見直し

Christopher Brennenの定義によると、次のように述べています。この現象はキャビテーションと呼ばれます。ある点での局所的な流体圧力が所与の周囲温度での飽和圧力に対応する値を下回ると、流体は別の状態に入り、主にキャビテーション気泡と呼ばれる相ボイドを形成する。キャビテーション気泡の他の可能な形成は、局所的なエネルギー供給を通して可能である。これは強いレーザーパルスを集束させること（光キャビテーション）または放電火花によって達成することができます。」

多くの資料では、この現象の物理学は次のように説明されています。キャビテーションの物理的過程は液体を沸騰させる過程に近い。それらの間の主な違いは、沸騰すると、液体の相状態の変化が飽和蒸気圧に等しい圧力を超える平均液体体積で起こるのに対して、キャビテーション中は平均液体圧力が飽和蒸気圧より高く、圧力降下が局所的であるという事実にある。

しかしながら、より最近の研究は、キャビテーション中の気泡の形成における主導的役割が、気泡の形成中に放出されるガスによって果たされることを示した。これらの気体は常に液体中に含まれており、局所的な圧力の低下時に、指示された気泡の内側に激しく沈殿し始めます。

液体の可変局所圧力の影響下では、気泡は急激に収縮および膨張する可能性があるので、気泡内の気体の温度は大きく変動し、摂氏数百度に達する可能性がある。気泡内部の温度は摂氏1500度に達する可能性があると推定されています。液体に溶解しているガスは空気よりもパーセントで酸素を多く含んでいるので、キャビテーション中の気泡中のガスは大気よりも化学的に攻撃的であることも考慮に入れるべきです。

有害な影響

キャビテーションの影響による損傷（ポンプの一部）

プロペラのキャビテーションによる損傷

やはり高温である気泡内のガスの化学的攻撃性は、キャビテーションを発生させる液体が接触する材料の侵食を引き起こす。この浸食はキャビテーションの悪影響の要因の一つです。第二の要因は、気泡の崩壊から生じ、これらの材料の表面に作用する大きな圧力キャストによるものである。

従って、キャビテーションは多くの場合望ましくない。例えば、船舶のプロペラ、ポンプの作動体、ハイドロタービンなどの破壊を引き起こし、キャビテーションは騒音、振動および運航効率の低下を招きます。

キャビテーション気泡が崩壊すると、流体のエネルギーはごく少量に集中します。このようにして、高温の場所が形成され、衝撃波が発生し、それが騒音源となる。キャビテーションによって発生する騒音は、潜水艦（潜水艦）にとっては特に問題となります。なぜなら、それらは検知できるからです。洞窟が破壊されると、大量のエネルギーが放出され、それがダメージを与える可能性があります。実験は、酸素に対して化学的に不活性な物質（金、ガラスなど）でさえ、はるかに遅いが、キャビテーションの有害で破壊的な影響にさらされることを示した。これは、気泡内のガスの化学的攻撃性の要因に加えて、気泡の崩壊から生じる圧力サージの要因も重要であることを証明している。キャビテーションは作動部品の高い磨耗につながり、スクリューとポンプの寿命を著しく縮める可能性があります。計測学において、超音波流量計を使用するとき、キャビテーション気泡は流量計によって放出された波を変調し、それはその読みの歪みをもたらす。

キャビテーションの有用な応用

キャビテーションは、固体表面の超音波洗浄に使用されます。特別な装置は液体中の音波を使ってキャビテーションを作ります。キャビテーション気泡は、それらが崩壊すると、汚れの粒子を破壊するかまたはそれらを表面から分離する衝撃波を発生させる。これは、生産工程として洗浄を必要とする多くの工業的および商業的プロセスにおいて健康に有害であり有害である洗浄剤の必要性を減らす。

工業的には、キャビテーションは、コロイド状液体組成物、例えば塗料またはミルクの混合物中の懸濁粒子を均質化（混合）および移動するためにしばしば使用される。多くの工業用ミキサーはこの原理に基づいています。これは通常、水力タービンの設計によって、または狭い入口とはるかに大きな出力を有する環状オリフィスを通って混合物を通過させることによって達成される。液体がより大きな体積に向かう傾向があるので圧力の強制低下はキャビテーションをもたらす。この方法は、注入口のサイズを制御する油圧装置によって制御できます。これにより、さまざまな環境で作業のプロセスを調整できます。キャビテーション気泡が反対方向に移動して内破（内部爆発）を引き起こす混合弁の外側は、非常に大きな圧力を受け、ステンレス鋼、ステライト、さらには多結晶ダイヤモンド（PCD）などの頑丈なまたは硬い材料でできていることが多い。

キャビテーション浄水装置も開発されており、そこではキャビテーションの境界条件が汚染物質および有機分子を破壊する可能性がある。音響化学反応の結果として放出された光のスペクトル分析は、エネルギー移動の化学的およびプラズマの基本的メカニズムを明らかにする。キャビテーション気泡によって放出された光は、ソノルミネッセンスと呼ばれます。

