キャビテーションによるポンプの異常音

Question

オイルフィルターの目詰まりが原因でピストンポンプから凄まじい異常音が
発生していました。
原因はキャビテーションなわけですが、フィルターの目詰まりが要因で
起こったというメカニズムをどのように説明したらよろしいでしょうか。

業者さんは本来100流れるオイルが目詰まりにより、50しか流れていなかったので溶解している空気が気泡として発生してきた　と話していました。

フィルターを通ったあとに圧力が急激に低下したわけだと思いますが、
通過したあとに流速が上がったという考えになるんでしょうか？

要はフィルターの目詰まりを原因とする気泡の発生するメカニズムを
工学的にわかりやすくどのように説明したらいいかを教えていただけると
助かります。

Answer

Ｑ１
フィルターの目詰まりによるキャビテーションの発生を「圧力の低下」
という観点からは説明することは可能なのでしょうか？
Ａ１
ＹＥＳです。
ポンプの吸い込み力で、圧力が低下しますと油が常温でも気化して
ポンプがエア噛み状態と同じようになります。
これが、キャビテーション発生につながっていると説明下さい。

Answer

二つの大きな間違いがあります

減圧　＝　流速によって発生する考えているのが　まちがいのもとです

ポンプから吐き出す量とポンプに供給側が釣り合ってる状態が通常時です
フィルタが詰まっていると
供給側が不足するので　供給側の圧力が下がります
単に不足したから圧力が下がっただけです

簡単に言えば
ペットボトルを吸った状態と同じです

下がったままだと釣り合いがが取れないので　どこかから何かを持ってこないといけません
業者さんの言う
>>溶解している空気が気泡として発生してきた　
がそれです

ちなみに液体に空気が溶けないと思われがちですが
炭酸水が良い例です

また
キャビテーション＝流速によって発生と思われているようですが違います

水の沸点は100度です　富士山の上で水を沸騰させると100度以下で沸騰します
もっと気圧を下げると常温でも沸騰します
↑
これは油でも一緒です

泡の発生も流速とは関係ありません

なぜ、流速　＝　キャビテイションと誤解されているのか
プロペラなどで水を流すとキャビテーションが発生するので誤解されてますが
プロペラで急激に水を流すと流れているところと、これから流れようとするところが発生しますその狭間は供給不足になるので減圧されます

減圧されるとそれを補おうとして解けていた空気が泡になります
それでも足らないと沸点が下がり沸騰して泡が発生します

オイルフィルターの目詰まりが原因でピストンポンプから凄まじい異常音が
発生していました。

とありますが

私の経験では
キャビテーションによる音はすさまじいものだとは思えません
どちらかと言うとポンプの逆流だと思いますよ←ポンプ形状にもよるけど

リンク先より抜粋
水の圧力が低下すると、なぜ泡が発生するのでしょうか。まず考えられることは、水には圧縮応力には強いが引張応力には弱くすぐ離れてしまう性質がありますので、流れの中に水圧がゲージ圧で0（またはそれ以下）になる箇所があれば、空洞ができる可能性があります。つぎに、水が沸騰する温度は圧力が下がると低くなります（水柱0.125mの圧力下では10℃で沸騰）ので、常温付近でも沸騰して蒸発することがありえます。また、水の温度を上げるか圧力を下げるかしていって、空気溶存の飽和状態にまで達すると、余分な空気を吐き出してしまうことになり、これによっても泡をつくり出す可能性があります。これらが総合されてキャビテーションの泡になるのだと言われています。

どこをどうよんでも
圧力しか書いてませんが
内容はわたしの回答と一緒

流速によって圧力が変るのは
流れているところと流れていないところがある場合です
（流速によってではなく流速差によってです）

リンク先の写真では泡の前にある
羽のようなもので羽の後ろ側は流速が遅く（羽の影だから）巻き込まれている
その速度差による低圧部でキャビテーションが発生している

キャビテーションの説明では
このように流速を利用したりするもので説明するので
流速　＝　泡となっているだけです
また、キャビテーションの実害も上記の例が多いからそう誤解されているのでしょう

