キャビテーションは、遠心ポンプ ユニットで頻繁に発生する有害な状態です。キャビテーションにより、ポンプの効率が低下し、振動や騒音が発生し、ポンプのインペラ、ポンプ ハウジング、シャフト、その他の内部部品に重大な損傷が生じる可能性があります。キャビテーションは、ポンプ内の流体の圧力が蒸発圧力を下回ると発生し、低圧領域で蒸気泡が発生します。これらの蒸気泡は、高圧領域に入ると激しく崩壊または「破裂」します。これにより、ポンプ内部に機械的損傷が生じ、侵食や腐食を受けやすい弱点が生じ、ポンプの性能が低下します。

キャビテーションを軽減するための戦略を理解し、実施することは、機械の運用の完全性と耐用年数を維持するために重要です。 スプリットケーシングポンプ .

ポンプのキャビテーションの種類

ポンプのキャビテーションを軽減または防止するには、発生する可能性のあるさまざまなタイプのキャビテーションを理解することが重要です。これらのタイプには次のものがあります。

1. 気化キャビテーション。これは「クラシックキャビテーション」または「正味正吸引水頭（NPSHA）キャビテーション」とも呼ばれ、最も一般的なタイプのキャビテーションです。 分割ケーシング ポンプは、インペラの吸引穴を通過する流体の速度を増大させます。速度の増大は、流体圧力の低下に相当します。圧力低下により、流体の一部が沸騰 (蒸発) して蒸気泡を形成し、高圧領域に到達すると激しく崩壊して小さな衝撃波が発生します。

2. 乱流キャビテーション。配管システム内のエルボ、バルブ、フィルターなどのコンポーネントが、ポンプで送液する液体の量や性質に適していない場合、液体全体に渦、乱流、圧力差が発生する可能性があります。これらの現象がポンプの入口で発生すると、ポンプの内部を直接侵食したり、液体を蒸発させたりする可能性があります。

3. ブレード症候群キャビテーション。「ブレード パス症候群」とも呼ばれるこのタイプのキャビテーションは、インペラの直径が大きすぎる場合、またはポンプ ハウジングの内部コーティングが厚すぎる/ポンプ ハウジングの内径が小さすぎる場合に発生します。これらの条件のいずれかまたは両方により、ポンプ ハウジング内のスペース (クリアランス) が許容レベル以下に減少します。ポンプ ハウジング内のクリアランスが減少すると、流体の流量が増加し、圧力が低下します。圧力低下により流体が蒸発し、キャビテーション バブルが発生する可能性があります。

4. 内部再循環キャビテーション。センタースプリットポンプが必要な流量で流体を排出できない場合、流体の一部または全部がインペラの周囲で再循環します。再循環流体は低圧領域と高圧領域を通過し、熱と高速が発生し、気化泡が形成されます。内部再循環の一般的な原因は、ポンプ出口バルブを閉じた状態でポンプを稼働させることです (または低流量で稼働させることです)。

5. 空気混入キャビテーション。故障したバルブや緩んだ継手からポンプに空気が引き込まれることがあります。ポンプ内に入ると、空気は流体とともに移動します。流体と空気の動きによって泡が形成され、ポンプのインペラの圧力が上昇すると「爆発」します。

キャビテーションに寄与する要因 - NPSH、NPSHa、NPSHr

NPSH は、スプリット ケーシング ポンプのキャビテーションを防止するための重要な要素です。NPSH は、ポンプ入口で測定された実際の吸引圧力と流体の蒸気圧の差です。ポンプ内で流体が蒸発するのを防ぐには、NPSH 値を高くする必要があります。

NPSHa は、ポンプの動作条件下での実際の NPSH です。正味正圧必要吸引ヘッド (NPSHr) は、キャビテーションを回避するためにポンプ製造元が指定した最小 NPSH です。NPSHa は、ポンプの吸引配管、設置、および動作の詳細の関数です。NPSHr はポンプの設計の関数であり、その値はポンプのテストによって決定されます。NPSHr はテスト条件下での利用可能なヘッドを表し、通常はキャビテーションを検出するためにポンプ ヘッド (または多段ポンプの第 3 段インペラ ヘッド) の XNUMX% の低下として測定されます。キャビテーションを回避するには、NPSHa が常に NPSHr よりも大きくなければなりません。