キャビテーションプロセスは、液体中にある固形物を粉砕するために使用される高い破壊力を持っています。そのような方法の用途の１つは、重質燃料中の固体含有物の粉砕であり、これはその燃焼のカロリー含有量を増加させるためにボイラー燃料を処理するために使用される。

キャビテーション装置は炭化水素燃料の粘性を下げ、それが必要な加熱を減らし、燃料噴霧の分散を増す。

キャビテーション装置は、水 - 燃料油および水 - 燃料エマルジョンおよび混合物を作り出すために使用され、それらはしばしば、燃焼効率または浸水燃料の利用効率を改善するために使用される。

生物医学への応用

キャビテーションは、砕石術の衝撃波による腎臓や尿管の結石の破壊に重要な役割を果たします。 Lithotripterは切開手術なしで尿生殖路の石を破壊するように設計された装置です。

現在、キャビテーションを用いて高分子を生体細胞に移動させることもできることが研究によって示されている（ソノポレーション）。

流体媒体中の超音波の通過によって作り出されるキャビテーションは、濃い臓器の組織の無血切除のための手術器具の操作に使用されます（CUSAを参照）。

キャビテーションはまた、歯の超音波洗浄、歯石および色素性プラークの破壊（「喫煙者の接触」）、ならびに美容学のために歯科でも使用されている。

ベーンポンプとプロペラ

液体と動きの速い固体物体（ポンプ、タービン、船舶のプロペラ、水中翼などの作業体）との接触点では、局所的な圧力変化が発生します。ある点での圧力が飽和蒸気圧を下回ると、媒体の完全性が損なわれます。あるいは、もっと簡単に言えば、液体は沸騰します。次に、液体がより高い圧力の領域に入ると、蒸気の泡が「崩壊」します。これにはノイズが伴います。また、非常に高い圧力の微小領域の出現（泡の壁が衝突するとき）。これは固体物の表面を破壊することになります。彼らは一種の「外食」です。減圧領域が十分に広い場合、キャビテーションキャビティ、すなわち蒸気で満たされたキャビティが現れる。結果として、羽根の通常の運転は妨害され、ポンプ運転の完全な中断さえも可能である。好奇心旺盛ですが、キャビテーションキャビティがポンプの計算時に特別に配置されている例があります。キャビテーションを回避することが不可能である場合には、この解決策は、ポンプの作動要素に対するキャビテーションの破壊的な影響を回避することを可能にします。安定したキャビテーションキャビティが観察される領域は、「スーパーキャビテーション領域」と呼ばれます。

ベーンポンプ吸込側のキャビテーション

原則として、キャビテーションゾーンは、液体がポンプブレードと出会う吸引ゾーンの近くで観察されます。キャビテーションの発生確率は高い

ポンプへの入口圧力が低い。
液体に対する作業体の移動速度が速い。
固体周囲の流体の流れが不均一になる（ブレードの迎え角が大きい、キンクがある、表面の凹凸など）

遠心ポンプインペラーシールのキャビテーション

古典を持っている遠心ポンプ高圧領域からの流体の一部は、インペラとポンプケーシングとの間の間隙を通って低圧領域へと通過する。ポンプが吐出圧力を増加させる方向に設計モードから大きく逸脱して動作すると、インペラとハウジングとの間のシールを通る漏れの流量が増加する（吸込キャビティと吐出キャビティとの間の圧力降下の増加により）。シール内の流体の高速度により、キャビテーション現象が発生する可能性があり、これはインペラおよびポンプケーシングの破壊を招く可能性がある。一般に、家庭用および工業用の場合、ポンプのインペラ内のキャビテーションは、加熱システムまたは給水システム内の圧力の急激な低下、たとえばパイプ、ヒーターまたはラジエーターが破損したときに可能です。ポンプインペラの領域で急激に圧力が低下すると、真空が形成され、水は低圧で沸騰し始める。この場合、圧力は急激に低下します。キャビテーションモードでは、ポンプのインペラが侵食され、ポンプが故障します。

エンジン内のキャビテーション

いくつかの大型ディーゼルエンジンは、高圧縮と小さいシリンダ壁のためにキャビテーションを被る。その結果、シリンダ壁に穴が形成され、それによって冷却剤がエンジンシリンダに流れ込む。冷却剤に化学添加剤を使用してシリンダ壁に保護層を形成することによって、望ましくない影響を防ぐことが可能です。この層は同じキャビテーションを受けることになるが、それはそれ自身で回復することができる。

維管束植物

水ポテンシャルが非常に大きくなり、水に溶解した空気が膨張して植物の細胞または血管の要素である毛細血管を満たすようになると、木部維管束植物においてキャビテーションが生じる。通常、植物は根圧の助けを借りて、例えばキャビテーションの木部を矯正することができるが、ブドウ畑のような他の植物の場合、キャビテーションはしばしば死に至る。キャビテーションノイズが木の中にはっきりと聞こえます。秋には、温度が下がると、いくつかの植物種の毛細血管に気泡ができ、それによって葉が落ちます。

