効率的で効果的なポンプシステムの設計
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Ed Butts、PE
効率的なポンプシステムの設計は、最も効率的なポンプをデューティまたはシステムヘッドの条件に一致させるか、可変周波数駆動または制御弁を使用して可変要求に適合させることをはるかに超えています。
これらは出発点に過ぎない。 今日の世界では、十分に確立され、同様に新しい設計規則および指針と結合されるデザイナーおよび取付人に利用できる機械および電気機器の無数はポンプ植物の最も重要な要素の有効で、有効なポンプ施設管理の設計を二つにする。
今月は、ポンプやポンプステーションの設計に関する過去のアイデアと、ほぼすべてのポンプ用途について設計者が考慮すべき現在のルール変更規
効率的で効果的なシステムを定義する: その単一の単語は、異なる人々のために異なる意味を持っていますが、言葉はこれまで上昇し、エネルギーコストと今日の世界よりも多くの妥当性と価値を持っていたことはありません。
典型的な営業担当者にとって、効率は、彼らの製品があなたのお金の少ないために何かをより多く提供することを説得することを意味します。 エンジニアにとって、効率とは、仕事や製品の結果が最小限の労力で、したがってコストであるかどうかにかかわらず、ある種の最終的な結果を生成す
効率とは、基本的には、理論的な結果とタスク、努力、またはプロセスの実際の結果の違いです。 井戸事業では、効率は通常、電気的、機械的、または化学的効率に適用され、各タイプを改善する方法があります。
水システム設計者は、効率に加えて、設計が効果的であることを確認する必要があります。 これは単に、ポンプシステムが効率的に水を供給するだけでなく、適切な流れと圧力で、つまり効果的に水を供給する必要があることを意味します。
ポンプシステムの場合、その有効性は常に、所定の期間にわたって供給するのに必要な水の速度または量を決定することから始まります。 これは、水システムの平均的な毎日の需要のための24時間以上、またはピーク需要のためのわずか20分にすることができます。
明らかにそれは少し利点を提供し、あなたの顧客を知らせなければならなければより少ない慰め、彼らが1000のGPMを必要とするとき可能な高性能で750のgpmを提供する新しいポンプ-システム。 または、彼らの灌漑システムは、クライアントが1.75時間で90エーカー以上の水を提供できるシステムを要求したときに、2時間で50エーカー以上の水を12インチ
効率は本当に何を意味するのですか？
辞書は、”無駄や労力を最小限に抑えて効果を生み出すように作用する、または入力に対する出力の高い比率を示す”と効率的に定義しています。”この定義の両方の部分は、各部分が異なる用途を持っているにもかかわらず、明らかに井戸業界に適用されます。
私たちの設計とアプリケーションの目標は、最高レベルの運用効率を持つシステムを開発することですが、多くの場合、これらの改善を多くのレベルで達成していますが、システムに配置する改善、合理化、または強化された設計にかかわらず、プロセスや努力において常に効率が失われることを覚えておくことが重要です。
特定の機械やプロセスの効率性の向上の多くは、顧客の需要や政府の介入や規制に直接関連している可能性があります。
例えば、新しい基準につながる議会の行動からの促しにより、エネルギーに関連する改訂された米国のコードは、新規および改装された建物のためのエネル これは、建物が現在の米国のエネルギー使用量のほぼ40％、電力消費量の65％、および水使用量の10％をわずかに占めるため、特に重要です。
米国では建物が主なエネルギー使用源であるため、建物がより高い効率基準を満たすようにするためには、これらの新しいコードを遵守することが 建物を建設する際に、より効率的な方法と材料を以前に使用すると、建物の寿命にわたって総エネルギー使用を削減するために改装が必要な場合、後
商業および住宅の両方の建物のエネルギーコード、ならびに他のタイプのエネルギー使用法が新たに追加されました。
電気モーターが電力の最大の単一消費グループを占めていることを認識し、魅力的なリベートプログラムを含む新しい規制が採用され、古い効率の低いモーターを新しい効率の高いモーターに換装しました。 これらの新しいモーターは健康なポンプおよび増圧ポンプの塗布の直接適用があることができる。
新しい電動機で行うことができる改善以外にも、一見マイナーなシステムやコンポーネントの改善もあります。 これらの改善は、多くの場合、重要ではないか無意味であるほど軽微であるように見える可能性があります。 しかし、ユニットの寿命や年間の営業時間を考慮すると、投資自体の初期コストをはるかに上回るエネルギーコストの節約に容易に追加できます。
システムやポンププラントの効率を向上させることは、通常、電気エネルギーの節約に直接結びついていますが、エネルギーを節約して効率を上げる これらの方法は以下の通りである。
運転方法またはシステム方法
