HM380 ポンプのキャビテーション 教育機器 職業訓練機器 流体力学実験機器

1. 製品概要
1.1 キャビテーションの概要
水ポンプのキャビテーションとは、水ポンプの流体システムの低圧領域にある気泡が、水が高圧領域に到達すると圧縮され急速に崩壊するプロセスを指します。これにより、水力性能の低下や流体部品の損傷が発生します。
水ポンプ装置の有効キャビテーションマージンが水ポンプの必要キャビテーションマージンよりも小さく、ポンプ内の分圧が液体温度における飽和蒸発圧力まで低下すると、液体中の不純物、微小な固体粒子、または液体界面（液体と固体の接触面）の隙間に存在する気体核が急速にキャビテーション気泡へと成長し、水の流れとともに高圧領域に到達し、周囲の液体の圧縮によって急速に崩壊します。キャビテーション崩壊域では、金属表面に水撃力が作用します。その頻度は毎秒数万回にも達し、作用面積も非常に小さいため、その応力は数千気圧に達することがあります。このような大きな応力が頻繁に作用すると、金属表層の塑性変形と硬化が起こり、局所的な疲労や微小亀裂が生じ、キャビテーションの発生を促進します。金属部品は破損したり剥離したりします。キャビテーションは、インペラ羽根の前後、またはインペラ外縁とインペラ室壁の間で発生する可能性があります。一般的に、水ポンプのキャビテーションは、ポンプの流量、揚程、出力、効率を低下させ、振動や騒音を引き起こし、機器寿命を短縮し、エンジニアリングの安全性にも影響を与えます。砂分の多い河川から取水するポンプでは、状況はさらに深刻です。
1.2 水ポンプのキャビテーションの原因：
ポンプの入口圧力がその温度における飽和蒸気圧よりも低い場合、液体は蒸発します。同時に、液体に溶解していたガスが液体から抜け出し、多数の小さな蒸気泡を形成し、液体を追従します。インペラの流路に流入する際、インペラの回転によって発生する圧力が飽和蒸気圧を超えると、これらの小さな蒸気泡は再凝縮して消滅し、キャビティを形成します。この時、周囲の液体が非常に高速でキャビティに向かって流れ込み、液体の粒子同士が衝突して局所的な水圧衝撃が発生し、局所的な圧力が数百気圧に達します。気泡が大きいほど、凝縮消滅時に発生する局所的な水撃も大きくなります。この水圧衝撃の速度は非常に速く、最大2500回/秒の頻度で発生し、インペラ表面に激しい衝撃を与え、機械腐食を引き起こします。このように、液体の蒸発、凝縮、衝撃、金属腐食が総合的に発生する現象をキャビテーションと呼びます。

1.3 キャビテーションによる損傷
蒸気泡が消滅すると、液体粒子が互いに衝突し、騒音が発生します。キャビテーションが激しい場合は振動が発生し、流量、揚程、効率が大幅に低下し、「真空引き」現象が発生します。同時に、キャビテーション浸食によってインペラが減肉し、ブレードやカバーが貫通することもあります。キャビテーションは、ポンプの性能低下、装置の不安定な動作、金属表面材料の疲労や浸食、騒音と振動の増加につながります。したがって、設計および運転管理において、水ポンプのキャビテーションを分析、調査、監視し、効果的な保護対策を適時に講じる必要があります。
1.4 製品紹介
本製品は、遠心ポンプのインペラのキャビテーション効果を実証するために使用できます。ポンプケーシングとポンプ入口側の配管は透明なプラスチック製で、キャビテーションプロセスを観察できます。短い露出時間（フラッシュ）で写真を撮ることで、気泡の鮮明な画像を撮影できます。ポンプの入口と出口にあるバルブは、流量と圧力を適切に調整できます。入口側と出口側の圧力は、2つの圧力計に表示されます。水タンクにはヒーターが装備されており、水温を制御できます。同時に、水タンク内の水温、流量、ポンプ速度が表示されます。水は給水システムによって冷却されます。
2. 性能パラメータ
寸法：LXWXH 1000x630x590mm
重量：<70kg
電圧：AC220V 50HZ
水ポンプ：出力370W、流量3m³/h、揚程：14m
水タンク容量：20L
圧力（入口）：-1～0bar
圧力（出口）：0～1.5bar
温度：0～60℃