予防

機械部品のキャビテーションによる悪影響を防止する最善の方法は、キャビティの形成を防止したり、部品の表面近くでこれらのキャビティを破壊したりしないように設計を変更することです。設計を変更することが不可能である場合、例えばコバルト基合金のガス溶射などの保護コーティングを施すことができる。

おそらくポンプに関する問題の主な原因はキャビテーションです。物理的には、この現象は液体中には常にある程度の量の溶解ガスが存在するという事実によって説明される。流体がその中を移動すると、希薄帯が生じることがあります。その結果、気泡が目立ちます。流れとともにより高い圧力の領域に入ると、気泡は崩壊し、インペラ、カタツムリなどの表面を破壊するエネルギーを放出します（図1）。
図 1. 1年間の運転後の蝸牛のキャビテーション。
このエネルギーはまた衝撃波を発生させ、それが羽根車、シャフト、シール、ベアリングに広がる振動を引き起こし、それらの摩耗を増大させる。キャビテーションの発生はさまざまな理由によるものであり（表1）、どのタイプのキャビテーションも重要な水力学および水力学の規則を無視しているためです。

各ポンプは、西側のポンプ会社によって示されるキャビテーション予備量ΔhTrの値によって特徴付けられる。 NPSHR。これは、ポンプに入る流体に対して、流体自体の状態が維持される最小圧力です。公称値のΔhtrの値と、流量/圧力へのΔhtrの依存曲線は、ポンプの製造元に提供するために必要です。

ステーションへのポンプは、許容キャビテーション予備力Δhextra（またはNPSHA）によって作業領域（ポンプと給水システムの重なり特性によって決定される）に位置するように選択、設置、結ばなければならず、その値はΔhtrより大きくなる（NPSHA\u003e NPSHR）

言い換えれば、Δｈａｄｄ - はポンプ入口での液体の位置エネルギーΔｈａｄｄ＝Ｈａ＋Ｈｓ－Ｈｖｐ－Ｈｆ－Ｈｉであり、ここでＨａは大気圧（海抜１０ｍの水柱）である。Ｈｓ - 液体の自由表面とポンプ軸との間のレベルの差、ｍと定義される静的ヘッド（正または負）。Ｈｖｐ - 温度に応じた、ポンピングされた液体の蒸気圧、ｍ。Ｈ f - サクションラインにおける摩擦損失、ｍ。Ｈｉ - ネックとポンプインペラヘッドとの間の空間における損失（未知の場合、０．６ｍに等しいと見なすことができる）。

一例です。 Δhmp = 7.0 mのポンプでは、幾何学的な吸引高さH o（図2）を決定する必要があります。

テーブルを計算すると、損失が出ます。ポンプの入り口では、H i = 0.6 m。吸引ライン内の摩擦Ｈ f ＝０．３ｍ。バルブ上ではＨｖ＝０．１ｍである。コンフューザH上で= 0.1 m。飽和蒸気圧Ｈｖｐ＝０．２ｍＨ０の値は、マイナス符号を付けてＨｓに等しい。

所望のＨ 0を得るために、３つの方程式系を適用する。
ΔｈＳＳ＝１．１ ΔｈＴＰ、（４．１）ここで、１．１はポンプの動作条件に応じて取られる安全率１．１〜１．５である。
水位はポンプ軸に対して負であるので、Λ＝＝Ｈｓ、（４．２）である。
ΔhSS = H a + H s - H vp - H - - H v - H f - H i（4.3）
ここから、Ｈ０＝ - （１，１Δｈｔｒ－Ｈａ＋Ｈｖｐ＋Ｈ〜＋Ｈｖ＋Ｈｆ＋Ｈｉ）または
Ｈ０＝ - （１．１×７．０−１０＋０．２＋０．１＋０．１＋０．３＋０．６）＝ - （ - １．０）＝１ｍ。

必要なキャビテーションマージンΔｈ TPは通常、ポンプ製造業者によって提供された特性から計算される。 ΔhTP曲線は、ゼロフィードの点から始まり、増加とともにゆっくり増加します。流量が最大ポンプ効率の点を超えると、ΔhTP曲線は指数関数的に劇的に増加します。最大効率の点の右側のゾーンは通常キャビテーションの危険があります。キャビテーションマージンは、機械的な観点からは制御不可能であり、オペレータはポンプ場（特に彼がポンプの特性に精通していない場合）金属音とクリック音ですでに発達したキャビテーションを拾います。残念ながら、キャビテーションを観察し防止することを可能にする装置は市場には少なすぎる。ポンプの吸い込み側にある圧力センサーは、圧力が特定のユニットの許容値を下回ったときにアラームをトリガーしますが、どこでも使用できます。

