水、ガス、蒸気などの配管を設計する際には、配管内の流体の流速が重要です。
流速が遅い分には問題ありませんが、速すぎると様々な問題を引き起こします。
今回は、配管内の流速が速いとどんな問題が起きるのかについて詳しく解説してみたいと思います。
1. 流速が速いと何が問題？
配管内の流速が速いと次のような問題が発生します。
1-1. 圧力損失が大きくなる
まず、圧力損失が大きくなり、使用先で欲しい圧力が得られなくなる可能性があります。
圧力損失は、 配管壁面と流体との摩擦によって発生し、 流速の二乗に比例して増加していきます。
圧力損失によってほしい圧力が得られなくなると、水の場合は必要な流量が確保できなくなり、 蒸気の場合は温度が低下してしまいます。
そのため、使用先までの距離を考慮して圧力損失が大きくなりすぎないよう注意が必要です。
1-2. 減肉が発生する
流速が速すぎると、 物理的な侵食作用が働き、配管の内壁を削り取っていきます。特に、流速が変化する配管の曲がり部などで発生しやすく、配管穴開きの原因になります。
配管の曲がり部で穴開きが発生した場合は、流速を疑ってみるのもありかと思います。
1-3. 振動する
流速が速すぎると、各所で振動が発生し、それが共鳴することで大きな配管の揺れに繋がる可能性があります。エアヒーターなどで風速が速くなりすぎると、振動によるダクトが外れる原因にもなるため、注意が必要です。
また、振動が日常的に発生すると、配管の荷重を支えるサポートから外れる場合もあり、工場の安定操業にダメージを与えます。
2. 流速を抑える方法は？
配管内の流速は、流体の体積と配管径によって決まります。そのため、流速を抑える方法として、次の２つがあります。
2-1. 配管径を大きくする
配管径を膨らませれば、管内の断面積を大きくできるため、同じ流量でも流速を抑えることができます。
配管断面積が、２倍になれば流速は半分になります。ただし、過剰に大きくしすぎると配管コストが大幅に上がるので注意が必要です。
2-2. 流量を減らす
同じ配管径で流速を抑えるには、流量を減らすのも方法の１つです。
流量を減らすには、バルブを絞ったり流量調整用のオリフィスプレート（穴の開いた板）を入れてやるのが有効です。配管の施工しなおしが大変な場合はこちらの策が有効です。
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【配管】配管流速の計算方法
3. まとめ
- 流速が速いと圧力損失、減肉、振動が発生する。
- 流速は流量と配管断面積で決まる。
- 流速を抑えるには配管径大きくする方法と流量を減らす方法がある。
以上です。
どの程度の流速が一般的かは、流体によって変わるので一概には言えませんが、水だと大体2~3m/sといわれています。ただ、使用用途によって最適な値は変わるので圧力損失と流速の両方の値を見ながら設計を進める必要があります。
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