- オフピークまたは負荷放出期間中に運転するポンププラントを選択します。 これらの期間は、通常、早朝または深夜の時間帯に、他の時間帯よりも低いエネルギー消費コストを提供する可能性があります。 貯蔵所の盛り土の塗布では、これは比較的低い消費と期間の間に貯蔵所を補充することを可能にしこうして頭部を排出するかもしれません。
- インラインスロットルバルブを使用すると、ほとんどの場合、水の脱落に有利です。 このプロセスの使用は含まれる特定のポンプユニットおよびシステムのために確認されなければならないが下げられた流動度へのポンプの排出のインラインスロットリング弁は通常源に戻って水を再循環させるか、または別の方法で水を無駄にするより大きい省エネを提供する—この貴重な資源を節約することに加えて。 決してポンプの吸引の側面の絞る弁を使用しないで下さい。
- データを追跡するために良質および正確な圧力計および流量計を常に使用して下さい。 これは非常に簡単なように見えるかもしれませんが、正確で効果的なデータ収集プロセスを開発し、維持するには、正確なデータだけでなく、一貫して正確 データ収集の方法のバリエーションや不正確さは、誤った仮定や決定に簡単につながる可能性があります。
- 非ポンピングエネルギー損失を考慮し、考慮する。 繰り返しになりますが、ポンプステーション内の照明、暖房、冷却、または利用変圧器など、重要ではなく無関係な機能に関連するエネルギー損失は、何度も しかし、これらの損失が連続的な照明や加熱のように発生すると、エネルギー損失が極端になり、ポンピング目的のために他のエネルギーコストを歪ませる可能性があります。
ポンプ効率の向上
- 青銅、磁器およびステンレス鋼のような低い油圧摩擦のポンプ部品の使用によりポンプ自体およびこうしてより低いポンプ費用内のより低い抗 インペラーの道で終わるc-10/C-20/C-30磨かれた指定しなさい。
- 羽根の下または埋め戻し、渦巻舌のトリミング、動的バランス、羽根車の外縁の留め継ぎ、羽根車の研磨など、羽根車または渦巻に対するあまり知られていないトリックは、馬力を節約する効率を一または二点上げることができます。
- ポンプを最高効率点(BEP)または最高効率窓(BEW)内でできるだけ近くで動作させるように選択します。
- 必要以上に大きな吸排気配管を使用することにより、配管を改善します。 ティー、ellsおよび限られた配管を可能な限り除去し、最も低い摩擦要因の配管材料を、鋼鉄上のポリ塩化ビニールまたはセメントが並ぶ延性がある鉄のよ
- ポンプの排出ラインの制御、隔離、または逆止弁を変更しても、長期的な配当を支払うことができます。 弁のサイズ、流動度および義務によって、角度またはワイパターンタイプの制御弁のインライン制御弁の標準的な地球様式を変えることは操作の間に 場所の分離のために厳しく使用される弁のためにインライン妨害が付いている弁よりもむしろ十分に開いた港弁のタイプを使用して（弾力性のあ
- 羽根車や渦巻形、またはボウルアセンブリ全体に高性能コーティングを使用すると、羽根車へのディスク摩擦が低くなり、省エネルギーになります。 Scotchkote134（SK134）の融合の担保付きのエポキシのようなコーティングは適用するために段階ごとのbetween500-$800の間で要することができますが、二から四ポイント多 300フィートのTDHで1000のGPMのために設計されているポンプ単位でこれは4つまでのブレーキ馬力の馬力節約で起因できる。 操作の年ごとの4000時間で、これは単独で最初の年の$1200以上の省エネで起因できる。
- 新しい深井戸ポンプユニットまたは交換用深井戸ポンプユニットの設計時には、水中タービンユニットと垂直タービンユニットの間のボウルとモー 水中ポンプシステムの設備投資は、ほぼ常に同等の大きさの垂直タービンユニットよりも小さいが、ボウルとモータの複合効率は、多くの場合、垂直タービ 例えば、300フィートのTDHで1000のGPMのために設計されていてポンプ植物と時間毎のポンプ費用の相違は$1に達することができる。時間あたり30または4000時間あたり$5200（50％）の営業期間。 さらに、縦のタービン単位の耐用年数は頻繁に低速、モーター熱および入手の可能性による浸水許容より大きいです。 明らかに、これらの比率は常に適用されないので、設計者はこれらの要因をケースバイケースで評価する必要があります。
- 垂直タービンポンプの場合は、パフォーマンスを最適化するために、少なくとも年に一度はボウルの設定を確認してください。 セミオープンインペラーの場合は、アンプまたはパワーメーターを使用してボウル調整を最適化します。
電動機およびドライバ
- モーター用: ワイヤサイズの増加、電圧の最適化、コンデンサによる力率の向上、優れた効率モーターの使用、クリーンでクールな動作環境の提供、および特定の負荷に対するモーターの馬力の定格解除は、電気的変更だけでポンププラントの効率を最大5%向上させることができます。