多くのオペレータは、音がバルブを覆った後に消えることを知っています。しかし、それによって飼料およびキャビテーションが減少し、生産工程または給水／廃水処理の技術的パラメータを達成することは不可能である。キャビテーションを適切に除去するためには、原則を使用しなければなりません。ポンプの入口よりもポンプの出口よりも常に液体が多い必要があります。これを実現する簡単な方法は次のとおりです。
- 吸引ノズルの直径をもっと大きいものと交換します。
- ポンプを供給タンクの近くに、ただし吸込管の直径5〜10以下に動かします。
- 吸込管内の抵抗を下げ、その材料を粗さの少ないもの、ゲート弁を有するゲート弁と交換し、これは局部的損失が少ないことを特徴とし、逆止弁を取り除く。
- サクションパイプに曲がりがある場合は、曲がりの数を減らし、（または）大きな曲がり半径の小さな吹出し口を同じ平面内に配置します（硬い管を柔軟な管と交換するのが正しい場合があります）。
- ポンプの軸を下げるか、またはブースターポンプを使用して、供給タンク内のレベルを上げて、ポンプの吸込側の圧力を上げます。

概説された方法はどんな専門家にでも単純で理解しやすいです、しかし。権威あるプロジェクト組織によって行われた最近のプロジェクトを検討していて、1,400 m 3 / hの流速を持つポンプが直径400 mm、圧力300 mm、吸込み側から300 mmのバルブを装備していることを発見しました。「堅実なヨーロッパの会社によって製造されたポンプは、古典的な規則に反して実行することはできません：サクションパイプはプレッシャーヘッドより大きくなければなりません！」

図間違った結束ポンプポンプの例。吸引ノズルの直径は加圧ヘッドよりも小さいです。

ノズルの直径は同じ300 mmです。ポンプ会社を導くものは推測するのは難しくありません。この飼料に適した吸引ノズルØ400またはØ500を使用すると、蝸牛のサイズと価格が上昇します。しかし、設計者がポンプ入口での受信速度を5.5 m / s、ポンプの背後で3.1 m / sと計算した場合、顧客はポンプを放棄するように納得させることができます。

2番目の例

ポンプ場では、乾式水平設備のユニットが受入タンクの水位より2.8 m上に取り付けられています。公称パラメータ：Q = 3500 m 3 / h、H = 26 m、Δhtr（NPSHR）= 7.7 m。ポンプはキャビテーションを起こしています。実際には、これらはQ = 3900 m 3 / h、H = 24 mのところで動作します。ここで、Δhtr（NPSHR）= 8.6 mです。ポンプ場の性能範囲は6,000〜10,000 m3 / hです。

問題を解決する：

この節の式（4.3）を使って、Δhdop（NPSHA）= 5.8mを計算します。ここから∆hdop<1,1∆hтр=8,5м, что недопустимо, В фактической же точке работы, где разность 1,1∆hтр-∆hдоп=1,1х8,6=3,7 –условия еще жестче.

キャビテーションのゾーンで仕事からポンプを引き出すための2つのオプションを考えます：
- 調整可能なバルブで圧力ラインを絞る。
- 吸入側の圧力を上げて、ブースターポンプの収納部に取り付けます。

オプション1（調整弁付き）
Q-HおよびQ-Δhtポンプの特性を分析すると、Q = 2000 m 3 / hであり、Δht= 3.8 mです。<∆hдоп. Подбираем регулирующий клапан, способный поддерживать давление в напорной линии каждого насоса на уровне 3,5 бар, что соответствует единичной подаче 2000 м 3 /ч. Строим графики совместной работы трех насосов с тремя клапанами и трубопроводов (рис 4). Три насоса справляются с минимальным притоком 6000 м 3 /ч.

オプション2（ブースターポンプ付き）
これまでの計算から、ポンプの負圧側の圧力不足は3.7 mであることがわかりますが、高さが小さい場合に最も簡単に取り付けられ、大容量に適しているのは、軸または対角インペラ付きポンプです（図4.5）。このようなユニットは、排出カラムに直接取り付けられています（この場合は開いています）。公称パラメータQ = 3000 m 3 / h、H = 5.5 m、効率= 83％のポンプを選択します。私達は1組の直列接続されたポンプ（図6）と3組の直列並列接続されたポンプ（図7）の動作特性を水路と共に構築します。

図4.調整可能なバルブを備えた3つのポンプ（またはコームごとに1つのバルブ）と給水管の共同作業スケジュール。

1,2,3-グラフィックス1、2、3並列ポンプ。 1つ、2つおよび3つのポンプがそれぞれ作動するとき3.5バールのシステムの圧力を維持する4、5、6スケジュール、調整なしで水本管の7つの特性。

