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キャビテーションの基礎知識
ここではポンプに関する見逃せない現象として「キャビテーション」を紹介します。キャビテーションは放っておくとポンプそのものを破損させる可能性もあり、事前の予防が欠かせないトラブルのひとつです。
そもそもキャビテーションとは何か、どんな現象で何が問題か、そして解決方法についても説明をいたします。
キャビテーションとは？
「キャビテーション（cavitation）」は日本語訳では「空洞化」や「空洞現象」と訳されます。液体などさまざまな物資の中に泡（気泡）が生じる現象を指します。
泡が発生するのは、液体が何らかのきっかけにより低圧になった際、気化を起こすため。
原理は沸騰と同様ですが、圧力が低いと常温であってもキャビテーションは発生します。
ポンプは、水などの液体の圧力を上げ、ほかの場所へと送り込むというのが基本的なメカニズムです。
ただし、液体を吸い込む際、その入口などでは圧力が弱まることがあります。すると、その場所でキャビテーションが起こり、泡が発生するのです。
流速と圧力の関係
そもそもキャビテーションが発見されたのは、船のプロペラ（スクリュー）がきっかけでした。
船のプロペラは、速く回転したほうがスピードが出そうなものですが、そうではありません。
一定の速度以上になると、プロペラの周りの水の流れも速くなり、一部に圧力の低い箇所が生まれ……。ついには水が気化して気泡が発生。
こうなると船の速度は反対に下がり、船では騒音や振動が起こり、プロペラ自体はとうとう壊れてしまいます。
これは「ベルヌーイの定理」という、流体の速度が上がると逆に圧力は下がる原理です。その圧力の低下が液体の飽和蒸気圧まで下がったときにキャビテーションが起こり、気泡が発生します。
この現象がポンプにも当てはまります。管径が細ければ細いほど流れは速くなり、ついにはキャビテーションを起こします。
ただし、ポンプの場合はキャビテーションが発生しないよう、ポンプの口径があらかじめ決められています。
なぜキャビテーションが問題なの？
キャビテーションが問題視されるのは、ポンプが空運転している状態に近くなるため。そもそもが液体の中で稼働する仕様となっていることから、メカニカルシールという、ポンプの軸部分（シャフト）に設置されているパッキンの部品にダメージを与えてしまうのです。
また、気泡が発生するたびに凝縮と消滅を繰り返すのも問題点。これによって振動や音が激しくなり、ポンプの「揚程（ようてい）」、つまり水を吸い上げる高さが下がってしまうことがあります。
ほかにもポンプ自体に腐食や、さらには「壊食（かいしょく）」と呼ばれる現象が起こります。
壊食とは、ポンプがキャビテーションの泡が起こす衝撃波によって表面を破壊させられたり、摩耗させられること。
一見するとただの気泡に見えても、長い目で見るとキャビテーションによる泡は大きな力を持っているのです。
予防と対策
なるべくキャビテーションを起こさないようにするためには
キャビテーションは、ポンプの吸込部の圧力が高くなる場所に設置したり、大きなポンプのインペラ（羽根車）ゆっくりと回し液体を流すことで予防できます。
しかし、スペースが限られていたり、費用面で困難な場合も多く、あまり実現できないことのほうがほとんどです。
それでも、なるべくキャビテーションを起こさないようにする方法はいくつか存在します。
まず、先にも述べましたが、インペラや往復のスピードを遅くすること。そして吸込側の配管を短縮し、配管の直径を太くすることです。
さらに、「押し込み条件」も有効です。「押し込み条件」は、タンクの液面からポンプまでの圧力が吸込側にかかることを指します。
キャビテーションが疑われた場合は、何をチェックするべき？
稼働していたポンプに振動や騒音などの異常が発生した場合には、キャビテーションの疑いがあります。
キャビテーションが原因で不具合か起こっているかどうかは、次のような項目をチェックして判断しましょう。
まず、配管の中にスケールが溜まっているかどうかを確認します。スケールとは、液体に含まれている物質が析出（分離）したもの。たとえ液体が水であってもわずかな成分が溶けており、それが配管の中に溜まっていることがあります。
また、同じように、配管内に異物が詰まっていないか、ストレーナ（網・ろ過装置）にゴミが溜まっていないかをチェック。
流体の温度変化も確かめましょう。
キャビテーションを想定した使い方を
ポンプはそもそもキャビテーションが起こらないように直径なども考慮されていますが、さまざまな条件が重なったりと発生ゼロだとは限りません。
また、使用するうちに吸い込み配管が細いものに変えられたりするなど、起こりやすい条件へといつの間にか変わっていることも。
そこで、ポンプを使用する際には、あらかじめキャビテーションが起こるリスクを念頭に入れておきましょう。
いざ、ポンプにトラブルが発生したとき、すぐにキャビテーションが原因だと気づくことができれば、それだけ早く対処することができます。
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