油圧ポンプの主なパラメータと一般的な問題

创建于03.26

油圧ポンプの主なパラメータと一般的な問題

1.6.4 油圧ポンプのキャビテーションと吸引性能

周知のように、高圧と高速は油圧ポンプのサイズと重量を減らすための重要な方法です。しかし、高速化の障害の 1 つはキャビテーションです。各種ポンプの耐キャビテーション性は、吸入性能によって評価されます。

（1）キャビテーションはよくある問題です。油圧油には微量の空気が溶けています。油圧システムが作動すると、液体の流れの中で、圧力（絶対圧力）が対応する温度での油の空気分離圧力よりも低い場合、ガスが沈殿して泡を形成します。これをキャビテーション現象といいます。これらの泡は液体の流れによって高圧領域に運ばれます。高圧の作用により、泡は急速に破裂し、体積が大幅に減少して凝縮します。周囲の高圧油が高速で体積を満たし、油圧衝撃（ウォーターハンマーとも呼ばれます）を形成します。衝撃圧力は数百MPaに達する可能性があり、振動を引き起こします。衝撃圧力が液体の流れと接触している材料の弾性限界を超えると、金属表面に機械的損傷が発生します。酸性ガスが液体の流れから分離され、酸化や電気化学作用を引き起こす可能性があり、金属表面の腐食損傷を加速します。損傷領域の表面には小さな洞窟があり、損傷は数ミリメートルの深さです。キャビテーションが発生すると、液体は濁って騒音を伴い、ひどい場合には破裂することもあります。

油圧システムでは、圧力が空気分離圧力より低い場合、キャビテーションが発生する可能性があります。たとえば、各種油圧バルブの絞り、小径パイプなどでキャビテーション現象が発生する可能性がありますが、最も注目すべきは油圧システムの心臓部である油圧ポンプです。

油圧ポンプのキャビテーションは、オイルを吸い込む過程で発生します。ポンプのオイル吸入口とオイル吸入室内の絶対圧力は、通常 1 気圧 (0.1MPa) より低いためです。油圧ポンプの吸入室内の全圧が、フィルターやパイプなどの各種抵抗損失を克服し、ポンプ内のスクイザーの動きに合わせて液体の流れを加速させると、残りの圧力が空気分離圧力よりも簡単に低くなり、キャビテーションが発生します。その後、高圧領域でオイルを排出する過程で気泡が凝縮し、キャビテーションが発生します。

キャビテーションは油圧ポンプの寿命を縮め、効率を低下させるだけでなく、油圧システム全体や他の部品に悪影響を及ぼすため、可能な限り回避する必要があります。

（2）油圧ポンプの耐キャビテーション性能と吸入性能を向上させるための措置 油圧ポンプの製造と修理において、油圧ポンプの耐キャビテーション性能を向上させるための措置は次のとおりです。吸入アークの長さを増やすか、オイルの入口方向を変更してオイルの吸入抵抗の損失を減らしたり、遠心力を利用してオイルを吸収したりします。機械的および化学的性質が比較的安定した材料（銅、ステンレス鋼など）を採用し、部品の表面粗さを改善することで作業品質を向上させ、一部の材料（炭素鋼、ステンレス鋼など）の硬度を高めることができます。

油圧ポンプの使用および操作においては、油圧ポンプのキャビテーションを回避するために、できるだけ自吸能力の強い油圧ポンプを選択し、油吸入室の最小吸入圧力（限界吸入圧力）が液体の空気分離圧力よりも高くなるようにする必要があります（空気分離圧力は、液体の種類、温度、空気溶解度に関係しています）。測定結果によると、油温が高く、空気溶解度が高いほど、空気溶解度が高くなり、分離圧力が高くなります。最小吸入圧力と自吸容量は、油圧ポンプの2つの吸入性能指標であり、次のように定義されます。

