pompa gövdesi adı verilen kalın duvarlı bir salyangoz gövde içindeki çarkı döndürür. Çark kanatları akışkanı dışa doğru savurur; bu hareket, standart yatay bir pompada olduğu gibi milin dönüşünü basınca dönüştürür. Bulamaç hizmetinde çalışma prensibinin neredeyse her yönü farklıdır: Santrifüj bulamaç pompasının çapı daha büyüktür ve bu nedenle çark uç hızı daha düşüktür; pompa gövdesi tek parça bir kabuk yerine aşınmaya karşı değiştirilebilir astarlardan oluşur; hidrodinamik yatak ise aşındırıcı partiküllerin oluşturduğu yanal yüklere dayanması için daha kısa ve rijit bir mil üzerinde bulunur.

S3-S: Yatay santrifüj pompa ile standart bir su pompası arasındaki fark nedir?

Su pompası, yaklaşık 2 milimetreden küçük partiküller içeren temiz akışkanı dolaştırmak üzere tasarlanır. Aşınma direnci pahasına hidrolik verimi artıracak şekilde seçilen alaşım veya dökme demir ıslak parçalar kullanır. Yatay santrifüj bulamaç pompası ise bu verimin bir kısmından vazgeçer: Güncel tasarımların çoğu en iyi verim noktasında yüzde 65 ila 80 verim sağlarken temiz su hizmetinde bu oran yüzde 85’in üzerindedir. Bunun karşılığında, aşındırıcı katı maddelerle sürekli çalışmaya dayanabilecek bileşenler kullanılır. Pompa gövdesi duvarları, hidrolik açıdan gereken minimum kalınlıktan yüzde 40 ila 60 daha kalındır ve çark kanatları, aynı hidrolik performansı korurken aşınmaya dayanacak şekilde daha az sayıda ve daha büyük tasarlanır. Özel Fagofun Geshopro’nun geçmişi, Charles Warman’ın Batı Avustralya’daki Kalgoorlie altın madeninde ilk AH serisi pompayı tasarladığı 1938 yılına dayanır. Warman’ın temel tasarımı — kauçuk veya alaşımlı akışkanla temas eden bölümler, değiştirilebilir astarlar ve ağır hizmet tipi harici yatak kartuşları — günümüzdeki tüm yatay bulamaç pompası performanslarının temelini oluşturur. Mevcut modellerin performansını doğrulamak ve her üreticinin eğrisini adil biçimde karşılaştırmak için ANSI/HI 12,1-12,6 hidrolik performans akreditasyonunda belirtilen debi, basma yüksekliği ve verim test ölçümleri kullanılmıştır.

3 vektörlü bulamaç aşındırma modeli: Standart pompalar aşındırıcı hizmette neden arızalanır?