図 5水中設置型ポンプ1。乾式設置ポンプ2を支えます。

軸流ブースタユニットがカラムを水で満たして流出する可能性があると、既存のポンプの始動が遅れる。
特性分析は以下のことを示しています。
ブースターユニット（図6）の動作範囲における供給量は、既存のものよりも高く、後者のための安定したヘッドを提供しました。

図 6一貫して接続されたポンプと水路の作業スケジュール

1 - 特徴ポンプドライインストール2 - 一貫運転ポンプの2ジョイント特性3 - 水道本管の特徴。

2対の並列運転ポンプ（図7）の作動点は、Q = 7200 m 3 / h、H = 30 mに相当し、両ユニットの最適ゾーンにあります。

図 7.直列に接続された3組のポンプと水道本管の並列運転のスケジュール

1、2、3対の直列接続されたポンプの1,2,3スケジュール、それぞれ導管の4特性。
現時点での乾式設置の既存ポンプの必要キャビテーション予備量Δhtr= 6m
利用可能なキャビテーション埋蔵量の公式（4,3）を計算してください。
∆hdop = 10 + 2,0-0,2-0,2-0,1-0,3-0,6 = 10,6 m
したがって、∆hdop = 10.6\u003e 1.1 ∆htr = 6.6m
キャビテーションの心配はありません。

オプションのエネルギーコストはブースターポンプの使用において明らかに有利であり、それらの金銭的な差（2081 272ルーブル）は単位当たりの購入価格と同程度です。
さらに、減圧バルブを設置しても問題は解消されません。
従って、吸込管内に空気が存在すると、ポンプの作動が不安定になる。
ベアリングユニットとシールの寿命を短くします（2000 m3 / chachの給油時、ポンプはQmin限界で動作しますが、軸方向と半径方向の力が増加します）。
したがって、キャビテーションを除去するための手段の実現可能性および有効性を評価することが可能である。

参考文献：
Bachus L、Custodio A.遠心ポンプの知識と理解
Elsevier、オックスフォード、2003年。

ベレジンＳ．
CJSC上下水道、モスクワ、ロシア

「キャビテーション」という用語はラテン語に由来します - カビタス （うつ病、陥凹、空洞）。
この用語は、液体中のいくつかの条件下で起こる物理的過程を表すのに用いられ、そして多数の泡（ボイド、キャビティ）の形成および崩壊を伴う。

キャビテーションは、その起源によって2つのサブタイプに分けることができます。流体力学と音響です。
次に、流体力学的キャビテーションにはさらに2つのサブクラスがあります。それらを静的および動的と呼びましょう。

物理的および化学的性質のプロセスとしてキャビテーションとは何ですか？
キャビテーションの影響で水からの塩の沈殿が促進されたため、NVB-25ポンプのインペラが詰まりました。

P（気圧）	T°C
0.01	6.7
0.02	17.2
0.04	28.6
0.1	45.4
0.2	59.7
0.3	68.7
0.4	75.4
0.5	80.9
0.6	85.5
0.7	89.5
0.8	93
0.9	96.2
1	99.1
1.033	100

自然界の水は、不純物のない均質で純粋な環境ではありません。すべての液体は、十分に大量の不純物、主に大気ガスを含む溶液です。水中の大気から酸素の約2倍の窒素が溶解します。

つまり、約1リットルの二酸化炭素が20リットルの温度で1リットルの水に溶け、0℃で3回溶けます。
もっと、1995 ml。 0℃で1リットル H 2 O 解散することができます：彼は - 10 ml H 2 S - 4630 ml。

圧力の増加はガスの溶解度の増加を伴う。

例えば、２５気圧では、二酸化炭素ガスは１リットルで１６．３リットルで、そして５３気圧で２６．９リットルで溶解する。タンクを一晩水で放置すると、壁に気泡が発生します。さらにはっきりとそして素早くそれはソーダのガラスの中で見ることができます。水を沸騰させる過程で、ガスと水蒸気による気泡の形成も見られます。

ある意味でのキャビテーション（熱） - 同じ沸騰プロセスは、温度の上昇によって引き起こされるだけではありません。
（これもキャビテーション形成の要因の１つであるが）液体上の高温と低圧の２つの要因の組み合わせでは、キャビテーションの過程が起こり、そこでは液体が気体 - 水混合物に入る。

ガラス瓶から真空ポンプで空気を排気する - 室温でキャビテーションを「沸騰させる」というプロセスがあります。

説明されている効果のビデオデモンストレーション。

これは特に重要で、ほとんどの場合吸引ポンプシステムに見られます。インペラまたはスクリューは吸引ライン内に真空を作り出し、それは、入口での流体の不足（通路の狭まり、パイプラインの過剰なターン数など）の場合に、流体のキャビテーション沸騰のための条件を作り出す。

