機械ポンプの騒音の発生源と考察

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この投稿は最後にyinkuilin6868によって2015-12-21 10:22に編集されました。　機械的な騒音の発生源　機械的な騒音は、振動する部品や表面から生じ、それらが隣接する媒質内で音の圧力波を引き起こします。例えばピストン、回転による不均衡な振動、そして振動する管壁です。 　　容積式ポンプでは、騒音は一般的にポンプの回転速度とピストンの数に関連しています。液体の脈動は主な機械的な騒音の原因であり、逆に、これらの脈動はポンプや配管システムの部品の機械的振動を引き起こすこともある。不適切なクランクシャフトのバランスウェイトも回転速度に応じて振動を引き起こし、これによりフットボルトが緩んだり、基礎やガイドレールから打撃音が発生したりする可能性があります。その他の騒音は、連結棒の摩耗による音や、摩耗したピストンピン、またはピストンの打撃音に関連しています。 　　遠心ポンプでは、不適切に取り付けられたカップリングが、ポンプの回転速度の2倍の音を発して騒音の原因となることがよくあります（アライメント不良）。ポンプの回転速度が水平な臨界回転速度に近づくか、それを超えると、不均衡によって生じる大きな振動や、ベアリング、シール、インペラーの摩耗によっても騒音が発生する。摩耗が起きると、高い音のヒューッという音がするのが特徴かもしれません。電動機のファン、シャフトキー、およびカップリングボルトはすべて、隙間ノイズを発生させる可能性があります。 　　液体騒音源　液体の移動によって直接圧力変動が生じる場合、騒音源は比例する流体力である。考えられる流体力学的な発生源には、乱流、流体の分離（渦流状態）、キャビテーション、ウォーターハンマー、蒸発、およびインペラとポンプの分水角による相互作用がある。生じる圧力および流動の脈動は、周波数が周期的でないか広帯域である可能性があり、一般的には配管やポンプ自体の機械的振動を引き起こす可能性がある。そして、機械の振動は周囲に騒音を拡散させることがある。 　　一般的に、液体ポンプ内の脈動源には4つのタイプがある：
(1) ポンプのインペラやピストンによって生じる離散的な周波数成分
(2) 高流速によって引き起こされる広帯域の乱流エネルギー
(3) エアエロージョン、フラッシュ蒸発、ウォーターハンマーによって生じる広帯域の騒音が間欠的に振動し、衝撃騒音を形成するもの
(4) 液体が障害物や配管系の側方分岐を通過する際に、周期的な渦によって誘発される流動に起因する脈動で、遠心ポンプ内で圧力変動の二次流のスペクトル変化を引き起こす可能性があるもの 　　設計外の流量で運転する場合、特にそうです。流線上に示されている数字は、以下の流動過程の原理を示している：　　(1)脱流　　(2)再循環（二次流）　　(3)循環　　(4)漏れ　　(5)不安定流の振動　　(6)尾流（渦流）　　(7)乱流　　(8)キャビテーション　　流れ場内の高速領域と低速領域の境界層が互いに作用し合うため、このような不安定流形態のほとんどは渦流を生じる。例えば、障害物周辺の流体の流れや停滞水域を通過すること、あるいは双方向流によって引き起こされる。これらの渦流が側壁に衝突すると、渦流、すなわち渦は圧力変動に変わり、配管やポンプの部品に局所的な振動を引き起こす可能性がある。パイプラインシステムの音響応答は、渦流拡散の周波数と振幅に強く影響を与える可能性がある。研究により、システムの共鳴周波数が騒音源の自然な、あるいは優先的な発生周波数と一致するとき、渦流が最も強くなることが明らかになっている。 　　遠心ポンプが、効率が最も良くなる流量よりも小さい、または大きい流量で動作している場合、通常、ポンプケーシングの周囲で騒音が聞こえます。