キャビテーションの診断
キャビテーション は、～で発生する破壊的な現象である ポンプ おおよびその他の油圧システム：液体中の気泡が急速に形成され、激しく崩壊（内破）する現象。これは、液体の局所的な静圧が蒸気圧を下回った際に発生し、その結果、液体は周囲温度で瞬間的に沸騰し、圧力が回復すると再び凝縮する。しばしば「シューッ」という音や「ビー玉が転がるような音」と表現されるが、キャビテーションは振動の重要な発生源である 振動 また、インペラやケーシングに深刻な浸食損傷を引き起こす可能性があります。重要なのは、これが hydraulic 機械的な問題というよりは――とはいえ、これは簡単に検出できる 振動解析これは、振動を利用してプロセスの不具合を診断する典型的な例と言えます。
1. 定義: キャビテーションとは何ですか?
キャビテーションの物理的メカニズムは、局所的な圧力と蒸気圧の関係に左右されます。ポンプ内部では、液体がインペラのアイ（中心部）に入ると加速し、ベルヌーイの定理に従ってその加速により局所的な圧力が低下します。圧力が液体の蒸気圧を下回ると、微小な気泡が発生します。 これらの気泡は、流れに乗ってより高圧の領域（通常はベーンに沿って数ミリメートル先）に運ばれるまでしか存続せず、そこでほぼ瞬時に崩壊します。各崩壊は微視的な内破であり、鋭い圧力スパイクと高周波エネルギーの放出を引き起こします。これを毎秒形成される数千個の気泡で乗算すると、その累積効果は、金属表面への緩やかで容赦ないピッチング（穴あき）に加え、可聴ノイズおよび測定可能な振動として現れます。
2. キャビテーションの2つの種類
a) 吸引キャビテーション
これが最も一般的な現象です。これは、ポンプへの液体の供給が不足したとき、つまり、利用可能な正吸込頭（NPSHa）がポンプに必要な正吸込頭（NPSHr）を下回ったときに発生します。
- 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: 吸込フィルターやストレーナーの目詰まり、吸込弁が半開きになっている、吸込配管が長すぎる、あるいは内径が小さすぎる、あるいはポンプが液体を揚げる高さが高すぎる場合など。
吸込側の余裕は、基本的にNPSHの問題であるため、設備の設計やトラブルシューティングを行う際には、数値を明確に確認することが役立ちます。当社の NPSH計算機 利用可能な揚程を算出し、システムがキャビテーションの閾値にどれほど近づいているかを示します。
b) 排出キャビテーション
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。
吐出キャビテーションの背後にある高速の内部再循環は、流れと密接に関連している 再循環、同様の兆候をいくつか共有する別の低流速不安定現象であり、いくつかのうちの一つである 遠心ポンプの不具合 アナリストは区別する方法を学ぶ。
3. キャビテーションの振動特性
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： 主な指標は、その「ノイズフロア」の著しい上昇である FFTスペクトル、特に高周波数域（通常は2,000 Hz以上）において。これは、個別のピークというよりは、ランダムなエネルギーによる広い「山」として現れる。
- ランダムで不安定な： この振動はランダムで非周期的であり――まさにそのために鋭い線が生じない――全体的な振幅は瞬間ごとに顕著に変動することがある。このランダム性こそが、キャビテーションを通常の流れと区別する点である 乱流…これは、一般的に症状が軽度で、発症頻度も低い傾向にあります。
- ブレード通過周波数の潜在的な高調波： 場合によっては、ランダムなエネルギーが ブレード通過周波数 (BPF = ベーンの数 × 運転速度）とその高調波も含まれますが、主な特徴は依然として広帯域のノイズフロアです。ポンプにおいては、この同じ成分はしばしば ベーン通過周波数.
エネルギーが広帯域かつパルス状であるため、反復的な衝撃に特化した手法を用いることで、診断の精度を高めることができる： エンベロープ分析 および以下のような指標など 波高係数 急激な気泡崩壊による過渡現象に対して強く反応する。キャビテーションを放置すると、二次的な損傷（インペラの侵食）を引き起こす可能性があり、その結果、真の機械的 アンバランス これは高い1×ピークとして現れるが、一つの不具合が別の不具合を招く可能性があることを示す良い例である。
4. 確認
このシグナルはランダムなノイズによるものであるため、他の乱流や流れに関連する要因と混同される可能性がある。したがって、修理に着手する前に確認を行う価値がある：
- リスニング： キャビテーションは、ポンプ内部で砂利やビー玉が転がっているような、はっきりと聞き取れる音を発生させることが多く、現場のオペレーターが最初に気付く兆候となることがよくあります。
- プロセスの変更： 吸込キャビテーションが疑われる場合は、部分的に閉じた吸込弁を慎重かつゆっくりと開けるか、吸込ストレーナーを清掃することで、高周波ノイズが直ちに低減または解消されるはずです。この意図的な操作と観察を繰り返すテストは、水力的な原因に直接働きかけるため、最も効果的な確認方法の一つと言えます。
キャビテーションへの迅速な対応は極めて重要です。キャビテーションによる各内破は、微細なジェットハンマーのように作用し、インペラの羽根やポンプのボリュートを徐々に削り取り、早期故障を引き起こします。現場での実務的な手順としては、振動解析装置で広帯域の振動特性を確認し、水力的な原因を除外した上で、機械が正常な機械的状態に戻っていることを確認します。例えば、 バランセット-1A この最終工程に最適です。プロセス上の不具合が解消されると、1× 振幅と位相 ポンプ自身の軸受において運転速度で発生するため、残留 アンバランス 侵食によって残されたものは、その場での処理によって定量化および修正が可能である バランシング.
