キャビテーションの診断

1. 定義: キャビテーションとは何ですか?

キャビテーション ポンプやその他の油圧システムで発生する破壊的な現象です。液体中の蒸気泡が急速に形成され、激しく崩壊（内破）する現象です。これは、液体の静圧が蒸気圧を下回ったときに発生します。

キャビテーションは「シュー」という音や「ビー玉がカタカタ鳴る」音としてよく表現されますが、振動ポンプのインペラやケーシングに深刻な侵食損傷を引き起こす可能性があります。これは機械的な問題ではなく、油圧の問題の兆候ですが、振動解析によって容易に検出できます。

これは最も一般的なキャビテーションの形態です。ポンプの流体が不足している状態、つまりポンプに必要な正味吸引ヘッド（NPSHr）よりも有効正味吸引ヘッド（NPSHa）が低い場合に発生します。

機構： インペラの羽根の低圧により液体が沸騰し、蒸気泡が発生します。これらの蒸気泡はインペラの羽根の高圧領域に運ばれると、激しく崩壊します。
原因: 詰まった吸引フィルター、部分的に閉じた吸引バルブ、長すぎるか直径が小さすぎる吸引ライン、またはポンプがあまりにも高い高さから流体を吸い上げる必要がある。

これはあまり一般的ではありませんが、ポンプの排出圧力が非常に高く、流体がポンプから流れ出ない場合に発生します。

機構： 流体はインペラの羽根の間に閉じ込められ、高速で循環することで低圧の真空領域が形成され、そこで気泡が発生します。これらの気泡は低圧領域から抜け出す際に内破します。
原因: 排出バルブが詰まっているか閉じている、または「デッドヘッド」（排出ラインが完全に詰まっている状態）に対してポンプが作動している。

何千もの小さな蒸気泡の激しい破裂は、単一の整然とした周波数を生み出すのではなく、非常に独特な振動特性を生み出します。

高周波広帯域ノイズ: キャビテーションの主な指標は、 FFTスペクトル特に高周波数（典型的には2,000Hz以上）において顕著です。明確なピークではなく、ランダムな広帯域エネルギーの「山」として現れます。
ランダムかつ不安定: 振動はランダムかつ非周期的であるため、鋭いピークは形成されません。全体的な振幅は大きく変動する可能性があります。
ブレード通過周波数の潜在的な高調波: 場合によっては、キャビテーションからのランダムエネルギーがブレード通過周波数（BPF = ベーン数 × 走行速度) とその高調波も含まれますが、支配的な特徴は依然として広帯域ノイズフロアです。

キャビテーションがひどい場合は、インペラの侵食などの二次的な損傷を引き起こし、真の機械的損傷につながる可能性があります。アンバランス、高い 1X ピークとして表示されます。

振動特性はランダムノイズの一種であるため、乱流や流れに関連する他の問題と混同されることがあります。確認は以下の方法で行うことができます。

リスニング： キャビテーションは、多くの場合、ポンプ内で砂利やビー玉が転がる音のような独特の可聴音を発生します。
プロセスの変更: 吸入キャビテーションが疑われる場合は、吸入バルブ（一部閉じている場合）を慎重にゆっくりと開くか、吸入ストレーナを清掃することで、高周波振動ノイズが直ちに軽減または消失するはずです。これは非常に効果的な診断テストです。

キャビテーションはマイクロジェットハンマーのように作用し、インペラの羽根とポンプの渦巻き部分を削り取り、侵食して早期故障につながるため、キャビテーションに迅速に対処することが重要です。