- すべてのドライバ（ギアドライブを含む）：メーカー推奨の周波数と間隔でオイルを交換し、グリースを追加/交換します。 製造業者の指針に基づいてオイルおよびグリースの重量および粘着性を使用して下さい。 油溜りを埋め過ぎず、運転中に低レベルと高レベルの間で油レベルを維持しないでください。 水冷ギヤドライブおよび水冷ジャケット冷却エンジンの場合：水冷ループの動作と最小流量を確認します。 オイルが所定のレベルに冷却していることを確認するためにギヤドライブ/エンジンの実用温度を点検して下さい。
- スタンバイエンジンの場合：最低でも定期的な運動と年間の運転試験を行います。 運転時間に関係なく、最低でも年に一度オイルを交換してください。 品質を維持するために貯蔵された燃料を回転させるか、または使用する。 必要であれば、長い貯蔵間隔にワックスを掛けることを防ぐのに反ワックスを掛ける質か添加物が付いているディーゼル燃料を使用しなさい。 バッテリートリクルチャージャー、ジャケットヒーター、予熱、グロープラグ（該当する場合）の適切な機能でエンジンの準備を確認します。 主なエンジンのため:オイルおよび点火プラグ(ガス)を製造業者推薦された営業時間に取り替えて下さい;指針として頑丈なサービスを使用して下さい。 均一なシリンダ機能を確認するために、隔年の圧縮とタイミングを行います。
- ドライブラインの場合:アライメントとグリースUジョイントをメーカー推奨間隔で確認してください。 ベルトドライブ用: ベルトの張力および均一ベルトの塗布を少なくとも年に一度確認して下さい。 複数のVベルトを単一の蛇行ベルトまたはコグベルトに交換することを検討してください。
可変周波数駆動および制御弁
可変速度または周波数駆動（VFDs）および圧力変調弁は、省エネルギーおよびシステム効率の向上のための好ましい方法 しかし、それらには欠点や制限がないわけではないため、設計者は可能な限り最高の効率を提供し、ポンプシステムの寿命を延ばすために特定の機 これらには、次のものが含まれます:
- ほとんどの電子機器と同様に、Vfdは熱を気にしません。 だけでなく、単位の生命は苦しむが、作動効率はまた。 これらの理由から、適切な換気および冷却が観察されなければならない。
- 水中モーターやモーターとドライブの間に長いケーブルがある他のモーター（50フィート以上）で使用すると、反射波電圧として知られる状態が発生する可能性があ これは単に、モータの絶縁が定格されている数百倍の値でモータから跳ね返された戻されたレベルの電圧にドライブがさらされる可能性があることを意味します。 整流器のようなさまざまな保護装置がこれらの条件を否定するのに使用され、長いケーブルのオフセットが付いているすべての取付けで実行される
- VFDをサイジングするときは、馬力だけでなく、ユニットが動作するために必要な実際のアンペア数を考慮してください。 水中モーターは同等の馬力の標準モーターよりも高い電流を流すので、馬力のサイジングはより高い電流に十分な予備能力を提供しないかもしれません。 多くの場合、単位サイズを1つ増やすと、この可能性から保護できます。 これは改装の取付けの共通の問題である。
- 垂直中空軸または標準水平モータ上のものなどの特定のタイプの設置は、ベアリング内の課された電圧のグランドループまたはアークになる可能性があ この発生から保護するために様々な方法が存在するが、最も信頼性の高い方法は、ドライブとモータの効果的かつ完全な接地および接着を含む。
- 新規または改造のVFDアプリケーションでは、減速が選択したポンプ曲線と一致し、省エネルギーが減速速度で適用されることを確認します。 急なポンプカーブはインライン圧力制御弁の使用よりVFDsと使用されたとき一般により保証され、好ましいです。 インライン圧力制御弁が平らなカーブが付いているポンプに加えられるとき馬力が流動度の相応の低下に落ちがちであるので減らされた流動度のエ
ポンプ設計ソフトウェアの使用
コンピュータモデリング技術が改善され、私たちの日常生活に働き続けるにつれて、ポンプ選択プログラムの使用を検討する必要性も高まっています。 私の計算によって、現在5つの一般的なポンプ選択ソフトウェア選択および無数の製造業者の選択プログラムがある。
私はカタログからポンプを選択し、メーカーの曲線を使用することになると、常にカットと乾燥ウールの古いタイマーでしたが、選択プログラムの私の使用は、特に今、私は可変流量とヘッド条件を持つより多くのポンプシステムを設計していることを、過去十年にわたって大幅に増加しています。
宣伝するつもりはありませんが、Engineered Software Inc.が開発したPumpFloソフトウェアに非常に満足しており、協力しています。 私は何年も前にバージョンIで始まり、今バージョンXで動作し、このソフトウェアは、容量とヘッドの設計条件を入力するか、直接特定のポンプモデルを参照することにより、様々なポンプの選択を可能にする方法に満足しています。
他にも優れたポンプ選択ソフトウェアプログラムがたくさんあることは知っていますが、私はそれが私のために働くときに何かに固執することを好む恐竜の一人です（これは私が40年間結婚しているのと同じ理由です！).
