空気圧システムにおける流れの詰まりの原因と性能への影響

空気圧システムが突然効率を失い、シリンダーの動きが鈍くなった場合、エンジニアはしばしば、ある重大な原因を見落としてしまいます。この現象は、システムの性能を静かに低下させ、コストのかかるダウンタイムとオペレーターのフラストレーションを引き起こします。適切な理解がなければ、スムーズな操作のはずが、高価な頭痛の種になってしまいます。

空気圧システムにおける流れの詰まりは、空気の速度が音速に達したときに発生する (マッハ1¹)の流量制限の最も狭い点で、上流の圧力上昇に関係なく超えることのできない流量の上限を作り出す。 この制限は、システムの潜在的な性能を根本的に低下させる。

Bepto Pneumaticsのセールス・ディレクターとして、私は数え切れないほど多くのエンジニアが、その製品の不可解な性能低下と格闘しているのを目の当たりにしてきた。 ロッドレスシリンダー² アプリケーションつい先月、ミシガン州の自動車工場のロバートというシニア・メンテナンス・エンジニアが、生産ラインの40%の速度が突然低下したことに困惑して、私たちに連絡してきました。答えは？誰も適切な診断をしていませんでした。

目次

• 空気圧用途におけるチョークドフローとは？
• システム内のチョークドフロー症状をどのように特定するか？
• チョークドフローの主な原因は？
• チョークド・フローの問題を予防・解決するには？

空気圧用途におけるチョークドフローとは？

チョークド・フローを理解するには、制限を通過する高速の空気の動きの背後にある物理を把握する必要がある。

チョークドフローとは、下流圧力が上流圧力の約53%を下回り、空気速度が制限点で音速に達したときに、任意のオリフィスまたは制限を通過して達成可能な最大質量流量を示す。

音速を支える物理学

圧縮空気が狭くなった通路を加速すると、圧力が低下する一方で速度が増加します。空気が音速（室温で毎秒約1,125フィート）に達すると、下流でさらに圧力が低下しても流量を増加させることはできません。これが「詰まった」状態を作り出します。

臨界圧力比

空気圧システムにおけるマジックナンバーは0.528である。 臨界圧力比³.下流圧力が上流圧力の52.8%を下回ると、下流圧力がどれだけ低下してもチョークドフローが発生する。

システム内のチョークドフロー症状をどのように特定するか？

流れが詰まる症状を早期に発見することで、コストのかかる生産の遅れや機器の損傷を防ぐことができます。

主な指標には、供給圧力が十分であるにもかかわらずシリンダーの動きが予想より遅い、排気ポートから異常なヒスノイズが発生する、サイクル時間が一定しない、供給圧力を上げても流量が増えない、などがあります。

パフォーマンス指標

最も明らかな症状は、供給圧力を上げてもシリンダー速度が改善しない場合です。ロッドレスシリンダーが80 PSIで供給されても120 PSIで供給されても同じ速度で作動する場合は、フローが詰まった状態になっている可能性が高い。

アコースティック・サイン

チョークドフローは、特に排気ポートやクイックディスコネクトフィッティングで顕著な、独特の甲高い汽笛のような音やヒューヒューという音を発生させます。これらの音は、空気が音速に達したことを示しています。

チョークドフローの主な原因は？

流れの詰まりには複数の要因が関与しており、しばしば複合的に作用してシステムの性能を制限する。

最も一般的な原因としては、継手やチューブのサイズ不足、バルブシートの汚染や摩耗、過度のバルブシート交換が挙げられます。 背圧⁴ 制限の多い排気システム、不適切なサイズの流量制御バルブが不必要な制限を作り出している。

コンポーネントのサイズに関する問題

ドイツのシュトゥットガルトで包装機械会社を経営するマリアを手伝ったことを覚えている。彼女の新しい生産ラインは、高級部品を使用しているにもかかわらず、常に業績不振だった。原因は？3/8″流量用に設計されたシステムの1/4″継手。適切なサイズのBeptoクイックコネクツにアップグレードすることで、彼女のサイクルタイムは35%改善されました。

システム設計要因

メンテナンス関連の原因

汚染、シールの摩耗、バルブシートの損傷は、徐々に有効なオリフィスサイズを減少させ、最終的には、適切に設計されたシステムであっても、流れが詰まった状態を引き起こす。

チョークド・フローの問題を予防・解決するには？

効果的なチョークドフロー管理は、適切なシステム設計と積極的なメンテナンス戦略を組み合わせたものである。

予防策には、最大流量に対して適切なサイズの部品を選択すること、圧力比を重要な閾値以上に維持すること、定期的なメンテナンス・スケジュールを実施すること、元の流量特性を維持する高品質の交換部品を使用すること、などが含まれる。

デザイン・ソリューション

最も効果的な方法は、チューブ、継手、バルブ、ポートなど、すべての構成部品のサイジングを、平均的な運転条件ではなく、必要な最大流量に合わせて行うことである。これにより、チョークドフロー状態に対する安全マージンが確保される。

メンテナンスのベストプラクティス

定期的な点検と摩耗部品の交換により、徐々に制限が蓄積されるのを防ぎます。ベプトの交換用シリンダーは、OEMの流量特性を維持しながら、優れた耐久性と短納期を実現しています。

コンポーネントの選択基準

のコンポーネントを選択する。 流動係数（Cv値）⁵ お客様の最大流量要件に適したものをお選びください。OEM部品と交換する場合は、元の流量仕様を維持するか、それ以上の流量を確保するようにしてください。

結論

詰まった流れを理解し管理することで、空気圧システムの性能は、生産性を最大化し、ダウンタイムコストを最小化する、予測可能で最適化された運転へと、イライラするような制限から変わります。🎯

空気圧システムのチョークドフローに関するFAQ