小川 和彦

In this study, the measurement of the number and size of cavitation bubbles in the biased velocity distribution were performed at nine positions on the downstream side of a butterfly valve. In practical engineering, more than two valves are installed in a series or bends are installed just ahead of a valve to save space. In such cases, the cavitation occurrence will be affected by the biased velocity distribution in front of a valve. In the biased velocity distribution in which the velocity was larger on the nozzle side, there were very small differences in the number of the cavitation bubbles at each position. If a cavitation number was small to some extent, the number of cavitation bubbles at the orifice side also increased due to vena contracta. Moreover, the cavitation bubble occurrence on the nozzle side was more intense than in the biased velocity distribution in which the velocity was larger on the orifice side. Therefore, the installation of a valve where the flow velocity on the nozzle side becomes large should be avoided in actual piping.

バタフライ弁のキャビテーションは、弁後部の大きな流れの剥離と、ノズル側とオリフィス側からの流れの干渉によって発生する。本研究ではこのキャビテーションを避けるために、弁下流側に多孔プレートを挿入することを提案し、実験から騒音を抑制できることを明らかにした。また数値解析によりプレートの多数の孔が弁の圧力回復に役立つことが明らかとなった。バタフライ弁がコパンクトかつ簡単な構造であることから産業において数多く用いられている。多くの耐キャビテーション弁が提案されてきたが、高価で複雑な構造である。多孔プレートは簡単な構造で安価であり、実用上非常に有益である。

従来キャビテーション気泡の大きさと個数の分布は明らかでなく、定量的な考察もなかったが、本研究では初めてこれを明らかにした。弁付近に発生するキャビテーション気泡の直径は、弁開度45度の場合20μmから500μmの範囲であった。弁前縁でのキャビテーション気泡の直径は、弁下流側1dia.での気泡の直径の数倍であり、縮流による前縁での発生が支配的であること、下流へと流れるにしたがって気泡径が分裂、縮小により増加することが明らかになった。