キャビテーションを減らす戦略 - キャビテーションを防ぐためにNPSHAを増やす

キャビテーションを回避するには、NPSHr よりも NPSHa の方が大きいことを確認することが重要です。これは次の方法で実現できます。

1. スプリット ケーシング ポンプの高さを、吸入リザーバ/サンプに対して下げます。吸入リザーバ/サンプ内の液体のレベルを上げるか、ポンプを低く取り付けます。これにより、ポンプ入口の NPSHa が増加します。

2. 吸入配管の直径を大きくします。これにより、一定流量での流体の速度が低下し、配管および継手における吸入ヘッド損失が減少します。

2. 継手によるヘッド損失を減らします。ポンプの吸入ラインのジョイントの数を減らします。長半径エルボ、フルボアバルブ、テーパーレデューサーなどの継手を使用して、継手による吸入ヘッド損失を減らします。

3. 遠心ポンプではキャビテーションが発生することが多いため、可能な限りポンプの吸込ラインにスクリーンやフィルターを設置しないでください。避けられない場合は、ポンプの吸込ラインのスクリーンやフィルターを定期的に点検し、清掃してください。

5. ポンプで送られた流体を冷却して蒸気圧を下げます。

キャビテーションを防ぐためのNPSHマージンを理解する

NPSH マージンとは、NPSHa と NPSHr の差です。NPSH マージンが大きいほど、動作条件の変動により NPSHa が通常の動作レベルを下回ることを防ぐ安全係数が提供されるため、キャビテーションのリスクが軽減されます。NPSH マージンに影響する要因には、流体の特性、ポンプ速度、および吸引条件などがあります。

最小ポンプ流量の維持

遠心ポンプが指定された最小流量を超えて動作していることを確認することは、キャビテーションを減らすために重要です。スプリットケースポンプを最適な流量範囲（許容動作領域）未満で動作させると、キャビテーションを引き起こす可能性のある低圧領域が発生する可能性が高くなります。

キャビテーションを減らすためのインペラ設計の考慮事項

インペラの設計は、遠心ポンプがキ​​ャビテーションを起こしやすいかどうかに重要な役割を果たします。ブレードの数が少なく、インペラが大きいほど、流体の加速が少なくなる傾向があり、キャビテーションのリスクが減ります。さらに、入口直径が大きいインペラやテーパーブレードのインペラは、流体の流れをよりスムーズに管理し、乱流や気泡の形成を最小限に抑えます。キャビテーションによる損傷に強い材料を使用すると、インペラとポンプの寿命を延ばすことができます。

キャビテーション防止装置の使用

フロー調整アクセサリやキャビテーション抑制ライナーなどのキャビテーション防止装置は、キャビテーションを軽減するのに効果的です。これらの装置は、インペラ周囲の流体力学を制御して安定した流れを提供し、キャビテーションの原因となる乱流や低圧領域を減らすことで機能します。

キャビテーション防止における適切なポンプサイズの重要性

適切なポンプ タイプを選択し、特定の用途に適したサイズを指定することは、キャビテーションを防止するために重要です。大きすぎるポンプは、低流量では効率的に動作しない可能性があり、キャビテーションのリスクが高まります。一方、小さすぎるポンプは、流量要件を満たすためにより多くの作業が必要になる可能性があり、これもキャビテーションの可能性を高めます。適切なポンプを選択するには、最大、通常、最小の流量要件、流体特性、システム レイアウトを詳細に分析して、ポンプが指定された動作範囲内で動作するようにする必要があります。正確なサイズ設定により、キャビテーションが防止され、ポンプの寿命全体にわたって効率と信頼性が向上します。