ポンプのキャビテーションとは何ですか?
ポンプのキャビテーションとは、ポンプ内の液体の圧力が低下し、液体が蒸発して多数の気泡が発生する現象を指します。これらの気泡は徐々に大きくなります。.
気泡が崩壊する瞬間、ポンプ内の高速流体が気泡内に衝突します。この衝撃力によりポンプが損傷し、ポンプ本体が侵食され、キャビテーションが発生し、寿命が短くなります。.
ポンプのキャビテーションはなぜ発生するのでしょうか?
ポンプの理由を理解するには キャビテーション 蒸発が起こるには、まず水の物理的性質を理解する必要があります。ご存知の通り、水と蒸気は相互に変換されます。水の温度が一定で圧力が臨界値まで下がると、水は蒸発します。この圧力は蒸気圧と呼ばれます。.
蒸発が起こると、水は蒸気と泡を放出します。このプロセスは水の蒸発と呼ばれ、この蒸発プロセスがキャビテーションの原因となります。.
ポンプのキャビテーションのプロセス
まず、ポンプ内の水にかかる圧力が低下し、水が蒸発します。この過程で大量の蒸気が発生し、水に溶解していたガスが泡を形成します。.
ポンプ内の低圧領域から高圧領域へと水とともに気泡が流れると、高圧の作用で急速に凝縮して崩壊します。このとき、高圧水は気泡が占めていた空間に急速に流れ込みます。.
すると、泡の中のガスはまだ凝縮していないため、高速の水が泡に向かって流れ込み、泡をさらに小さな泡に衝突させます。小さな泡は高圧下で凝縮を続け、崩壊していきます。.
最終的に、蒸発反応が繰り返され、流路表面やインペラ近傍の気泡が材料に強い影響を与え、深刻な場合にはハニカムキャビテーションや摩耗部品の破損に至ることもあります。気泡内の活性ガスが金属と長時間接触することで、金属を腐食させます。.
ポンプのキャビテーションの原因は何ですか?
ポンプキャビテーションアニメーション
ポンプのキャビテーションはポンプによく見られる問題です。不適切な操作がキャビテーションを引き起こすこともあります。.
キャビテーションは、ポンプ自身の耐キャビテーション能力と吸入端装置によって決まります。.
ポンプのキャビテーションの重要な原因をいくつか挙げます。.
1. モーターの回転速度が速すぎる
ポンプモーターの回転速度が速すぎると、インペラの吸入口における流量が増加します。ベルヌーイの定理によれば、回転速度が上昇すると圧力が低下します。圧力が蒸気圧の臨界値を下回ると、液体は蒸発し、最終的にポンプのキャビテーションが発生します。.
2. 吸引管の抵抗が大きすぎる
ポンプの吸入管が長すぎたり、エルボが多すぎたり、管内に詰まりがあったりすると、管内を流れる液体の圧力が低下し、ポンプ内でキャビテーションが発生する可能性があります。.
3. ポンプの設置高さが高すぎる
すべてのポンプには重要なパラメータであるNPSHがあります。ポンプが液面に対して高すぎる位置に設置されている場合、ポンプのNPSHa（有効正味吸込揚程）がNPSHr（必要正味吸込揚程）よりも低くなり、吸込圧力が低下してポンプキャビテーションが発生します。.
4. 液体の温度が高すぎる
輸送する液体の温度が高すぎると、吸入端に到達する前に少量の液体が蒸発することがあり、ポンプのキャビテーションが発生しやすくなります。.
5. 複数のポンプを並列接続
作業条件がより複雑になり、液体を輸送するために複数のポンプを並列に使用する場合、並列ポンプの構成が不均一だと、1 つのポンプの流量が小さすぎて、吸入端の圧力が低下し、ポンプのキャビテーションが発生します。.
キャビテーションの特定方法 ポンプのキャビテーションによる損傷
摩耗部品の損傷
ポンプのキャビテーションは、 摩耗部品, 摩耗部品にハニカムキャビテーションが発生し、摩耗部品が破損したり腐食したりすることがあります。.
振動
ポンプキャビテーションの脈動周波数が運転中のポンプの固有周波数に近づくと、ポンプが激しく振動する原因にもなります。.
振動が発生すると圧力計が変動します。.
ベアリング温度上昇
ポンプのキャビテーションはポンプを激しく振動させ、ベアリングの摩擦を増加させ、ベアリングの温度を上昇させます。温度計を使用してベアリング温度を測定してください。.
ベアリング温度が通常より高い場合は、キャビテーションが発生している可能性があります。.
ノイズ
ポンプのキャビテーションが発生すると、多数の気泡が崩壊し、高速水流が衝突して激しい騒音が発生します。.
キャビテーションの音は、石が金属にぶつかる音に似ており、流量に応じて音が大きくなったり小さくなったりします。.
効率の低下
ポンプのキャビテーションによって生成される大量の気泡は水の流れを妨げ、流量の低下、ポンプヘッドの不安定化、ポンプ効率の低下を引き起こします。.