顧客はよく質問をします。なぜ高温流体を吸い込まないのですか。答えは表面にあります - サクションパイプ内の圧力が減少すると、水の大部分は次の集合状態、いわゆると呼ばれる状態に入ります。一般的なウォーターポンプでは持ち上げることができない、水とガスの混合物（つまり、キャビテーション沸騰水）。
気体を含む溶液は通常の条件下で平衡状態にある。液体内の圧力は気体の飽和蒸気圧より大きく、システムは安定しています。このような場合、このバランスがシステム内で乱され、キャビテーション気泡の形成が起こります。
静的システムにおけるキャビテーションの形成の場合を考察する。

ほとんどの場合、キャビテーションは、狭くなっている場合には、ポンプの圧力ライン上にある領域に形成されます。
すなわち収縮後の液圧は低下します（ベルヌーイの法則によると）。損失と運動エネルギーが増加します。
蒸気圧は流体中の内圧よりも高くなり、気泡／空洞を形成する。狭い部分（わずかに開いたシャッター、局所的な狭窄など）を通過した後、流速が低下し、圧力が上昇し、ガスや蒸気の気泡が崩壊します。さらに、同時に放出されるエネルギーは非常に非常に高く、その結果として（特にそれが壁上に位置する気泡内で発生する場合）、マイクロ油圧衝撃が発生し、壁を損傷することになる。あなたが対策を講じなければ、同時に、プロセスはポンプ部品の壁の完全な破壊に達するでしょう。ポンプとパイプの振動と騒音の増大 - キャビテーションの最初の兆候

油圧システムの主な弱点は、狭窄点、流体の流量の急激な変化（バルブ、タップ、ゲートバルブ）、およびポンプインペラです。表面粗さが増すとそれらはより脆弱になる。

システム設計段階でのポンプキャビテーションストックの計算

システムの十分なキャビテーション予備量を計算するためには、計算する必要があります。
H - ポンプとその性能、吸引の高さのために、これらの条件で可能な最大値。
どこで
Hf - 水柱のメートル単位でのサクションライン（m.st.st.）の損失
Hv - 動作温度における飽和液体蒸気の圧力（m）
Hs - 設計者による信頼性マージン - 0.5 m.st.、
Pb - 液体より上の圧力 - 開放系では、この大気圧はおよそ10.2 m.stに等しい。（ Pb * 10.2)
ポンプ特性 NPSH （正味吸込ヘッド）は、ポンプの吸込口で測定され、最大ポンプ容量での特定の汲み上げ液体の飽和蒸気圧に対して調整された吸込高さを意味する。

すなわち式の物理的な意味 H = Pb * 10.2 - NPSH - Hf - Hv - Hs ポンプの最大動作パラメータにおいて、その吸引ノズル内の真空が動作温度での液体の飽和蒸気の圧力を超えないようにすることである。このシステムは、キャビテーションの発生しない操作に必要なサポートを提供します。

キャビテーションの可能性を減らすための他の方法は、ここでも明らかです。
- サクションの直径をより大きくする - 損失を減らす（ Hf),
- ポンプを液体吸入口の近くに移動する - 損失を減らす（ Hf),
- より滑らかなパイプを入れ、回転数、バルブ数、バルブ数を減らし、損失を減らす Hf),
- ポンプの高さを変更するかブースターポンプ装置を使用して吸引時の真空度を下げる - Pb),
- 液体の温度を下げる - （ Hv),
- ポンプの性能を下げ、回転数を減らします - NPSH).
これらの対策はすべて、ポンプ内のキャビテーションの可能性を減らすことを目的としており、ポンプの長期的かつ安全な運転をもたらします。

高温の液体をポンピングするとき、または吸引高さが許容できるよりも高いときのいずれかに、大気圧の低い条件下でポンピングシステムを動作させる結果として、特徴的な振動、パチパチ音、ヒスなどのポンプ内部の騒音を伴い、配管内でキャビテーションが発生し、作業の急速な悪化を招く。車輪。

ポンピングされた作動流体では、パイプラインのいくつかの部分で、流れの圧力が臨界的な圧力まで低下することがあり、それによって液体によって放出される蒸気およびガスの複数の気泡が連続的な流れで形成される。それから、臨界よりも高い圧力で領域に入ると、これらの空洞は結露の結果として痕跡なしに破裂して消えます。気泡の衝突は非常に早く起こり、キャビテーション浸食をもたらす液圧衝撃を伴い、ポンプ装置の作業部分の表面を機械的に破壊しそしてそのさらなる操作を複雑にする。

動く気泡で満たされた領域はキャビテーションゾーンと呼ばれ、これは通常、インペラへの入口における流体の圧力が蒸気の蒸気圧より低くなると形成される。作動流体の圧力は時々その供給の完全な停止まで減少され、その結果としてポンピングユニットの生産性（効率）は急激に減少する。

キャビテーションの可能性を排除するために、キャビテーション特性は各ポンプについて計算されます。

臨界圧力は、ポンピングされた液体の状態および物理的性質に応じて広範囲にわたって変化するので、キャビテーション特性を決定するためには、特定の温度における液体の蒸気圧が臨界的なものとされる。

