エンジニアとして、私は流体力学がいかに重要であり、それがシステムの動作にどのように影響するかを知っています。
しかし、掘削から自動車工学まで、多くの分野で非常に重要であるにもかかわらず、ほとんどの人が注意を払っていない基本的な考え方があります。
これは、流体と気体がシステム内を移動する際に遭遇する抵抗である背圧の概念と関係があります。
バック プレッシャーは、システムがどの程度うまく機能するか、システムが使用するエネルギー量、さらには人々の安全性にさえ影響するため、エンジニアが理解することは重要です。
この記事では、バック プレッシャーとは何か、なぜエンジニアリングにおいて重要なのか、そしてその対処方法について説明します。
では、工学部の新入生でも経験豊富なエンジニアでも、バック プレッシャーの世界に飛び込んで、それが私の設計にどのように影響するかを見てみましょう。
バック プレッシャーの基礎
正式な定義:
流体の流れなど、考慮されている方向とは反対の方向に作用する力による圧力。または、機械工学では、ビットが切断できる速度よりも速い速度でビットが供給されると、抵抗が岩石からドリル ステムに伝達されます。
エンジニアリングにおける背圧の基礎
エンジニアリングと流体力学では、背圧は非常に重要な概念です。
それは、流体がパイプ内を希望どおりに移動するのを妨げる抵抗または力です。
これにより、摩擦損失と圧力損失が発生します。
バック プレッシャという名前はありますが、特定の方向に流れる圧力ではありません。
代わりに、摩擦または誘導された流れに対する抵抗によって引き起こされるのは、システム内の圧力です。
https://en.wikipedia.org/wiki/Back_pressure
背圧の影響
背圧は、流体の流れやエンジンの作動に大きな影響を与える可能性があります。
そこにあると、流体の流れが遅くなり、エンジンの効率が低下する可能性があります。
これにより、より多くの燃料を使用して補わなければならない出力が低下します。
さらに、流れる流体が背圧に打ち勝つために元の圧力の一部を使い果たし、流体内の圧力が低下するため、圧力損失と背圧の間には関係があります。
圧力が低下すると、特定の方法でフロー システムにポンプを配置して、さらに圧力を加える必要がある場合があります。
フロー システムに背圧がある場合、パイプまたはチューブは可能な限り多くの水を移動することができず、パイプライン内のポンプはよりハードに動作する必要があります。
背圧レギュレーター
背圧レギュレータは、独自の入口の上流で設定圧力を維持するタイプの制御弁です。
背圧レギュレーターの入口の流体圧力が設定値よりも高い場合、レギュレーターが開いて圧力を排出します。
背圧レギュレーターはリリーフ バルブのように機能しますが、オンとオフを切り替えるのではなく、定常状態で圧力を制御します。
背圧レギュレーターは、入口の圧力が設定値にとどまるように位置を変更し続けます。
背圧レギュレーターは、圧力レギュレーターとは正反対の動作をします。
減圧弁は常に開いていますが、背圧レギュレータは常に閉じています。
また、上流側の圧力は背圧調整器で、下流側の圧力は減圧弁で制御されます。
背圧レギュレータは、上流システムの圧力を正確に制御することにより、上流システムの圧力を制御および制限します。
気体、液体、混相、超臨界状態の流体を制御できます。
背圧弁
背圧弁は、分離器、処理器、自由水ノックアウトなどの上流システムの圧力が変化しないようにします。
設定値に達すると、上流の圧力が下がります。
背圧弁は、開閉の要となるパイロットが接続され一体となって出てくる一体型弁です。
流れは、プランジャーがある場所からこのバルブを通過します。
ガスがダイヤフラムを押し下げると、流れはプランジャーを押し上げます。
ダイアフラムはプランジャーよりも表面積が大きいため、安定した圧力でこのバルブを閉じた位置に保つことができます。
カオスを受け入れる: エンジニアリングにおける背圧の驚くべき利点
まだわかりにくい？少し視点を変えてみましょう：
体液のスムーズな動きにうんざりしていませんか? 掘削作業が良すぎると思いますか? バック プレッシャーの魔法の世界に目を向ける必要はありません。はい、システムに抵抗を追加すると、物事が遅くなり、エンジニアリング プロジェクトが予測しにくくなるため、エンジニアリング プロジェクトがより興味深いものになります。
したがって、できるだけ効率的であろうとするのをやめて、背圧の混乱を歓迎してください。
とにかく、信頼性と一貫性が必要なのは誰ですか? 物事を変えて、もっと面白くしてください。
わかりました、それはテレビコマーシャルのように見せかけた冗談です。
さて、言われたことに戻りましょう。
背圧は掘削プロセスにどのような影響を与えますか?また、それに対処する方法は何ですか?
