シンプルなエアレーションポンプ設計によりメンテナンスの必要性が軽減

マイク・サントラ著 | 2023 年 5 月 22 日

特に厄介な汚水用途では、シンプルなポンプ設計とメンテナンスの軽減がポンプ ユーザーに好まれる場合があります。

南アフリカのある下水処理施設の運営者も同様で、数週間ごとに、同社が管理する施設のいずれかで下水ポンプの取り外し、分解、清掃を行うよう呼び出されていた。

曝気ポンプは廃水処理ダムに浮かび、廃水がさらに処理される前に汚水の化学分解が確実に起こるようにします。 ポンプは、水が酸素を豊富に含んだ状態を保ち、嫌気性分解ではなく好気性分解が行われるようにします。嫌気性分解では通常、メタンなどの揮発性有毒ガスが発生します。

採用されていたポンプ設計は、出力が 5 kW ～ 10 kW の標準的な垂直軸ポンプ設計でした。

しかし、ベスコナイト材料が導入される前は、ベアリングの設計は複雑で故障しやすかったです。

メインシャフトベアリングの設計は、両側にカーボンメカニカルシールを備えたボールベアリングで構成されており、ボールベアリングはシステムに圧力供給されるオイルによって潤滑されるため、オイルの圧力はどちらの側でも水の圧力より高くなります。カーボンシールの側面について、Vesconite Bearings エンジニアの Pertrus Fourie 氏は次のように述べています。

主な問題は、カーボンシールが天然の研磨水に含まれる汚れや汚れを取り込み、侵食してしまうことでした。 そうするとシールが壊れて廃水がボールベアリングに入ります。

「ボールベアリングを扱ったことのある人なら誰でも、ボールベアリングと水は友達ではないことを知っているでしょう」とフーリー氏は説明します。

「近くに水がかかると、特に研磨水の場合は非常に早く腐食します」と彼は言います。

この問題により、ボールベアリングの故障によりポンプが固着したり停止したりする結果となり、その結果、エアレーターポンプ会社はポンプのメンテナンスのために 2 ～ 3 週間ごとに呼ばれることになりました。

メンテナンスには廃水からポンプを取り出す必要がありました。 それを開く。 内部に閉じ込められたすべての水分と汚れを除去します。 そしてボールベアリングの交換です。

その後、エアレーション ポンプ会社は解決策を求めて Vesconite Bearings にアプローチし、Vesconite Bearings とポンプの相手先商標製品製造業者 (OEM) は、適切で効果的な設計が最終決定されるまでに何度か設計を繰り返しました。

最初の設計では、ボール ベアリング、2 つのカーボン シール、および潤滑システムを既存のハウジング内の膨らみのない耐摩耗性の Vesconite Hilube ブッシュに置き換えることが含まれていました。

この設計は、スラスト ベアリングとラジアル ガイド ベアリングを組み合わせたもので、メイン シャフト ベアリングとスラスト ベアリングを組み合わせたもので、アキシアル走行面とラジアル走行面の両方を備えています。

「私たちは、基本的にシャフト上のステップがフランジ上に位置するフランジベアリング設計を提案しました」とフーリー氏は述べています。

「垂直シャフトは、垂直方向の力、つまり軸方向の力を吸収するためにフランジの上に置かれ、その後、横方向の力、つまり半径方向の力を吸収するブッシュができます。」と彼は言います。

「最初からすべり軸受を使用するポンプでは、別個のスラストワッシャーまたはウェアリングとメインシャフトベアリングが必要です」とフーリー氏は指摘します。

「しかし、ここでは 2 つの部品をハイブリッド化しました」と彼は言い、ボール ベアリングが軸方向の力を吸収するため、Vesconite Bearings は軸方向の力を受けるプレーン ブッシュも設計したと指摘しました。

しかし、最初の設計は、OEM 会社の作業場にある汚れた水を使用したテストベンチでのテストでは不十分であることが判明しました。

ポンプを通過した水はフランジ面に到達せず、その結果、その特定の面が漏洩して溶解する結果となりました。

「私はポンプ会社に、水を流すことができるようにフランジ面にいくつかの溝を切るよう提案しました」とフーリー氏は述べています。

「私はまた、シャフトにステンレス鋼のカラーを追加することを提案しました。これにより、軸方向の力がかかる面積が増加します。」と彼は言い、面積を増やすと圧力が減少し、全体的な圧力が減少するだろうと付け加えました。ベアリングに負荷がかかるため、過熱する可能性が低くなります。

この 2 番目の設計はよりうまく機能しましたが、汚れた水のせいで軸方向の面でいくつかの溝が詰まり、再びベアリングが過熱するという結果になりました。

Fourie はさらに設計を変更し、ポンプ OEM が軸受材料を、超低摩擦と極度の耐摩耗性で知られる Vesconite Bearings の最高級軸受材料である Vesconite Superlube に切り替えることを提案しました。

彼の設計には、追加の溝、溝のサイズの拡大、ベアリングを通る水の流れを増やすためにベアリングの軸方向面に置かれるステンレス鋼のフランジを通る穴も含まれていました。

3 回目の設計反復は魅力的であることが証明され、南アフリカの下水会社はポンプの性能に満足しています。

最新のベアリング設計で設置されたポンプは 2023 年 10 月に設置されてからもまだ稼働しているため、正確な寿命の改善はまだ定量化されていません。

その他の利点としては、ベスコナイト スーパールーブの導入前は水質に応じて 4 ～ 6 週間ごとに行われていたオイル潤滑が削減されたことが挙げられますが、現在はベスコナイト スーパールーブを使用する場合は 4 ～ 6 か月で行われています、と下水処理会社の運営は述べています。同取締役は、同社が Vesconite Superlube アプリケーションの最終的な許容可能なメンテナンス スケジュールをまだ決定中であると付け加えました。

さらに、Vesconite Bearings のソリューションにより、カーボン シールとボール ベアリングが不要になり、システムの複雑さが大幅に軽減され、問題の領域が減り、同時にコンポーネント数の削減によりベアリング システムが安価になりました。

この下水処理会社の運営責任者は、Vesconite Superlube ソリューションのコストは、交換されたベアリングとシールのコストの 3 分の 2 であり、ダウンタイム、人件費、およびサービスコストが削減されるため、エンドユーザーにとってはさらに節約できると見積もっていると述べています。

同社はベアリングの寿命を延ばし、ランニングコストを削減しました。 同社はまた、以前の設計に存在していたカーボンシールやボールベアリングを交換するよりもプレーンブッシュを交換する方が簡単であるため、メンテナンスが容易であると述べています。

「汚れがたまる場所がはるかに少なくなったので、エンジニアの仕事は少しは面倒でなくなりました」とフーリー氏は言います。

Vesconite の最高のベアリング素材である Vesconite Superlube は、非常に摩耗性が高く、汚れた水を特徴とするこの用途のようなニッチな用途向けに作られたニッチな製品です。

バージン PTFE よりも低いこの材料の低摩擦は、材料の低い摩耗率に直接比例します。

「摩擦が低いことには、熱の発生が少ないという利点もあります」とフーリー氏は説明します。

「過熱する傾向があり、摩耗が速すぎるアプリケーションがある場合、発熱が少なく、摩耗が少ないため、Vesconite Superlube が理想的な代替品です。」と彼は付け加えました。

ベスコナイトベアリングwww.vesconite.com