この騒音のレベルと周波数は、ポンプごとに異なり、その時のポンプが生み出す圧力の大きさ、必要なNPSHと利用可能なNPSHの比率、そしてポンプ内の流体の流れが理想的な流れからどれだけ逸脱しているかによって決まります。入口ガイドベーンの角度、インペラ、およびケーシング（またはディフューザ）が実際の流量に適していない場合、しばしば騒音が発生する。また、このようなノイズが発生する主な原因は、リサイクルでもあると考えられている。 　　液体が遠心ポンプを通過して加圧される前に、必ず入口管内の既存圧力以上にはならない領域を通過する。これは部分的には、液体がインペラの入口に入る際の加速作用によるものであり、またインペラの入口の羽根との気流の分離によるものでもある。V流量が設計流量を超え、かつ付属するブレードの角度が正しくない場合、高速度で低圧の渦流が発生します。液体の圧力が気化圧力まで下がると、液体は気化する。後ほど、その管路内の圧力が上昇します。それに伴う内爆が、一般的にキャビテーションと呼ばれる騒音を引き起こす。通常、インペラブレードの非加圧側でキャビテーションが発生すると、騒音を引き起こすだけでなく、ブレードの腐食といった深刻な被害ももたらします。 　　キャビテーションが発生した際に、8000hp（5970kW）のポンプのケーシング上で、入口配管に近い位置で測定された騒音レベル。 　　キャビテーションによって多くの周波数の広帯域な衝撃が発生するが、この場合は羽根の共通周波数（インペラの羽根枚数×回転数）とその倍周波数が支配的となる。このタイプのキャビテーション騒音は、通常非常に高い周波数の騒音を発生させ、これは「爆発音」と呼ぶのが最適である。 　　キャビテーションによる騒音は、設計条件よりも流量が少ない場合や、利用可能な入口のNPSHがポンプに必要なNPSHを上回っている場合でも聞こえることがあり、これは非常に理解しがたい問題です。フレイザーによって提唱された説では、この非常に低い不規則な周波数を持ちながらも高強度の騒音は、インペラの入口または出口、あるいはその両方での逆流に起因し、どの遠心ポンプでも流量が低下する運転状態でこのような再循環が発生するとされている。再循環運転状態では、インペラのブレードの入口および出口（またシェルのガイドブレードも）の負圧側が損傷を受ける。衝撃音や不規則な騒音のレベル上昇、そして流量が減少する際の入口および出口の圧力変動の増加は、再循環が起きている証拠となり得る。 　　圧力自動調整弁や流量制御バルブは、乱流と気流の分離の両方に関連する騒音を発生させることがある。これらのバルブが大きな圧力損失下で動作すると、顕著な乱流を発生させる高い流速となる。生成されるノイズスペクトルは非常に広帯域であるが、その特性としては、対応するストラウハル数が約0.2の周波数を中心としている。 　　キャビテーションとスチームアップ　多くの液体をポンプで送るシステムにおいては、一般的にある程度のスチームアップや、ポンプや送液システム内の圧力制御バルブに関連するキャビテーションが発生します。スロットリングによって大きな流動損失が生じるため、高い流速ではより深刻なキャビテーションが発生する。 　　容積ポンプの吸込配管において、ピストンは大振幅の脈動を生じ、システムの音響特性によってそれが増幅される。その結果、吸込口の静圧がその蒸発圧よりも高かったとしても、動圧が周期的に液体の蒸発圧に達することがある。循環圧力が上昇すると、気泡が破裂して騒音が発生し、システムに衝撃を与えます。さらに、これによって腐食が引き起こされ、不快な騒音も生じます。 　　熱い加圧水が流量制御バルブなどの絞りを通過して圧力が低下すると、特に給湯システム（給水ポンプシステム）で気化が起こりやすい。この圧力の低下により液体が急激に気化し、すなわちスパッタリングが起こり、キャビテーションに似た騒音が発生する。スロットリング後のフラッシュ現象を避けるために、十分なバックプレッシャーを供給する必要がある。一方で、配管の端で流量を制限し、気化によるエネルギーをより広い空間に分散させるべきである。