基础讲座|精密泵技术 6-1. 关于气蚀

以前讲述了膜片泵的脉动所涉及的问题点(“2-3. 脉动 惯性阻力”“3-1. 过溢现象引起的故障”),在此说明另一个重要的问题——气蚀。
气蚀这一术语原本被用于螺旋泵等旋转泵。
虽然与气蚀本质不同,但是为了帮助大家理解,我举另一个例子。这是啤酒的话题。

这是刚从冰箱取出、冷冻得很好的瓶装啤酒。当然盖上了瓶塞。此时,瓶中的啤酒完全不发生气泡。
但是,一打开瓶塞,气泡就从啤酒冒出来。
当温度高时,剧烈摇晃瓶子时,大量的气泡喷出。这到底是怎么回事呢?

请大家回忆气囊的内容。我已经讲过,压力越高,空气就会越多地融入液体中。(以下假设温度恒定)
对于啤酒的情形,只需将“气囊替换成啤酒瓶”,并将“空气替换成二氧化碳”,实质是一样的。
因此,在打开瓶塞前的啤酒中,融入了几个大气压的二氧化碳。一旦打开瓶塞,压力就会降到大气压,因此多余的二氧化碳变成气泡逸出。
也就是说,在几个大气压下的溶解量与大气压下的溶解量之差已经不能融入啤酒中,于是变成气泡。
在该状态静置一段时间,气泡的发生逐渐减少,最终完全不冒气泡。这意味着二氧化碳的溶解量与大气压平衡。绝不是啤酒中的二氧化碳完全消失了。

让我们分析用膜片泵输送二氧化碳的溶解量与大气压平衡的啤酒(也就是排了气的啤酒)。

现在储罐中的啤酒处于排气状态,也就是说,变成了二氧化碳只溶解了与大气压平衡的量的状态。此时假设泵被设置在罐的上方。(图1)的(1)
当泵为(2)的状态时,泵头中的压力与大气压平衡,啤酒不会释放二氧化碳。

接着,如(3)那样,膜片朝后方移动时,泵头内部的压力降低,将会怎么样呢?(波以耳定律:参照“4-1. 气囊的原理”
就是再次发生气泡。

在已经下降的压力下,多余的二氧化碳被释放,直到达到饱和量(在某一压力下,不能再溶解的量)。如果进入该状态,不仅啤酒进入泵头内,而且变成气泡的二氧化碳也会进入,泵的性能将明显变差。另外,如果吸入侧的配管阻力大,更容易发生气体。

对于这种情形,制成压进配管有效

因此,即使膜片朝后方移动,也不会发生气体,啤酒顺利进入泵头里面。
但是,这以吸入侧配管的压力损失小为条件。具体来说,使啤酒从高处流到低处的力如果大于“泵头内的压力降低部分与吸入侧配管等的压力损失之和”,就不会从(排气的)啤酒发生气泡。
此方法不仅对啤酒有效,而且对容易发生气泡的液体,例如碳酸水、次氯酸钠等也有效。