流量計の値が予想値より 10% 低い場合、キャビテーションが発生していると推測できます。.
ポンプのキャビテーションを回避するにはどうすればよいでしょうか?
1. ポンプモーターの速度を下げる
ポンプパラメータテーブルに従ってモーター速度を適切な速度に調整するか、 ポンプ性能曲線 キャビテーションを効果的に回避します。.
2. パイプライン設計
吸引パイプの設計を改良し、エルボの数を減らして、常に水がより高い効率で流れるようにし、パイプ内の水の摩擦損失を減らします。.
3. ポンプを正しく設置する
各ポンプには一定のキャビテーションマージンNPSHがあります。ポンプを設置する前に、所定のパラメータに従って設置し、NPSHrがNPSHaよりも大きくなるようにする必要があります。.
4. 定期的なメンテナンス
ポンプ設置後は、ポンプメーカーが提供する操作マニュアルに従って、ベアリング温度のチェック、インペラの摩耗やポンプの振動の定期点検など、定期的なメンテナンスを実施する必要があります。.
5. 適切なポンプの選択
プロジェクトを開始する前に、 ポンプメーカー 選択したポンプがプロジェクトの想定設計に適合するようにプロジェクトを設計してください。これは、キャビテーションを防止し、発生確率を最小限に抑える最善の方法です。.
キャビテーションの種類
| キャビテーションの種類 | 原因 | 一般的なキャビテーション発生部位 |
| 蒸気キャビテーション | 液体の圧力が低下し、蒸発して泡が形成される | インペラ 入口 |
| 乱流キャビテーション | 渦巻またはポンプ内の流量が高すぎるため、圧力が低下し、気泡が発生します。. | 表面 渦巻 |
| 慣性キャビテーション | 流量が高すぎるため、ポンプに衝撃が加わり、気泡が発生します。. | インペラ |
| 渦キャビテーション | 水の流れは渦状になり、ガスがポンプに吸い込まれます | ポンプ入口 |
| 気体キャビテーション | 液体の圧力が低下し、液体に溶解したガスが泡を形成する | ケミカルポンプ |
ポンプのキャビテーションに関するよくある質問
遠心ポンプのキャビテーションとは何ですか?
1. 遠心ポンプのキャビテーションの原因
遠心ポンプは他のポンプ（容積式ポンプ）よりもキャビテーションが発生しやすい傾向があり、これは遠心ポンプの動作原理によって決まります。.
遠心ポンプの動作原理は、インペラの高速回転によって発生する遠心力によって流体を吸い込むというものです。インペラの高速回転により、インペラの周囲に負圧が発生します。ポンプ入口の流体圧力が不十分な場合、流体の一部が蒸発し、水蒸気もポンプ内に侵入します。.
水蒸気が入口からインペラへ、つまり負圧状態から高圧状態へ移動すると、気泡が破裂し、遠心ポンプが振動してポンプキャビテーションが発生します。.
2. 遠心ポンプのキャビテーションを防ぐにはどうすればいいですか?
Ⅰ. 入口圧力が低くなりすぎないように、遠心ポンプに十分なNPSHがあることを確認します。.
Ⅱ. 通常、遠心ポンプの流量が不安定な場合はキャビテーションが発生しやすいため、遠心ポンプの安定した流量を制御する必要があります。.
Ⅲ. 遠心ポンプを設置する前に、エルボが多すぎたり、パイプが狭すぎたりしないように、包括的な配管設計を行う必要があります。.
ポンプを交換するとキャビテーションは発生しますか？
キャビテーションが発生した場合、すぐにポンプを交換する必要はありません。まずはキャビテーションの真の原因を理解し、その具体的な原因を解決する必要があります。.
たとえば、ポンプの操作マニュアルや性能曲線に従ってポンプの速度を制御し、ポンプの流量や揚程を変更して、ポンプが最適な性能を維持できるようにします。.
キャビテーションによってインペラやシールなどのポンプのコア部品が侵食され、ポンプの効率が低下したり、正常に動作しなくなった場合にのみ、ポンプの交換を検討するか、ポンプ製造元のアフターセールスエンジニアに連絡して専門的なメンテナンスと修理を依頼する必要があります。.
容積式ポンプのキャビテーションとは何ですか?
容積式ポンプは遠心ポンプと動作原理が異なるため、遠心ポンプと比較すると、ポンプキャビテーションが発生しにくくなります。.
容積式ポンプの動作原理は、ポンプ内の容積、つまりプランジャーまたはピストンの往復運動を通じて流体を圧送し、ポンプ内の容積を定期的に変化させて流体を輸送する機能を実現することです。.
容積式ポンプは流量と圧力がより安定しており、ポンプの入口で大きな圧力変化を引き起こさないため、基本的にキャビテーションは発生しません。.
しかし、容積式ポンプがキャビテーションを起こさないということではありません。容積式ポンプで泡スラリーを輸送する場合、容積式ポンプが泡をより効果的に消散させることができない場合、容積式ポンプはキャビテーションを起こす可能性があります。.