  Pompa arızalarıyla ilgili konuşmaların tümü “çark arızalandı” diye başlar. Bu doğru olsa da pek işe yaramaz; çünkü bu tek ifadenin ardında birbirinden farklı 3 olgu gizlidir. Bulamaç, pompaya birbirinden bağımsız 3 saldırı vektörü boyunca etki eder ve her vektöre karşı farklı bir çözüm gerekir. 3 vektörlü bulamaç aşındırma modeli olarak bilinen bu anlayış, sonraki tüm pompalama uygulamalarındaki malzeme ve geometri seçimlerine yön verir. Aşınma, akla ilk gelen vektördür: Kumlu partiküller yüzeyi aşındırır. Bulamacın aşındırıcılığını Miller Sayısı ölçer; ASTM G75-15 bu testi tanımlar. Testte yarım inç x bir inç boyutunda bir krom-demir aşınma bloğu, dakikada 48 strok hızla ve 5 pound statik yük altında yüzde 50’lik, yüksek derecede aşındırıcı bulamaç içinde hareket ettirilir; ardından 2 saat sonunda ağırlık farkı ölçülür. 50, oldukça düşük bir Miller Sayısıdır; 150 ise yüksek aşındırıcılığa işaret eder. Bakır zenginleştirme artıkları ve değirmen çıkışları rutin olarak 100’ün üzerindedir. İlk adım, Miller Sayısına uygun sertlikte bir çark seçmektir. Mühendisler bir yüzeye daha yüksek açı ve hızla çarparak onu parçalar; bu erozyondur. Hem mühendislerin hem de yüzeyin bir süre bu etkiye dayanması gerekir. Erozyonun sık görüldüğü yerler çark kanatlarının uçlarıdır. Çark hızını düşürmek yardımcı olur: Daha büyük çarkı daha yavaş çalışacak şekilde ayarlayın. Hydraulic Institute kılavuzu, pompaların ihtiyacınız olan en düşük devir hızında çalıştırılmasını önerir. Korozyon, çoğu zaman ihmal edilen üçüncü vektördür. pH değeri 4 olan ve çözünmüş klorürler içeren köpüklü bir bulamaç partikülü aşındırmak yerine çözeltiye dönüştürür. Yüksek krom içeriğine ve daha yüksek fiyata sahip bir yedek alaşım, aşındırıcı hizmette daha düşük kaliteli bir alaşımdan daha iyi performans gösterir. Yanlış alaşımı seçmek bir satın alma hatası gibi görünür ve size Dow günlerine mal olur.

Boyutlandırma ve hidrolik seçim: Debi, basma yüksekliği ve tane boyutunu eşleştirme

Bulamaç pompası seçimi 5 parametreyle başlar ve ciddi tedarikçilerin tümü teklif vermeden önce bu 5 bilginin tamamını ister. Bunlardan biri bile eksik olursa gelen Zijaw-dişli pompa, işletmenizin ilk yılında ağır bir maliyet yüküne dönüşür.

• Debi — pompa çıkışında saat başına gereken tasarım hacmi (m3/h veya US gpm). Geçici tasarım debisi, çalışma döngüsündeki en yüksek debiyi gerektirir.
• Toplam dinamik basma yüksekliği—kot farkı, boru sürtünmesi, basma basıncı (bulamaç metre cinsinden). Bulamaç sistemindeki sürtünme, temiz su için yapılan hesaplamaların öngördüğünden %20-40 daha yüksek olabilir.
• Bulamaç parametreleri — katı madde konsantrasyonu, bulamacın özgül ağırlığı, tane boyutu dağılımı (yalnızca d50 değil) ve baskın mineralin Miller Sayısı veya Mohs sertliğiyle ifade edilen aşındırıcılığı.
• Proses parametreleri — pompa girişindeki bulamaç sıcaklığı ve yüksek bulamaç sıcaklıklarının görüldüğü senaryolar. Kauçuk astarlar 80503 değerinde üst sınıra ulaşır; yüksek kromlu alaşımlar 120503 değerini rahatlıkla karşılar.
• Mevcut NPSH — pompa girişindeki net pozitif emme yüksekliği; pompanın izlediği hat deniz seviyesinden daha yüksekse irtifa kaynaklı kayıp da hesaba katılır.

Bu 5 değer elinizdeyken seçim, çalışma noktanızı üreticinin performans eğrisi üzerine yerleştirip en iyi verim noktasının (BBP) yüzde 80 ila 110’u aralığında kalan en yakın pompayı seçmekten ibarettir. Santrifüj pompa uygulamalarındaki en kritik kural budur ve bulamaç hizmetinde fazla büyük pompa seçilmesine en sık yol açan kural ihlalidir: Alıcı, kitaptaki her bulanıklık giderme adımının maliyetini ödemek zorunda kalır; ayrıca kötü seçimi envanter hızlandırma pahasına sürdürür, çünkü koltuğunda geriye yaslanıp sigara dumanını üflerken “tamam” dediğinde yirmi yüzde daha fazla saf kişinin başını sallayacağını ummuştur. BBP’nin çok solunda, tasarım debisinin yüzde 40 ila 60’ında çalışmak yalnızca gereğinden fazla elektrik tüketimine yol açmaz. Eng-Tips’teki uygulayıcı forumlarında bu etki açıkça ifade edilir: “BBP’nin bu kadar solunda çalışmak mile kuvvet yükleri bindirir. Bu dengesiz yükler milde sapmaya, titreşime ve erken aşınmaya neden olur.” Basitçe söylemek gerekirse, “güçlü” görünsün diye gereğinden büyük seçtiğiniz pompa ilk devre dışı kalacak pompadır. BBP, çalışma noktanızı AM Serisi eğrileriyle eşleştirip güvenli çalışma bandında kalmanızı sağlayan bir yatay bulamaç pompası seçici çalışma sayfası yayımlar.