異なるメーカーのポンプの比較を可能にするプログラムに加えて、事実上すべてのポンプメーカーが独自の選択プログラムを持っているか、PumpFlo、PumpCALC、PumpBaseなどのポンプセレクションソフトウェアの一部となっている。 ほとんどの選択プログラムは効率および馬力引くことの適切な変更と共に異なったトリムおよび段階の多速度の評価、効率および馬力比較、ポンプカーブの限定および選択、きちんと水ポンプ施設管理を設計することの重大な変数各自を可能にする。
このタイプの機能性は井戸ポンプの選択をスピードをあげるだけでなく、異なったモデルおよびブランドの正確さそして比較と助け、コンピュータ生成されたプリントアウトおよびカーブは私がかつて手で作り出したタイプよりよく見る。 ポンプ選択ソフトウェアの使用はおそらく国内井戸ポンプと同様に有効、必要ではないが、私は心をこめてより大きい浸水許容および縦のタービン井戸
ユニットまたはコンポーネント対 システム効率
効率の流行語がますます頻繁に私たちの毎日の作業生活に忍び寄るように、私たちは、水システム設計者として、クライアントの重要な運用コストを節約するだけでなく、世界の限られた天然資源を節約する方法として、より少ないエネルギーのためにより多くの作業を絞ることの重要性を認識しなければなりません。
私たちがこの取り組みを支援できる多くの方法の一つは、システムとコンポーネントの両方の効率を評価し、改善することです。
システム効率は、全体的な効率と運用コストの最も明白で明白な要因であり、私たちが一般的に最も懸念しているものです。 水システムの方言では、それは一般的にワイヤ対水またはポンププラント効率と呼ばれています。 それは、一緒に、最終的な植物の効率を作成する全体のシステム内の個々の損失で構成される純効率である。
一方、単位効率は、構成要素効率とも呼ばれ、より大きなグループ化されたシステム内の特定の要素または個々の要素の相対効率です。 それはポンプ、運転者、または伝達効率、またはインペラー内の内部油圧損失または多段式縦のタービンポンプの1つの段階の軸受け摩擦のような全面的な単位内の単一の部品の効率であることができる各々は全面的なボールの効率の別の部分である。
多くの人がシステム効率が唯一の重要な要素だと思っていますが、私は同意しません。 多くの例では、単位または構成の効率の増加改善を使用してはるかに費用効果が大きいそして全体のシステムの卸し売り変更である場合もある。 これは私がポンプ効率を高める方法としてインペラーの埋め戻し、磨くこと、またはボールのライニングのような低価格しかし有効な方法を使用して
ここに別の例があります: 標準的な効率の電動機からの100馬力、1800のRPMの優れた効率に変えることはおよそ93%から94.5%に満載の効率を高める。 フルロード状態では、この増分改善は最大1.27kWを節約し、年間3000の運転時間を掛けた場合、3820kW/hrの電力節約になります。kW/hrあたりkW0.15で、これは年間operating573の運用コストの潜在的な節約になります。
このタイプの節約は50BHP（ブレーキ馬力）の負荷で75%のボールの効率から83%まで改善が6.42BHPまで救うことができるボールの改装とまた可能である。
これらの実証済みの省エネを実証しても、多くの場合、特に灌漑環境では、部品の交換よりもシステム全体の交換またはアップグレードのコストを投 ユニットまたはコンポーネントの個々の効率をテストして評価し、これらの特定の要素の交換または修理を推奨することは、システム全体の交換よりも
あなたはまだビジネスと販売を生成するだけでなく、最終的には顧客にいくつかの本当のお金を節約する可能性が高い満足度を持っています。
結論
電力コストが毎年上昇し続けるにつれて、ポンプシステムの各項目の効率を十分に考慮する必要性も上昇し続けるでしょう。 このコラムの目的は、私たちの世界で効率がどれほど重要になったかを思い出させることです。 同時に、ポンプシステムの有効性を維持しながら、ほんの少しの考えでそれを改善する方法があります。
どんなに些細なことに見えても、すべての可能性を考慮してください。
来月まで、安全でスマートな仕事。
エド-バッツ、PEは、4B Engineering&Consulting、セーラム、オレゴン州のチーフエンジニアです。 彼は工学および経営管理を専門にする井戸ビジネスで40年間以上の経験があります。 彼はで到達することができます[email protected]