ポンプのキャビテーションを軽減する対策
ポンプのキャビテーションを軽減する対策
キャビテーションはポンプ操作でよく見られる問題で、重大な損傷を引き起こし、性能を低下させる可能性があります。キャビテーションは、液体の圧力が蒸気圧を下回ると発生し、蒸気泡が形成されて崩壊します。このプロセスにより、局所的に強い力が生じ、ポンプの部品が侵食され、効率が低下し、メンテナンス コストが増加する可能性があります。幸いなことに、ポンプのキャビテーションを最小限に抑える、または排除するために、さまざまな戦略を採用できます。この記事では、キャビテーションの原因を探り、それを防ぐための実用的な対策について説明します。
1. キャビテーションを理解する
キャビテーションは主にポンプ内の圧力低下によって発生します。液体がポンプに入ると、インペラを通って加速します。圧力が液体の蒸気圧を下回ると、蒸気泡が発生します。これらの泡は圧力の高い領域に移動すると崩壊し、ポンプの表面を損傷する大きな衝撃力を生み出します。
キャビテーションの一般的な兆候は次のとおりです。
過度のノイズ（多くの場合、「パチパチ」または「ポップ」音として表現されます）。
ポンプの効率と流量が低下します。
振動が増加しました。
インペラまたはケーシングにピットなどの目に見える損傷がある。
2. キャビテーションの緩和対策
キャビテーションを防ぐには、低圧領域、流体の高温、ポンプの設計不良など、キャビテーションの根本的な原因に対処する必要があります。以下は、キャビテーションを軽減するための主な対策です。
2.1. 正味吸引ヘッド（NPSH）の増加
正味正吸引ヘッド (NPSH) は、ポンプの設計と操作において重要なパラメータです。十分な NPSH を確保することで、液体が蒸気圧に達するのを防ぐことができます。
NPSHを増やすためのアクション:
下部吸引リフト:
ポンプと液体源の間の垂直距離を最小限に抑えて、吸引揚程を減らします。
吸引パイプの直径を大きくする:
パイプが大きいほど摩擦損失が減り、ポンプの入口でより高い圧力が維持されます。
吸入配管を短くする:
圧力降下を減らすために、吸引パイプの長さを最小限に抑えます。
急な曲がりや継ぎ目を避けてください:
乱流と圧力損失を減らすために、吸入配管を滑らかに曲げ、継手を少なく設計します。
適切な水没状態を維持する:
空気の混入を防ぐために、ポンプの入口が水面下にあることを確認してください。
2.2. ポンプの動作条件を最適化する
ポンプを最高効率点 (ベップ) に近い条件で動作させると、キャビテーションが発生する可能性を減らすことができます。
推奨事項:
ポンプを極端な流量（高すぎたり低すぎたり）で稼働させないでください。
可変周波数ドライブ (蛍光表示管) を使用して、システムの需要に応じてポンプの速度を調整します。
過負荷や負荷不足を避けるために、ポンプがアプリケーションに対して適切なサイズであることを確認してください。
2.3. 流体温度の制御
流体の温度が高いと液体の蒸気圧が低下し、キャビテーションが発生しやすくなります。
戦略:
可能であれば、流体の温度を下げてください。
一定の流体温度を維持するために、冷却システムまたは熱交換器を使用します。
2.4. ポンプとシステム設計の改善
設計の改善により、流体の流れがスムーズになり、圧力降下が軽減されるため、キャビテーションを大幅に軽減できます。
設計対策:
適切なインペラを選択してください:
圧力降下を減らすには、入口速度が低いインペラやインデューサブレードなどの最適化された設計のインペラを使用します。
ダブルサクションポンプを使用する:
二重吸引設計により油圧のバランスが保たれ、吸引速度が低下します。
エアセパレーターを取り付ける:
エアセパレーターは混入したガスを除去し、キャビテーションの原因となるのを防ぎます。
2.5. 定期的なメンテナンスを実行する
適切なメンテナンスにより、ポンプとシステムが最適な状態に保たれ、キャビテーションのリスクが最小限に抑えられます。
メンテナンスタスク:
吸引ラインに詰まりや障害物がないか確認してください。
シールやインペラなどの摩耗または損傷した部品を点検し、交換します。
ポンプとモーターの適切な位置合わせを確認します。
システムの圧力と流量を定期的に監視します。
2.6. キャビテーション防止装置を使用する
キャビテーションが発生しやすいシステムの場合、特殊な機器がその影響を軽減するのに役立ちます。
例:
キャビテーションサプレッサー:
圧力変動を抑えるためにポンプの入口に設置される装置。
圧力リリーフバルブ:
これらのバルブは、流量を調節することで過剰な吸引圧力を防ぎます。
誘導剤:
インデューサーは、NPSH を高めるためにメインインペラの前に設置された小型の軸流インペラです。
3. ケーススタディ: 実践的な応用
事例1: 産業用冷却システム
問題：高温の流体と長い吸入配管により、キャビテーションが頻繁に発生しました。
解決：流体温度を下げるために熱交換器を設置し、吸入管の直径を大きくしました。
結果：キャビテーションを排除し、ポンプの信頼性を向上しました。
事例2: 市営水道
問題：多段ポンプの高吸引揚程による NPSH 不足。
解決：水源に対するポンプの位置を下げ、誘導装置を追加しました。
結果：騒音と振動が低減され、ポンプの寿命が延びます。
4. 結論
キャビテーションはポンプの性能と寿命に重大な影響を与える可能性がありますが、適切な設計、操作、メンテナンスを行うことで、その影響を最小限に抑えたり、排除したりすることができます。NPSH の増加、動作条件の最適化、流体温度の制御、システム設計の改善などの対策に重点を置くことで、ポンプ オペレーターは信頼性が高く効率的な動作を確保できます。予防策に投資すると、パフォーマンスが向上するだけでなく、メンテナンス コストとダウンタイムも削減されるため、どのポンプ システムにとっても価値のある取り組みになります。