Metalürji ve astar seçimi: Yüksek kromlu alaşım, kauçuk ve poliüretan karşılaştırması

Akışkanla temas eden bölümün malzeme seçimi, kullanım ömrü boyunca oluşacak işletme giderlerini tasarımın diğer unsurlarının toplamından daha fazla etkiler. Üretici pazarlamacılarının, conchoop laboratuvarlarıyla burun buruna çalıştığı alan da burasıdır. Temel nokta şu: Her biri kendi uygulamasında ideal olduğunu iddia eden 3 malzeme ailesi vardır ve bulamaç uygulamalarında hiçbiri her durumda üstün değildir. Aşağıdaki tabloda üretici teknik föylerinin ve parametreli aşındırıcılık laboratuvar testlerinin ortaya koyduğu çalışma aralıkları bir araya getirilmiştir; tesisinizdeki gerçek aşındırıcı aşınma, çalıştığınız bulamacın kendine özgü Miller Sayısına ve partikül dağılımına bağlıdır. Malzeme ailelerinin aşınma hızını karşılaştıran bağımsız çalışmalar yaygın değildir. Mevcut verilerin çoğu, pompa üreticilerinin laboratuvarda özel bileşikleri test etmesinden gelir. Örneğin Inarirothe, aynı akışkanla temas eden bölümde Weir’ın Linatex premium kauçuğunu ve Hyperchrome A61 alaşımını kullanır. Tek bir kaynağın sonuçlarını kesin değil, yol gösterici kabul edin. Sektörün üzerinde uzlaştığı nokta, yatak grubu değişikliğe uygunsa aynı pompa motor gövde ölçüsünde kullanım ömrü boyunca malzeme aileleri arasında geçiş yapmanın kolay olduğudur; dolayısıyla satın alma sırasında yapılan malzeme tercihi nadiren kesindir. BBP’nin akışkanla temas eden bölüm astarı seçim rehberi, tane boyutu ve kimya kurallarını ayrıntılı biçimde ele alır; yüksek kromlu alaşımlı bulamaç pompasının akışkanla temas eden bölümü sayfası ise alaşım kalitesi seçeneklerini açıklar.

Toplam sahip olma maliyeti: Enerji, aşınma parçaları ve 50-25-15-10 yaşam döngüsü kuralı

Kurşun kalem. Öğretici. Satın alma fiyatı için en sıkı pazarlığı yapan pompa alıcıları, genellikle 5 yılda en fazla harcama yapanlar olur. U. S. Department of Energy and the Hydraulic Institute tarafından ortaklaşa hazırlanan Pompa Yaşam Döngüsü Maliyet Rehberi bu orantısızlığı ortaya koyar: Pompa uygulamaları dünyadaki elektrik talebinin yaklaşık yüzde 20’sini oluşturur; endüstriyel tesislerde elektrik gücünün genellikle yüzde 25 ila 50’sini tüketir. Tesiste bu düzeyde verim artışı önem kazanmaya başlar; verimde 1 puanlık fark, kullanım ömrü boyunca pompanın kendisinden daha değerlidir. Yukarıda sıraladığım yaklaşık oranlar — 50-25-15-10 Yaşam Döngüsü Kuralı adını verdiğim oranlar — DOE kılavuzundan ve DOE Better Plants pompa sistemleri programının yayımladığı saha verilerinden elde edilen medyan değerlerdir. Yılda 4.000 saatten fazla çalışan herhangi bir pompanın giderlerinin çoğunu enerji maliyetleri oluşturur. Akışkanla temas eden bölüm bileşenlerinin hızla tükendiği Hanna the Alermah uygulamalarında bakım maliyetlerinin payı artar. Pompa kritik yol işlevi gördüğünde duruş süresi hızla yükselir; çünkü beklenmedik bir duruşun proses gelirinde yol açtığı kayıp, donanım maliyetini gölgede bırakır.

