脈動ダンパーとは

脈動流は多くの産業プロセスに悪影響を及ぼし、機器の損傷、効率の低下、パフォーマンスの低下を引き起こします。放置すると、これらの破壊的な脈動は配管システム、ポンプ、その他の重要なコンポーネントに大損害を与えます。脈動ダンパーは、これらの有害な影響を軽減し、流量の変動を平滑化して機器を保護し、プロセスを最適化できる堅牢なソリューションを提供します。

この総合ガイドでは、脈動ダンパーについて深く掘り下げ、その機能、動作原理、主要コンポーネント、さまざまなタイプについて探っていきます。また、脈動ダンパーを導入するタイミングや、アキュムレーターとの違いについても明らかにします。最後に、これらのデバイスで使用されるガス、脈動除去機能、適切なプリチャージ圧力の重要性に関するよくある質問にお答えします。

脈動ダンパーとは

脈動ダンパーは、脈動ダンパーまたは脈動減衰器とも呼ばれ、流体システム内の圧力変動と振動を低減するように設計された機械装置です。これらの装置は、圧力スパイクを平滑化し、配管ネットワークを介した脈動の伝達を最小限に抑えるために、油圧および空気圧アプリケーションでよく使用されます。

脈動ダンパーは、圧力波のエネルギーを吸収して消散させることで、圧力波の振幅と周波数を低減します。通常、脈動ダンパーは、ブラダー、ダイヤフラム、ピストンなどの柔軟なバリアによって流体システムから分離されたガス充填チャンバーで構成されています。圧力変動がダンパーに入ると、ガスチャンバーが圧縮および膨張し、脈動を吸収して減衰するスプリングとして機能します。

脈動ダンパーの機能

1. 圧力脈動の低減脈動ダンパーは突然の圧力スパイクや変動を吸収し、システムや接続された機器への影響を最小限に抑えます。
2. 流量の安定化脈動ダンパーは流れの不規則性を均一化することで、システム内の流体またはガスの流れを一定かつ安定して維持するのに役立ちます。
3. システムコンポーネントの保護: 脈動ダンパーは、パイプ、バルブ、継手、その他のシステム コンポーネントを圧力サージや振動による損傷から保護します。
4. システム効率の向上: 脈動ダンパーは圧力変動を減らし、流れを安定させることで、システム全体の効率と性能を向上させることができます。
5. プロセス制御の強化: 脈動ダンパーは、より一貫した圧力と流量条件を維持することで、プロセス制御の向上に貢献します。
6. 騒音と振動の低減: 脈動ダンパーは圧力スパイクと流れの振動を吸収することで、システム内の騒音と振動を大幅に低減できます。

脈動ダンパーの仕組み

脈動ダンパーは、流体システム内の圧力スパイクと流量変動を軽減するように設計されています。脈動する流体の運動エネルギーを吸収し、一定の速度でシステムに戻します。このプロセスにより、流量と圧力が平滑化され、振動、騒音、システム コンポーネントへの潜在的な損傷が軽減されます。

脈動ダンパーの基本的な動作原理は、柔軟なブラダー、ダイヤフラム、またはピストンによって 2 つのチャンバーに分割された圧力容器を使用することです。 1 つのチャンバーは流体システムに接続され、プロセス液体で満たされています。 もう 1 つのチャンバーには、圧縮ガス (通常は窒素または空気) が入っています。

流体システムで圧力パルスが発生すると、プロセス液体がダンパーの流体チャンバーに押し込まれ、他のチャンバー内のガスが圧縮されます。この圧縮により圧力パルスのエネルギーが吸収され、その振幅が減少します。圧力パルスが弱まると、圧縮ガスが膨張し、プロセス液体が制御された速度でシステム内に戻されます。この動作により圧力変動が均一化され、ダンパーの下流でより安定した流れが実現します。

脈動ダンパーのコンポーネント

1. 圧力容器: 脈動ダンパーの本体。システム圧力に耐え、ダンピング媒体の要件を満たすように設計されています。
2. 減衰メディア: 圧力容器内の圧縮可能な材料で、圧力脈動を吸収して消散します。一般的な減衰媒体には、圧縮ガス (窒素や空気など)、エラストマー ブラダー、柔軟なダイヤフラムなどがあります。
3. 入口ポートと出口ポート: 脈動ダンパーを流体システムに統合できるようにする接続。
4. チャージングバルブ（ガス充填モデル用）: 減衰媒体に所望の予圧を導入し、維持するために使用されるバルブ。
5. 膀胱または横隔膜（膀胱タイプと横隔膜タイプの場合）システム流体を減衰媒体から分離する柔軟なバリア。
6. はみ出し防止プレート（ブラダータイプ用）: ブラダーを支え、高圧状態でブラダーが入口ポートと出口ポートに押し出されるのを防ぐ穴あき金属板。
7. 取り付け金具: 脈動ダンパーを流体システムにしっかりと取り付けるためのブラケット、フランジ、脚などのコンポーネント。

脈動ダンパーの種類

膀胱タイプ

ブラダー型脈動ダンパーは、システム流体とガスチャージ間の柔軟なバリアとして機能するエラストマーブラダーを備えています。ブラダーは通常、システム流体との適合性と繰り返しの屈曲に耐える能力を考慮して、ブナ N、ネオプレン、EPDM などの材料で作られています。

圧力脈動がダンパーに入ると、ブラダーが膨張および収縮し、エネルギーを吸収して流れをスムーズにします。所定の圧力に維持されたガス充填により、ブラダーの動きに必要な抵抗が与えられ、効果的な減衰が可能になります。