ちなみに上記リンク先の羽がなければ流速を早くしてもキャビテーションはおきません

指を引っ張るとボキと言う音がしますよね
あれもキャビテーションによる泡です
近年わかってきた

TV世界で一番受けたい授業でもやっていましたが
放送終了
http://72.14.235.132/search?q=cache:5JPZi3Pvfr8J:tv.biglobe.ne.jp/20090314/P19/comment.html+%E6%8C%87%E3%82%92%E9%B3%B4%E3%82%89%E3%81%99%E3%80%80%E4%B8%96%E7%95%8C%E3%81%A7%E4%B8%80%E7%95%AA%E5%8F%97%E3%81%91%E3%81%9F%E3%81%84%E6%8E%88%E6%A5%AD&cd=4&hl=ja&ct=clnk&gl=ci

世界一受けたい授業  3/14放送分
19:56-20:54 （58分）　日本テレビ  
(24076375)
解説：　講師陣は、文京学院大学准教授・樋口桂さん、ブラックスミス研究所所長、リチャード・フラーさん、横浜国立大学名誉教授・渋川祥子さん。樋口さんは”指を鳴らしたときの音は何か””

指を引っ張ると間接内の体液の圧力が下がり
泡が発生し　その破裂音でボキとなるわけです

間接内なので流速は関係ありません
しかし、キャビテーションは起こるわけです

何度も書きますが
実害があるのは流れのあるときなので　流れと勘違いされているようですが
単純にパイプなどを流しただけでは　キャビテーションは発生しませんよ

流速で起こるときは必ず速度差が起こる狭間です

Answer

言葉足らずで申し訳ありません

小生はいきなり「真空になる」と書きましたが、これは油が圧縮性が極めて少ないことから、負圧側に関しても圧力の低下の過程はきわめて短時間で、真空に移行することからです。すなわち、５００ｍｌの吸込み側の配管の中に４００ｍｌしか油がない状態は、圧力の低下を通り越して真空１００ｍｌと油４００ｍｌで構成されているはずです。これを圧力の低下とするなら？？？

昔中学の物理の時間で習った「トリチェリー真空」を思いでしてください。
水銀のない部分が圧力が低下しているのではなく、真空状態です。

お分かりですか！！！

Answer

フィルターの目詰まりにより、本来の設計流量以下しかポンプ側に来ないことで、ポンプ内部が「圧力の低下」しているのです。
その結果として設計時に予想されなかったキャビテーションの発生し易い状況が起こった訳です。仮定の話ですが、フィルターが目詰まりしていなくても設計をはるかに超える流量をポンプが送り出そうとする(高回転等で)とキャビテーションは発生します。これがネット検索された「液体中に存在する～気泡が発生する」ことです。
判り易い例では船のプロペラは高速回転させません。海水は常圧ですが、
プロペラを高速回転させるとプロペラ表面に負圧が発生し、キャビテーションが起こって推進効率が悪化するからです。

Answer

フィルターの能力がポンプの吐出（吸込み）能力を下回ると、ポンプの吸込み側に真空状態の部分が出来ます。これはポンプとフィルターの間の配管の主にポンプの位置口付近に発生します。ピストンのストロークにより出来た空間を油で満たすことが出来なくて発生します。
ここをわかってください！！！
フィルターの周りには油はたっぷりありますが、目詰まりでポンプ側へいけません。それなのにポンプは与えられた仕事を達成しようとして、吸込み口から脂を吸込もうとします。結果として、フィルターとポンプの間の配管は収支が合わないために真空となります。

真空状態のときの油の含有空気量は、大気圧の時の油の含有空気量より小さいことから、油の中に溶け込んでいた空気が真空の部分に飛び出してきます
飛び出した空気は壁に当たるまで、仲間の空気と衝突して成長し、壁に当たって崩壊します。これがキャビテーションです。キャビテーションの説明は小生がするより、ネットで検索したほうが適切な説明がしてあります。

参考になれば！！！

「真空状態のときの油の含有空気量は、大気圧の時の油の含有空気量より小さいことから、油の中に溶け込んでいた空気が真空の部分に飛び出してきます」

液体（水や油）に空気が溶け込む（含有する）ことはご存知だと思います。
溶け込める限界値（含有限界値）が液体の温度と圧力に依存します。温度が高くなると空気の含有限界値が小さくなり、薬缶の内側に気泡が出来る減少がこれを現しています。同様に圧力が下がると含有限界値が下がり空気が液体から出てきます。

定義？そう思ってください

もう１つは考える範囲を変化のあったフィルターからポンプの間に限定して考えることです。ポンプから吐き出される油の圧力が下がるのはその結果です。そこの部分（ポンプ以降）は考える必要がありません。

フィルターの目詰まりが原因で起こるキャビテーションによるポンプの異常音