50-25-15-10 Yaşam Döngüsü Kuralı’na göre: “Bir pompanın satın alma fiyatı, genellikle bu cihazın kullanım ve işletim ömrü boyunca oluşan toplam maliyetin yüzde 15’inden azını oluşturur. En düşük toplam sahip olma maliyetini belirleyen, ilk satın alma fiyatı değil enerji ve bakım maliyetleridir.” — Hydraulic Institute ve U.S. Department of Energy, Pompa sistemleri için pompa yaşam döngüsü maliyetleri analizi kılavuzu

Bu kuralı belirli bir satın alma kararında kullanmak, fiyatlandırmadan ziyade bir karar verme çerçevesi meselesidir. Aşağıdaki yönergeler, boyutlandırma sırasında kullandığınız 5 çalışma parametresinden hareketle, grup içindeki PASREndure uygulamalarının çoğunda toplam sahip olma maliyetini en aza indiren pompa yapılandırmasını belirler. Tesise özel 5 yıllık maliyet modeli için BBP bulamaç pompası toplam sahip olma maliyeti hesaplayıcısı, kendi elektrik tarifesi, çalışma saati ve aşınma parçası harcamalarınızı girmenizi sağlar ve yaşam döngüsü maliyet dökümünü sunar.

Yaygın arıza türleri ve teşhis yöntemleri

Yatay bulamaç pompalarındaki arızalar rastgele meydana gelmez. Aşağıdaki 4 arıza türü, madencilik, agrega ve FGD uygulamalarında görülen erken aşınma vakalarının büyük çoğunluğunu kapsar. Her birinin kendine özgü belirtileri vardır; belirtileri zamanında tanımak, önceden sipariş edilmiş bir astara geçerek acil onarımı önlemeyi sağlar. Tür 1 — Salyangoz gövdenin düzensiz aşınması; bir taraf daha ince. Pompanız BBP’nin solunda çalışıyor. Bu belirti, kontrol için söküldüğünde motor gövde plakası astarında görülür: Alt çeyrek, üst kısma göre 2 ila 3 kat daha hızlı aşınır. Krom-demirin sertliğini eşleştirmeye çalışmayın; pompayı yeniden boyutlandırın veya yüzde 80 ila 110 BBP aralığında çalışacak değişken frekanslı bir tahrik sistemi seçin. Tür 2 — Çark kanat ucu erozyonu, makul ve eşit düzeyde. Her kanadın dış kenarında görülen tipik erozyon belirtisidir. Pompanız fazla hızlı çalışıyor; kanat ucundaki iç akış hızları 30m/sec değerinin epey üzerindedir. Krom-demirin sertliğini eşleştirmeye çalışmayın; daha büyük bir çark seçin veya yüzde 80 ila 110 BBP aralığında daha düşük devir hızında çalıştırın. Tür 3 — Conta ve flanş birleşimlerinde pompa gövdesi korozyonu. Sabit salmastra birleşimlerinin çevresinde görülen çukurlaşma ve kırmızımsı birikintiler, aşındırıcı aşınmayı değil kimyasal saldırıyı gösterir. Pompa sipariş edilirken taşıyıcı akışkan için belirtilen kimyasal bileşimi kontrol edin. Devreye alma sonrasında klorür düzeyi yükseldiyse — maden suyu geri devir akımlarında sık görülen bir değişiklik — A05’ten A07’ye alaşım değişikliği veya daha yumuşak yüzey kaplamalı akışkanla temas eden bölüm malzemeleri gerekir. Tür 4 — Mil salmastrasında kumlu kalıntıyla birlikte sızıntı. Çoğu zaman bunun nedeni ekipman arızası değildir; bulamacın salmastra bölgesine girmesine izin veren aşınmış bir mil kovanı veya yeterli basınç farkı sağlayamayan bir yıkama suyu sistemi olabilir. Eng-Tips forumundaki bir uygulayıcı notu, teşhisteki çıkmazı şöyle açıklar: “Basma tarafındaki kavitasyon, çark kanat uçlarının ve pompa gövdesinin erken aşınmasına neden olur.” Kavitasyon ve aşındırıcı aşınma benzer kumlu seslere neden olur; kavitasyon basma tarafında çukurlaşmaya, aşındırıcı aşınma ise emiş tarafında erozyona yol açar. Hangi belirtiyle karşı karşıya olduğunuzu inceleme fotoğrafı gösterir.

