バブルトラブルを払拭する

2021 年 9 月 24 日 - 最終更新日 2021 年 9 月 24 日 09:01 GMT

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ABBの食品・飲料グローバルセグメントマネージャーであるブリス・アイザクソン氏はデイリー・レポーターに対し、キャビテーションの原因について語り、最新の可変速ドライブ（VSD）でどのように防止できるかを説明した。

乳業界で生および最終液体製品を輸送するために使用されるポンプ システムは、キャビテーションという厄介な問題の影響を受けることがあります。 機器の寿命が短くなり、高額なメンテナンスや交換が必要になるだけでなく、乳脂肪球に損傷を与え、製品の品質が低下する可能性もあります。

キャビテーションは、ポンプ システムが液体に局所的な静圧の急速な変化を与え、気泡や空隙を生じさせるときに発生します。 この液体から気泡への移行が起こる時点は、汲み上げられた液体がその蒸気圧を下回るときです。

たとえば、通常の大気圧では、液体の水は沸点 100°C で水蒸気 (蒸気) に変わります。 しかし、圧力が下がると蒸気点も下がります。 圧力が真空まで下がった場合には、室温でも転移が起こる可能性があります。 牛乳や水に加えて、定置洗浄 (CIP) プロセス中など、同様の特性を持つ他の液体にも同じ移行が適用されます。

乳製品プラントでは主に遠心ポンプが使用されます。 ポンプのインペラが回転すると、ブレードの前面に高圧が発生します。 同時に、ブレードの背面には低圧力がかかります。 状況によっては、液体が蒸発し、メイン画像に示すように気泡が発生します。

これらの蒸気泡は高圧領域に達すると崩壊します。 爆縮により衝撃波が発生します。 これにより、ポンプを通過する石のような特有のゴロゴロ音やひび割れ音が発生します。

アイザクソン氏は、多数の小さな爆縮の累積的な影響は、時間の経過とともにポンプの性能に重大な影響を与えるだけでなく、製品の品質にも影響を与える可能性があると述べました。 キャビテーションは、磨耗や金属表面疲労により、最終的にはポンプ インペラ、ハウジング、その他のポンプ システム コンポーネントに損傷を与えます。

キャビテーションはポンプの寿命を 50% も短縮する可能性があり、最も極端な場合には数分でポンプが破損する可能性があります。 表面疲労によりインペラブレードから金属粒子が放出されるため、製品の安全性と品質も危険にさらされる可能性があるとアイザクソン氏は付け加えた。

キャビテーションを回避するために、システム設計者とメンテナンスエンジニアは、キャビテーションの発生を検出し、それに応じてポンプ動作を変更する方法を検討する必要があります。

Isaksson 氏は、可能性の 1 つは、キャビテーションに伴う圧力の変化を監視するためにスタンドアロンのセンサーを使用することであると述べました。 ただし、現在は、よりコスト効率が高く、簡単なオプションがあります。 それは、新世代のインテリジェント VSD の拡張機能を使用することです。

エネルギー効率の利点に加えて、ABB の産業用ドライブなどの一部の VSD には、アンチキャビテーション ソフトウェアが組み込まれています。 これにより、追加のコストや外部センサーの複雑さを伴うことなく、キャビテーションを防止することが可能になります。

ポンプのトルクと速度を測定するアルゴリズムは、専用のアンチキャビテーション ソフトウェアに組み込まれています。 これにより、VSD はキャビテーションが発生していることを示す特定のパターンがないか、ポンピングプロセスを常に監視できるようになるとアイザクソン氏は述べています。

測定はポンプ シャフトから直接行われるため、検出に遅延はありません。 つまり、応答はほぼ瞬時に行われます。 キャビテーションを検出すると、VSD は圧力の変化に反応してポンプ速度を自動的に調整します。 ポンプのキャビテーションが停止するとすぐに通常の動作が再開されます。

アンチキャビテーション動作は、液体を最適な流量でポンプ輸送できるため、乳業にとって特に有益です。 同時に、ポンプは、キャビテーションの発生を引き起こす可能性のある流れや排水渦の変化に自動的かつ即座に調整できます。 たとえば、これにより、製品の品質を損なう泡や泡を発生させることなく、タンクを底部まで迅速かつ効率的に汲み出すことができます。

ポンプのキャビテーションは乳業界にとって重大なリスクです。 最終製品に損傷を与え、ポンプ動作に重大な支障をきたし、ポンプの修理や交換が必要になる場合もあります。

新世代のインテリジェント VSD を使用すると、キャビテーションの問題にローカル、ドライブ内でリアルタイムに対処できると Isaksson 氏は述べています。 センサーや追加の制御は必要ありません。 必要な追加作業は、動作パラメータを設定することだけです。

その結果、完成した乳製品の品質を維持しながら、ポンプシステムを最大限の効率と信頼性で動作し続ける正確で瞬時の制御が実現します。

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