ポンプシステムの脈動圧力に関する完全ガイド

脈動圧力は、さまざまな業界のポンプ システムで大きな課題となっています。放置しておくと、騒音レベルの増加や効率の低下、部品の早期摩耗や潜在的なシステム障害など、さまざまな問題が発生する可能性があります。

この総合ガイドでは、脈動圧力にかかわる原因、影響、解決策について詳細に説明します。ポンプの設計やバルブのダイナミクスから流体の特性や配管構成に至るまで、さまざまな要素を検討し、ポンプ システムの最適化を目指す専門家にとって貴重な情報を提供します。

圧力脈動とは何か

圧力脈動とは、流体システム内の圧力の周期的な変動のことで、通常はポンプ、バルブ、またはその他のシステム コンポーネントの動作によって引き起こされます。ポンプ システムでは、圧力脈動は一般的な現象であり、システムのパフォーマンス、コンポーネントの寿命、および全体的な効率に大きな影響を与える可能性があります。

本質的に、圧力脈動は流体力学の不安定性の一種であり、流体圧力の規則的な振動変化を特徴とします。これらの振動は、ほとんど気付かないほど小さな変動から、機器を損傷しシステムの動作を中断させる可能性のある大きな破壊的な急増までさまざまです。

圧力脈動の原因

ポンプの設計と操作

さまざまなポンプタイプの設計と動作原理は、圧力脈動特性に大きな影響を与えます。

• 往復ポンプ: ピストンまたはプランジャーを使用して流体を移動させる往復ポンプの周期的な性質により、脈動流が本質的に生成されます。ピストンが前後に動くと、吸引と排出のサイクルが交互に発生し、圧力変動が生じます。
• 遠心ポンプ: 遠心ポンプは一般に往復ポンプに比べてより安定した流れを生み出しますが、それでも圧力脈動の原因となる可能性があります。インペラの設計、特に羽根の数と形状は、流体の排出の均一性に影響します。インペラの製造上の欠陥や不適切な取り付けは、脈動を悪化させる可能性があります。

バルブダイナミクス

ポンプシステムのバルブの動作も圧力脈動に影響を与えます。 バルブ 特に往復ポンプでは、開閉によって流体の流れと圧力が突然変化することがあります。バルブの応答時間、シールの有効性、流路の形状はすべて、発生する脈動の程度に影響します。

システム共鳴

共振 圧力脈動の周波数が配管システムまたはそのコンポーネントの固有周波数と一致すると、同期が発生します。この同期により脈動振幅が増幅され、過度の振動、騒音、構造的損傷につながる可能性があります。パイプの長さ、直径、壁の厚さ、材料特性などの要因によって、システムの共振周波数が決まります。

流体特性

ポンプで送られる流体の物理的特性は圧力脈動に影響を及ぼす可能性があります。 粘度特に、流体の流れ抵抗と脈動を減衰させる能力に影響します。高粘度の流体は、低粘度の流体に比べて脈動挙動が顕著になる傾向があります。流体 圧縮性 また、混入ガスの存在も脈動特性に影響を与えます。

流体速度

配管システム内の流体の速度は、圧力脈動に影響します。流速が速いと乱流や流れの不安定性が増し、脈動が増大します。パイプ サイズの急激な変化や流れの障害などによって流体速度が突然変化した場合も、圧力スパイクや脈動が発生する可能性があります。

ウォーターハンマー効果

ウォーターハンマー 急激なバルブの閉鎖などにより流体速度が突然変化して圧力サージが発生する特定の現象です。流体の急激な減速により衝撃波が発生し、配管システム全体に伝播して大きな圧力脈動を引き起こし、部品に損傷を与える可能性があります。

配管構成

レイアウトとデザイン 配管システム 圧力脈動に大きく影響します。配管経路、曲がり、継手などの要因は流れの力学に影響し、局所的な乱流や圧力の乱れを引き起こす可能性があります。長くまっすぐな配管は脈動をさらに伝播させる可能性がありますが、適切なサポートと固定は振動を軽減し、脈動の伝達を最小限に抑えるのに役立ちます。

圧力脈動の影響

ノイズ

圧力脈動の最も顕著な影響の 1 つは、騒音レベルの増加です。流体圧力が変動すると、配管システムに振動が生じ、可聴騒音につながる可能性があります。この騒音は、近くにいる作業員に迷惑をかける可能性があり、ポンプ システムに根本的な問題があることを示している可能性があります。