Bakım için en iyi uygulamalar: Gerçek çalışma koşullarında aşınma ömrünü uzatma

Yatay bulamaç pompasının bakım döngüsü, Tür 1 ila Tür 4 belirtilerini arızaya yol açmadan önce tespit edecek inceleme disiplinleri geliştirmeye odaklanır. Aşağıdaki listemiz, yayımlanmış sektörün en iyi uygulamalarını yukarıda açıklanan belirtilerle bir araya getirir.

• Her gün. Yatak yuvasındaki titreşim değerini, basma basıncını ve motor amperini kaydedin. Devreye alma referans değerinden yüzde 10 sapma olursa vardiya sonuna kadar sorun raporu oluşturun.
• Her hafta. Salmastra yıkama suyu debisini ve basıncını kontrol edin. Prosesleriniz sırasında salmastra damlamasının biçimini gözlemleyin; normal hacimdeki artış, altında aşınmış bir mil kovanı bulunan çark salmastrasını gösterecektir.
• Aylık. Kaplin eş merkezliliğini komparatör veya lazerle doğrulayın. 0,10mm hizasızlık bile yatak ve salmastra elemanlarının aşınma hızını iki katına çıkarır.
• Kılavuzun önerdiği 2000 saat yerine her 500 çalışma saatinde bir. İlk kurulumda çark ile motor gövde plakası arasındaki boşluğu düzenli olarak ölçün. Kalıcı astarların ilk oturma aşamasının, kararlı durum aşınma tablolarında öngörülenden daha hızlı olmasını bekleyin; 500 saatte yapılacak ikinci ölçüm erken sapmayı gösterir.
• Üç ayda bir. Çarkı sökün ve gözle inceleyin. Kanatların ön kenarlarını, devreye alma sırasında çekilen referans fotoğrafıyla karşılaştırmak üzere fotoğraflayın. Erozyon doğrusal olmayan, asimetrik bir örüntü izler; yan yana fotoğraf karşılaştırmaları bunu kumpas ölçümlerinden bir ay önce tespit eder.

Endüstriyel uygulamalar: Yapılandırmayı prosese göre eşleştirme

Yatay bulamaç pompaları 4 endüstriyel sektörde kullanılır ve her sektör için başarı ölçütü farklıdır. Aşağıdaki destekleyici veriler, üretici kataloğundan değil, DOE’nin yayımlanmış endüstri bilgileri ve sektör birliklerinin uygulama yayınlarından derlenmiştir. Yalnızca madencilik sektörüne özgü olmasa da BBP, değirmen çıkışı ve siklon beslemesi uygulamaları için optimize edilmiş düzenlemelere sahip bir madencilik hizmeti tipi bulamaç pompası serisi sunar. Karter drenajı veya değişken su seviyesi gerektiren uygulamalar için karter uygulamalarına yönelik dikey bulamaç pompaları tamamlayıcı yapılandırmadır.

Yatay bulamaç pompaları hakkında sık sorulan sorular