① 最小吸入圧力は、油圧ポンプが最高速度で正常に油を吸入できることを保証するためのものであり、吸入時に許容される最小圧力を油圧ポンプの最小吸入圧力といいます。

② 油圧ポンプの自吸能力は、大気圧の力を借りて自ら油を吸い上げることができます。自吸ポンプの最低吸入圧力（絶対圧）は大気圧より低くなければなりません。自吸能力は通常、真空度（大気圧と絶対圧の差）で表されます。真空度が高いほど、油圧ポンプの自吸能力は強くなります。

油圧ポンプの正常な作動を確保するには、油圧ポンプの油吸入口の真空度が大きすぎないようにする必要があります。つまり、ポンプの油吸入口の絶対圧力 P2 が低すぎないようにする必要があります。そうでないと、絶対圧力が油の空気分離圧力 PG より低い場合、油に溶解した空気が分離して沈殿し、キャビテーションが発生します。したがって、油圧ポンプの吸入口の真空度を制限するか、吸入口の圧力を高める必要があります。したがって、油圧ポンプの油吸入口の真空度を制限するか、油吸入口の圧力を高めるための対策は、油吸入管の直径を大きくし、油吸入管の長さを短くして局所抵抗を減らし、（ρ v2g2）/ 2と△ Pを減らすだけでなく、油圧ポンプの油吸入高さ HS を制限する必要があることは明らかです。さまざまなタイプの油圧ポンプの油吸入高さは異なりますが、一般的には HS ≤ 0.5m になります。油圧ポンプをオイルタンクの液面より下に設置して逆流を起こす場合（HSが負のとき）は、油圧ポンプのオイル吸入口の真空度を下げる方が有利です。

上記の例から、油圧ポンプの一定速度の条件下では、キャビテーションを回避するために、油圧ポンプの吸入ポートの全圧力を可能な限り増加させる必要があることがわかります。具体的な対策は、次の側面から講じることができます。

①ポンプの吸入管の直径を大きくして液流速度を低下させる。

②油圧ポンプとオイルタンクの液面の高さを短くする。

③ オイル吸入管の先端に大容量フィルターを使用し、油圧ポンプをオイルタンクのオイルに浸漬することで（図n）、抵抗損失を低減します。

④大流量ポンプは高架式オイルタンクを採用しており、オイルタンクは油圧ポンプの上部に設置されており（図o）、逆流を形成します。

⑤ 補助ポンプは、主油圧ポンプの吸入口に一定圧力の油を送るように設定されています。例えば、図Pに示す油圧システムでは、補助ポンプ1が主油圧ポンプ2と3（両方とも同じ油圧モーター4で駆動）の吸入口に圧油を供給し、吸入圧力はリリーフバルブ5によって設定されます。ポンプ2とポンプ3の最大吐出圧力は、それぞれリリーフバルブ6と7によって設定されます。

⑥加圧式オイルタンクを採用し、オイルタンクを密閉し、低圧空気をオイルタンクに導入する。図Qに示すように、加圧式オイルタンクの構成と原理：油圧ポンプ2は完全に密閉されたオイルタンク9からオイルを吸い上げ、オイルタンクは濾過された乾燥空気で満たされる。充填圧力（大気圧よりわずかに高い）は減圧弁5によって設定され、通常は0.05〜0.07MPaである。不適切な圧力を防ぐために、空気圧安全弁4、電気接触圧力計3、アラームが設定されている。燃料タンクの圧力を上げるとオイル内の空気含有量が増えるため、加圧式燃料タンクは特別な場合にのみ使用されます（ジェット旅客機の油圧システムなど）。

⑦低温時に使用されるポンプの場合、油温の低下と粘度の上昇によるキャビテーションを回避するために、オイルタンク内のオイルに加熱対策を講じる必要があります。

油圧ポンプの吸入性能はポンプ自体の構造にのみ関係していることに注意する必要があります。ギアポンプとスクリューポンプの吸入通路は比較的滑らかなので、吸入性能は優れています。ベーンポンプとプランジャーポンプの吸入性能は、入口バルブ分配機構の抵抗により劣っています。入口バルブの流動抵抗が最も大きく、吸入性能は最悪です。

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