一般的および局所的な圧力低下の原因を考慮して、ポンピングシステムの流れ部分におけるキャビテーションを防止することが可能である。しかし、キャビテーションを減衰させて完全に防止するためのより信頼性の高い方法は、ポンプ設置場所の最適測地計算とそれに対応する吸引高さと吸い上げられた液体の温度の選択です。計算値と比較して吸込高さを下げるか、または揚程を増やすことによって、キャビテーションを発生させることなくポンプシステムの信頼性が高く中断のない動作を保証する一定の材料を作成できます。

摩耗や部品のキャビテーションの影響を最も受けやすい特殊な保護コーティングを使用した青銅またはステンレス鋼製のポンプは、キャビテーションの影響に対して最大の強度を持っています。コーティングの形態では、局所的な表面硬化、硬質合金による表面の表面仕上げ、および低温状態での表面の金属化が使用される。

初期段階での蒸発中および作業の終了（故障）までの間にポンプ内で起こる現象は、キャビテーションの一般名を有する。

キャビテーションは、次のような複雑な現象です。

・液体の圧力がその飽和蒸気の圧力以下である領域における液体からの蒸気および溶解ガスの放出。

気化が起こった場所での流体の速度の局所的な増加、およびランダムな流体運動。

・高圧領域への流体の流れに伴う蒸気泡の凝縮各気泡が凝縮すると、微視的領域では急激な体積の減少と水圧衝撃が発生します。しかしながら、キャビテーション表面の広い範囲にわたるこれらの打撃の「衝撃」は、広い範囲の破壊をもたらす。気泡の凝縮中に繰り返される機械的効果は、ホイール材料の機械的破壊過程を引き起こし、これはキャビテーションの最も危険な結果です。

・減圧領域で液体が通過する際に液体から放出された空気からの酸素によるキャビテーションゾーン内の金属の化学的破壊。このプロセスは腐食と呼ばれます。周期的な機械的効果と同時に作用する腐食は金属の強度を低下させます。

キャビテーションは羽根車内だけでなく、案内羽根内または螺旋状にも発生する可能性があるが、ここでは比較的まれにしか観察されない。キャビテーションの現象は、ポンプの吸い込み、騒音および振動の領域における特徴的なパチパチ音を伴う。

図2 - ポンプ内のキャビテーション

\u003eキャビテーションの影響

キャビテーションは効率、圧力およびポンプ性能を低下させる。キャビテーション遠心力の強力な発展とともに片持ちポンプ完全に停止する（流れを遮断する）。たとえごくわずかなキャビテーション現象が存在する中でポンプを長時間運転することは全く受け入れられない。特に激しいキャビテーション損傷のポンプ部品は、汲み上げられた水の場合、固形物を含みます。

キャビテーションの作用から、部品の表面は粗くそして海綿状になり、これは流体包有物に含まれる部品の急速な磨耗に寄与する。次に、部品の表面を研磨する固体粒子はキャビテーションの向上に寄与します。鋳鉄および炭素鋼はキャビテーション破壊を特に受けやすい。この点で最も安定しているのは、ステンレス製と青銅製のポンプです。

図3 - キャビテーションの影響

\u003eキャビテーションを解消する方法

1.油圧タンクをポンプの吸込室の上に置きます。

油圧自走式機械の運転経験から知られているように、容積式ポンプ特に、低温での始動期間中、流体の粘度が数十倍から数百倍に上昇するとき、自吸式作業は極めて不十分であるか、または全く機能しない。したがって、様々な技術的目的の現代のすべての油圧機械では、油圧タンク内の液体の自由表面がポンプの吸込室の上方０．５ｍ以上となるように、油圧タンクがポンプの上方に設置されている。サクションパイプの油圧抵抗ではポンプの作業室を完全に満たすことはできません。そのため、油圧タンクをサクション室の上に置くと、大気圧以上の圧力h・g・？を作り出すことができます。 g - 重力加速度？ - 液体の密度

しかしながら、分配器の後で液体の流れを同じ高さまで上昇させなければならず、それによってドレーンライン内の圧力が上昇し、油圧モータにかかる有用な力が減少し、過剰な燃料消費につながるので内燃機関結局、油圧駆動装置の全体効率は低下する。

2.サクションパイプの直径を大きくします。

油圧抵抗を減らすことで、吸込み能力をわずかに上げることができます。計算および運転経験は、パイプの直径を増大させることによってポンプの吸引能力を劇的に増大させることは不可能であることを示している。吸込管の最大直径は、管内の液体の流速を計算することによって計算することができ、これは０．８ｍ／ｓに等しい。

