ウォータージェットポンプ技術を理解する

ウォータージェット ポンプを組み込んだ切断装置の購入または交換を検討している場合は、次の点を考慮する必要があります。

ポンプは機械の心臓部であり、研磨剤を使用して切断する場合、2 番目に高価な運転コストになります。 水のみの切断を使用する場合、それが操業コストの大部分を占めます。 機器への初期投資は、継続的な運用費用ほど重要ではありません。 前払いで 10 ～ 20% 節約しても、今後数年間の運用では最終的にその 10 倍の費用がかかる可能性があります。

業界では 3 つの主要なウォータージェット ポンプ技術が主流です。 最初に市場に投入されたのは、OMAX® の共同創設者であるジョン オルセン博士が 1970 年代に Flow Research Inc. に勤務していたときに発明した油圧増圧ポンプでした。 20 年後、ダイレクトドライブポンプ技術が発明され、レースが始まりました。

2008 年に、オーストラリアの Techni Waterjet Company によって電動サーボ ポンプが開発されました。 Techni Pump は現在、Quantum SPT と呼ばれています。 オーナーは機械会社を売却し、Quantum SPT と呼ばれるポンプ会社のみを保持しました。

油圧増圧ポンプ

最初に開発された油圧増圧ポンプは、機械製造業者やインテグレーターが提供する最も一般的な製品であるため、今でも最も人気があります。 これは長年にわたって機械インテグレータが利用できる唯一のポンプでした。 機械インテグレータは、既製のポンプを購入して自社の機械に組み込むことができます。 最近、いくつかの中小企業が直接駆動ポンプをインテグレーターに提供し始めましたが、その方向に進んでいる企業はまだほとんどありません。

ポンプタイプなのでとてもシンプルなデザインです。 ピストンの両端にプランジャーを備えた油圧シリンダーが、電気モーターで駆動される油圧パックによって前後に移動します。 各プランジャーは、水の入口および出口逆止弁を収容するシリンダーを通って押し込まれます。 一方のプランジャー/シリンダーが逆止弁から水を押し出すと、もう一方のプランジャー/シリンダーが水をシリンダー内に引き込みます。 油圧シリンダーの方向が逆になると、このプロセスが繰り返されます。

水は 2 つの出口ラインから収集され、減衰器に蓄積されます。 アッテネータは圧縮水にエネルギーを蓄え、各ストロークの終わりにプランジャーが逆転する間に蓄えられた水の一部を排出します。 これにより、圧力信号がよりスムーズになり、高圧の継手やコンポーネントへの影響が軽減されます。 ほとんどの油圧増圧ポンプは、毎分約 60 ～ 100 ストロークで動作します。

ダイレクトドライブポンプ

ダイレクトドライブポンプは、クランクシャフトにタイミングベルトを備えた電気モーターによって駆動されます。 クランクはシリンダー内の 3 つのプランジャーを駆動します。 各プランジャーとシリンダーの組み合わせには逆止弁があり、プランジャーのバック ストロークで水がシリンダーに流入し、水を高圧ラインに押し出します。 3 本の高圧ラインはアキュムレータに供給され、これらのラインが合流する際のパルス効果を低減します。

ダイレクトドライブポンプは約 1,400 SPM で動作するため、シール寿命に関してはあまり良い評判がありません。

電動サーボポンプ

電動サーボ ポンプは、わずか 60 ～ 100 SPM で前後にストロークするため、油圧増圧器のようなもので、シールの摩耗が比較的少なく、ユニットの両端から水が発生します。

これらの技術間の 2 つの主な違いは、電動サーボ ポンプは、プランジャーを 60 ～ 65 パーセントの効率で動かす油圧システムの代わりに電動サーボ モーターを使用するため、効率が 90 パーセントであることです。 また、ノズルが閉じているとき、電動サーボ ポンプはほとんど電力を消費しませんが、油圧増圧器は 50% の電力を使用して油圧ユニットを動作させ続けます。

電気の使用

3 種類のポンプは電力の使用方法が異なります。

油圧増圧ポンプは、油圧システムの効率が 60 ～ 65 パーセントしかないため、他の 2 つの技術と同じ水流を生成するためにより多くの電力を使用します。 50 HP ポンプは、40 HP ダイレクトドライブ ポンプまたは 30 kW 電動サーボ ポンプとほぼ同じ量の水を押し出します。 油圧増圧ポンプは、テーブルの移動中またはテーブルへの積み降ろし中にデッドヘッド状態になると、エネルギーの約 50 パーセントを使用します。 したがって、ポンプは作動油を冷却するために循環させるため、ポンプがオンになっている間ずっと電気代を支払っていることになります。

ダイレクトドライブポンプを備えた機械を始動すると、一日の終わりに機械を停止するまで、すぐに電気が使用され始めます。 これは、材料の切断、横移動、積み下ろしのいずれであっても同様です。 ポンプは継続的に全負荷を引き込みます。

電動サーボポンプは電気的に最も効率的です。 ノズルの切断時のみ電気を使用します。 横行中または積み降ろし中に行き止まりになった場合、消費するエネルギーは 5% 未満です。