ダイヤフラムタイプ

ダイヤフラム型脈動ダンパーは、通常 PTFE や Viton などの材料で作られた柔軟なダイヤフラムを使用して、システム流体をガス充填から分離します。ダイヤフラムは、圧力下での過度の変形を防ぐ穴あき金属プレートまたはスクリーンによってサポートされています。

ブラダー型ダンパーと同様に、ダイヤフラムは圧力の脈動に応じて曲がり、エネルギーを吸収して変動を減衰します。ガス充填によりダイヤフラムの動きに必要な抵抗が与えられ、効果的な減衰性能が確保されます。

ただし、ダイヤフラム型ダンパーはブラダー型に比べて減衰効率が低く、ダイヤフラムは時間の経過とともに疲労や摩耗の影響を受けやすくなる可能性があります。

油圧式（フロースルー）タイプ

油圧式またはフロースルー式の脈動減衰器は、システム流体とガス充填物の間に物理的な障壁を使用しません。代わりに、流体とガスの直接的な相互作用を利用して減衰を実現します。

この設計では、システム流体がダンパーに入り、ガスチャージと直接接触します。圧力脈動が流体を通じて伝播すると、ガスが圧縮および膨張し、エネルギーを吸収して流れを滑らかにします。その後、減衰された流体はデバイスから出て、システム内を流れ続けます。

ただし、油圧空気式ダンパーは、特に低圧用途では、減衰効率の点で限界がある場合があります。さらに、流体とガスが直接接触すると、ガスの吸収や泡の形成につながる場合もあります。

脈動ダンパーを使用する場合

1. 容積式ポンプ: ピストン、プランジャー、 ダイヤフラムポンプ 往復運動により、大きな圧力脈動が発生します。ポンプの吐出口の近くに脈動ダンパーを設置すると、これらの脈動を平滑化するのに役立ちます。
2. 繊細な機器の保護: 圧力スパイクや振動は、精密機器、メーター、制御バルブを損傷する可能性があります。このようなコンポーネントの上流に脈動ダンパーを配置すると、有害な脈動から保護するのに役立ちます。
3. 流量計の精度向上: 脈動流は、タービン メーターやパドル ホイール メーターなどの流量測定装置で誤差を引き起こす可能性があります。メーターの上流に脈動ダンパーを設置すると、流量が均一になり、測定精度が向上します。
4. 設備寿命の延長: 圧力脈動による周期的なストレスは、パイプ、継手、その他のシステム コンポーネントの早期故障につながる可能性があります。脈動ダンパーは、これらのストレスを軽減し、システムの耐用年数を延ばします。
5. 一貫したプロセス条件の確保: 化学薬品の投与や混合などの用途では、脈動により不均一な分配や不完全な反応が発生する可能性があります。ダンパーは安定した流れを提供し、プロセスの一貫性と品質を向上させます。
6. 騒音と振動の低減: 圧力脈動は、配管システム内で望ましくない騒音や振動を引き起こすことがよくあります。脈動ダンパーは、これらの問題を効果的に緩和し、より静かで安定した動作環境を実現します。

アキュムレータと脈動ダンパーの違い

アキュムレータと脈動ダンパーは互換的に使用されることもありますが、油圧システムではそれぞれ異なる主な機能を果たします。

アキュムレーター:

• 主な目的はエネルギー貯蔵です。油圧エネルギーを加圧ガスの形で貯蔵し、需要ピーク時にポンプの流量を補充したり、ポンプが故障した場合にシステムをサポートしたりするために使用できます。
• オイルの漏れや熱膨張/収縮を補い、設定されたシステム圧力を維持するのに役立ちます。
• 圧力の急上昇と突然の流体需要を吸収し、システム内の衝撃を軽減します。
• アキュムレータは、脈動ダンパーと比較して、ガスと流体の容積が大幅に大きくなります。

脈動ダンパー:

• システム内の圧力脈動と振動を低減するために特別に設計されています。大きなエネルギー貯蔵容量は提供しません。
• 脈動を効果的に抑制するのに十分な、比較的少量のガスと液体が含まれています。
• 圧力スパイクに迅速に反応し、次のような高周波脈動に適しています。 往復ポンプ.
• 複数の脈動ダンパーはシステム内のさまざまなポイントで使用できますが、アキュムレータは通常、電源ユニットの近くに設置されます。

よくある質問

脈動ダンパーにはどのようなガスが含まれていますか?

窒素は脈動ダンパーで最もよく使用されるガスです。これは不活性ガスで、圧力脈動を吸収する圧縮性クッションを提供します。窒素はダンパー内部のブラダーまたはダイヤフラムによってポンプで送られる流体から分離されます。

脈動ダンパーはすべての脈動を排除できますか?

脈動ダンパーは脈動を大幅に低減できますが、完全に除去することはできません。ダンパーは脈動を許容レベルまで減衰するように設計されており、通常、ピークツーピーク振幅を 80 ～ 90% 低減します。

プリチャージ圧力が高すぎたり低すぎたりするとどうなりますか?

• プレチャージが高すぎると、ガス量が少なすぎて脈動を効果的に吸収できなくなります。その結果、下流の残留脈動が大きくなります。
• プリチャージが低すぎると、動作中にブラダーまたはダイヤフラムが底に達し、ダンパーが故障し、さらに脈動が大きくなる可能性があります。

最良の結果を得るには、プリチャージを最小システム圧力の 80 ～ 90% に設定する必要があります。