3.サクションパイプの長さを短くします。

ハイドロラインの移動損失を減らすことで、ポンプの吸引能力を高めることもできます。サクションパイプの長さは、ポンプを内燃機関に取り付ける位置と方法、および油圧タンクの位置によって異なります。油圧ドライブを設計するときは、油圧機器のレイアウト段階で最小パイプライン長の要件を考慮する必要があります。機械の油圧駆動におけるポンプの吸込み能力を高めるために、機械は油圧タンク内に直接配置されている。自走式水圧機械に関しては、建設的な解決策達成することは不可能です。伐採機では、サクションパイプの長さは2.5 m（森林敷設機）から3.5 m（フェラーパッキング機）に達します。

4.局所抵抗を減らしました。

それはまたポンプの吸引容量の増加に寄与し、そしてパイプラインの長さの減少よりも著しく大きい。これは我々の実験的研究のデータによって確認されている。吸引ラインではいけませんチェックバルブ、フィルタ、直角に曲がる、枝および他の局所抵抗。

5.面積を大きくして、吸引穴の形状を変更します。

ポンプの吸引能力を大幅に高めることができます。現代の機械では通常、吸引ノズルは直角にカットされています。これは技術と製造コストを単純化する。しかしながら、直線的な切断は、それが吸込口に入るときの流体の渦現象を排除せず、それは追加の水力抵抗を作り出し、その結果、吸込室内のより高い圧力でのキャビテーションの発生に寄与し、容積効率およびポンプの流れを減少させる。

３０〜４５℃の角度のノズルを使用することによって、同じ直径を有する吸込口の面積を増大させることが可能である。このような単純で建設的な解決策は、吸込口の面積を1.4倍から1.6倍に拡大し、渦現象とそれに伴うすべての悪影響を大幅に減らすことができます。

しかしながら、円錐形ノズルの使用によりポンプの吸引能力を劇的に増大させることが可能である。このようなノズルを使用すると、流体の流れの運動エネルギーを利用して、ポンプのサクションチャンバ内に過剰な圧力を発生させ、ポンプの吸引能力を高めることができます。

大気圧を超える圧力を有する油圧タンクの使用。

ポンプの吸引能力を大幅に向上させます。タンク内に過剰な圧力を発生させるために最もよく使われるコンプレッサー。ただし、これにはPTOシャフトからコンプレッサーへの追加ドライブの導入と作成が必要です。自律システム管理。どうやらそれも高値掘削機EO-4332Aとその修正 - ポンプの吸引能力を高めるために、この方法は現在、1つのシリアルマシンでのみ使用されています。温度が変動したとき、および油圧シリンダのピストンとロッドキャビティの容積の差によって生じるタンク内の流体容積の変化を補償することを可能にする弾性膜またはばね荷重ピストンを適用することによって同じ効果を得ることができる。この場合、流体タンクから放出された気相を除去することに関してのみ問題が生じる可能性がある。より単純な設計上の解決策は、液圧タンクの上部に弾性気密キャビティを使用することであり、これは液体の体積の変化により過圧を生じさせる可能性がある。

吸引ラインにおける排出の適用。

液体の流れの運動エネルギーを利用することでポンプの吸い上げ能力を高める機会を与えます。全体の流体の流れまたはその一部の方向によって、ポンプのサクションチャンバ内に過剰な圧力を発生させることができます。図中図１は、ポンプの吸引能力を高めるための放出の使用の簡略図を示す。フィルタの前では、その流体抵抗のために、液体の圧力は０．３５ＭＰａ以上であり、温度が下がると（粘度が増加する）フィルタ要素が目詰まりすると、それは著しく増加する。この圧力は、流れの一部を直接ポンプ吸込ラインに向けるために使用することができます。したがって、そのような単純な構造的解決策は、ポンプのキャビテーション動作モードをほぼ完全に回避することを可能にする。

図4 - サクションパイプでの排出の使用。

作動流体の粘度の最適化。

それは基本的にポンプの吸い込み容量を増やすことを含む効率の問題と油圧駆動の効率の問題を解決します。作動流体の粘度が低いほど、油圧抵抗（局所および移動）およびサクションパイプ内の圧力損失が低くなります。流体粘度は、アキシャルピストンポンプを備えた油圧アクチュエータについては（１０〜６５）・１０ 6 ｍΩ ／ｓ、ギアポンプを備えた油圧アクチュエータについては（５０〜２５００）・１０ 6 ｍΩ ／Ｓの範囲にあるべきであることが実験的に確立された。粘度を指定された最適範囲内に維持するために、屋外で運転される自走式機械の油圧駆動装置は特別な熱交換器を持たなければならない。

9.サクションパイプの内面の粗さを減らします。

粗さが粘性流体の摩擦係数に大きな影響を与える場合は、特に低温でポンプの吸引能力をわずかに上げることもできます。プラスチックサクションラインの製造は実際上この問題を解決する。

作動流体の脱気。

特に作動流体の最適温度において、ポンプのキャビテーションモードをほぼ完全に排除し、それらの吸引能力を著しく増加させる。しかしながら、今日まで、自走式機械の油圧駆動における作動流体の脱気は適用されていない。これは、様々な気候条件で確実に作動することができる十分に単純な脱気装置がないためである。