以下は、業界平均の 60% のノズルオン時間を使用して、同じ水量で 1 時間の電気使用量を比較したものです。

したがって、電動サーボポンプが同じ結果を得るのに 1 時間以上かかる電力の消費量は約 30% 少なくなります。

水の使用

水の使用量を評価するときは、切削水と冷却水の両方を考慮する必要があります。

多くの場合、ポンプを冷却するために必要な水の量を減らすために冷水器を検討することが経済的に合理的です。 一部の自治体では、下水に流す水の量を制限しています。

研磨切断では、水が研磨材のキャリアとして機能します。 切断を行うのは研磨剤であるため、水の量が多ければ多いほど、より多くの研磨剤を運ぶことができ、より速く切断できます。 (もちろん、これは水流が過飽和になるまでの話で、その時点で実際には切断速度が遅くなります。)

全体として、電動サーボポンプは同じ結果を達成するのに必要な水の量が少なくなり、環境と収益にとってより良いものになります。

ポンプのメンテナンスと再構築

ポンプの再構築には費用と時間がかかる場合があります。 3 つのテクノロジーには、時間あたりの運転コスト、ポンプの再構築にかかる時間、および再構築の推奨間隔に大きな違いがあります。

油圧増圧ポンプは、高圧または超高圧 (60,000 PSI または 87 ～ 94 KSI) として利用できます。 超高圧は水のみの切断に適しており、研磨切断にも適しているとよく宣伝されています。 研磨剤を使用すると切断が 2 ～ 5% 早くなる可能性がありますが、運用コストが 2 倍になります。 ほとんどの超高圧ポンプは、コストの増加が出力増加を正当化するには高すぎるため、定格強度ではなく 75 KSI で運転されます。

60-KSI 圧力で稼働している場合、50 HP ポンプの運転コストは約 6 ～ 8 ドル/時間、100 HP ポンプの場合は 10 ～ 12 ドル/時間です。 超高圧ユニットを 87 または 94 KSI で運転すると、コストが 2 倍になる可能性があります。

ポンプに加えて、油圧システム自体のメンテナンスも考慮する必要があり、1 時間あたり 1.50 ドルから 2 ドルの費用がかかります。

油圧増圧器は、通常の条件下で 500 ～ 700 切削時間ごとに再構築する必要があります (8 時間 x 60 パーセントのデューティ サイクル = 4.8 時間、500/4.8 = 104.17 稼働日)。 再構築には 2 ～ 3 時間かかると言われています。 油圧システムのメンテナンスも必要になることに注意してください。

ダイレクトドライブポンプは常に稼働しているため、電源が入っている時間の 100% がシールの寿命を消耗します。 20、30、または 40 HP のポンプの運転コストは、1 時間あたり約 3.75 ドルから 4 ドルです。 50 馬力の料金は 1 時間あたり 5.50 ～ 6 ドルです。 デュアルポンプまたは 100-HP を使用する場合は、これらの量を 2 倍にしてください。 再構築の間隔は約 500 時間です。ただし、1,000 時間と評価されている特定のモデルがあり、そのモデルを評価の 60 KSI ではなく 55 KSI で実行している場合は除きます。 ポンプは水をノズルから排出するか排水管に送り出すため、これらは機械の稼働時間であり、切断時間ではないことに注意してください。 1 つのシフトを実行する場合、再構築の間には約 60 営業日かかるはずです (500 時間/8 時間 = 62.5 日)。

ダイレクトドライブポンプの再構築には 2 ～ 4 時間かかる場合があります。

シングル電動サーボポンプの運転コストは 1 時間あたり 2.30 ～ 2.50 ドル、デュアルポンプの場合は 1 時間あたり 4.50 ～ 5 ドルです。 エンドあたりのリビルド時間は 5 分未満と評価されています。 実際には、再構築には 1 つの端あたり 15 ～ 20 分かかります。 ポンプは 500 ～ 600 時間の切削時間ごとに再構築されると評価されているため、デューティ サイクル チャートを使用してポンプを再構築する頻度を決定する必要があります (8 時間 x 60 パーセントのデューティ サイクル = 4.8 時間、500たとえば、/4.8 = 104.17 営業日)。

死頭圧力スパイク

デッドヘッド圧力スパイクは、カッティングヘッドがトラバースまたは材料の積み下ろしのために停止したときに発生します。 カッティングヘッドがバルブを閉じると、圧力が急激に上昇します。 このスパイクは、スイベル、ライン、オン/オフ バルブなど、すべての配管やコンポーネントにストレスを引き起こします。 パーツに含まれる部品が多いほど、スパイクが運用コストに与える影響は大きくなります。 スパイクが高くなるほど、ポンプの配管への影響は悪化します。

ダイレクトドライブポンプにはデッドヘッド圧力スパイクがあり、これを判断するのは困難です。 ほとんどの機械は約 3,500 PSI で動作しますが、これはダンプ バルブのメンテナンスが不十分な場合にも影響を受ける可能性があります。

油圧増圧ポンプは、シングルポンプ構成とデュアルポンプ構成の両方で約 4,500 ～ 4,700 PSI でスパイクします。

シングル電動サーボポンプの場合は 1,000 PSI 未満でスパイクが発生し、デュアルポンプの場合は 500 PSI 未満でスパイクが発生します。

運用コストと各ポンプのメンテナンスに必要な時間を合計すると、運用に最も効率的なウォータージェット ポンプ技術を選択するのに役立ちます。

Dan Smith は、オンタリオ州バーリントン、Cedar Springs Road 4143 にある Waterjet World Inc. のオーナーです。 L7P 0P6、844-427-6381、www.waterjetworld.ca.