キャビテーション

圧力脈動により、ポンプシステム内に局所的に低圧領域が生じることがあります。圧力が流体の蒸気圧を下回ると、蒸気泡の形成を引き起こす可能性があります。この現象は、 キャビテーションこれらの蒸気泡が崩壊すると、高圧の衝撃波が発生し、ポンプ部品、バルブ、配管を侵食して損傷する可能性があります。キャビテーションは、 ポンプ効率 メンテナンス要件が増加します。

侵食

キャビテーションに加えて、圧力脈動は 浸食 ポンプ部品と配管の腐食。脈動に伴う流体の速度と方向の急激な変化により、乱流が増加し、表面が摩耗する可能性があります。時間が経つにつれて、この浸食によりパイプの壁が薄くなり、バルブ シートが損傷し、インペラが劣化して、ポンプ システム全体の寿命が短くなります。

効率の低下

圧力と流量の変動により、ポンプが最適範囲外で動作し、容積効率が低下し、電力消費が増加する可能性があります。これにより、エネルギー コストが増加するだけでなく、ポンプに余分な負担がかかり、ポンプの耐用年数が短くなる可能性があります。

部品の摩耗

圧力脈動によって引き起こされる振動と周期的な応力は、さまざまなポンプ システム コンポーネントの摩耗と疲労を加速させる可能性があります。 アザラシ, ベアリング、 そして カップリング 脈動による継続的な屈曲や動きにより、特に損傷を受けやすくなります。摩耗が増加すると、メンテナンスの頻度が増え、部品の早期故障につながる可能性があります。

流れの不安定性

圧力脈動は 不安定 ポンプ システム内の流体の流れに不安定さが生じます。この不安定さは、流量の一貫性のなさ、分岐配管システムにおける不均一な分配、およびプロセスに対する正確な制御の維持の困難さとして現れることがあります。

圧力脈動に対するソリューション

脈動ダンパー

脈動ダンパー ポンプ システム内の圧力脈動を吸収して減衰するように設計されたデバイスです。通常、圧力変動に応じて膨張および収縮するガス充填ブラダーまたはダイヤフラムで構成されています。脈動のエネルギーを吸収することで、ダンパーは圧力プロファイルを平滑化し、下流のコンポーネントへの影響を軽減するのに役立ちます。

システム設計の変更

圧力脈動の問題を軽減するために、いくつかの設計変更を実施できます。

• ポンプの選択: 特定の用途に適したタイプとサイズのポンプを選択すると、脈動を最小限に抑えることができます。流量、圧力要件、ポンプで送る流体の性質などの要素を考慮する必要があります。
• 配管レイアウト: 配管レイアウトを最適化すると、乱流や圧力降下を減らすことができます。これには、急な曲がりを最小限に抑えること、適切な配管サイズを確保すること、異なる配管径間の緩やかな移行を使用することなどが含まれます。
• サージサプレッササージ サプレッサー (サージ タンクまたはアキュムレーターとも呼ばれます) を設置すると、突然の圧力スパイクを吸収し、ウォーター ハンマー効果の影響を軽減できます。
• スプリットベーンインペラの使用: スプリットベーンインペラーは、短い羽根と長い羽根を交互に配置した構造で、圧力脈動を低減するのに役立ちます。 遠心ポンプ コヒーレントな圧力波の形成を妨げることによって。

機械ソリューション

• 可変速ドライブ (VSD): VSD を使用すると、ポンプ モーターの速度を制御し、よりスムーズな起動と停止が可能になります。ポンプ速度を徐々に上げたり下げたりすることで、VSD は突然の圧力変化を最小限に抑え、脈動を減らすのに役立ちます。
• 圧力リリーフバルブシステム内の戦略的な場所に圧力逃し弁を設置すると、過剰な圧力上昇を防ぐことができます。圧力が設定されたしきい値を超えると、これらの弁が開き、流体を迂回させて圧力を逃がします。

流体力学の考慮

• 粘度調整: 場合によっては、ポンプで送り出す流体の粘度を調整すると、圧力脈動を抑えることができます。粘度の高い流体は流れがより安定し、乱流や脈動が発生しにくくなります。
• 流体添加剤: 流体に特定の添加剤を加える。例えば、 ポリマー または 消泡剤、その特性を変更し、脈動の可能性を減らすのに役立ちます。ただし、添加剤の適合性と適合性は、特定の用途に対して慎重に評価する必要があります。