掘削時には、掘削者は背圧または「トラップ圧力」を使用して、井戸の底の圧力をより適切に制御します。
背圧で流入を制御する
泥柱の静水圧と環内の摩擦圧に加えて、圧縮できない流体を使用すると背圧が発生します。
この方法により、掘削者は「坑底圧力」と呼ばれる坑井底の圧力をより適切に制御できます。
キックやブローアウトなどのコントロールの問題が起こらないようにするには、ボトムホールの圧力をコントロールすることが重要です。
管理された圧力掘削技術
管理された圧力掘削 (MPD) 技術は、掘削作業で背圧を制御するために使用されます。
MPD とは、リザーバー内の圧力を間隙圧と破砕圧の間に保つ掘削方法です。
この方法は、枯渇した貯水池、狭い間隙圧力/破壊勾配ウィンドウ、深海井戸などの困難な地層での掘削のリスクを軽減するのに役立ちます。
表面背圧法
掘削作業における背圧に対処するもう 1 つの方法は、表面背圧技術を使用することです。
1 つの方法は、穴全体を掘削液で満たすことです。
これを「静泥柱」といいます。
この方法は、坑井の底の圧力を一定に保つのに役立ち、坑井制御の問題のリスクを低下させます。
排気システムで背圧が重要なのはなぜですか? また、排気システムに十分な背圧がない場合はどうなりますか?
排気システムの背圧
排気背圧は、排気システムの油圧抵抗を克服し、ガスを空気中に排出するためにエンジンによって生成される圧力です。
背圧は、適切に機能する排気システムの重要な部分であり、背圧が少なすぎても多すぎても、エンジンの動作に悪影響を与える可能性があります。
不十分な背圧の結果
排気システムの背圧が十分でない場合、さまざまな問題が発生する可能性があります。
背圧が低すぎると、通常、高速出力の不足、燃費の悪さ、さらには過熱によって示されます。
また、十分な背圧がない場合、排出量が増加し、燃料使用量が増加し、出力が低下する可能性があります。
過度の背圧の結果
一方、背圧が高すぎると、エンジンがうまく機能しなくなる可能性もあります。
背圧が高すぎると、排出量が増加し、エンジンがより多くのガスを使用し、エンジンの性能が損なわれる可能性があります。
排気系の制限
排気の流れを遅くすると、排気システムの背圧が高くなりすぎます。
たとえば、触媒コンバーターが詰まっていると、エンジンの呼吸が困難になり、エンジンのパフォーマンスと燃費が大幅に低下する可能性があります。
コンバーターが完全に詰まると、エンジンが停止することさえあります。
マフラーやレゾネーターの内部が壊れた場合も同じことが起こります。
バックプレッシャーの管理
排気システムの背圧を制御するには、システム内の制限を取り除くことが重要です。
これにより、排気がより自由に流れ、エンジンの呼吸が改善されます。
最も一般的な変更の 1 つは、工場出荷時のマフラーを取り除くか、音量の小さいアフターマーケットのものに交換することです。
背圧弁とレギュレータ
背圧レギュレーター
背圧レギュレータは、配管システムの流れと圧力を制御するために使用されるバルブの一種です。
バルブはスプリングで開いたままになっており、スプリングの力はネジで変更できます。
出口圧力が設定値よりも高くなると、バルブが閉じます。
これにより、圧力がさらに低下します。
背圧レギュレーターはリリーフバルブと同様に機能しますが、オンまたはオフにできる圧力保護よりも定常状態の圧力制御に重点を置いています。
用途に応じて、背圧レギュレーターをパイプシステムのさまざまな場所に配置できます。
多くの場合、メーターやポンプの上流で圧力を一定に保ち、敏感な機器を高圧から保護し、化学プロセスの圧力を制御するために使用されます。
背圧弁
入口の上流で特定の圧力を維持するために使用される別のタイプのバルブは、背圧バルブです。
背圧弁は、圧力を制御するためにスプリングを使用しないという点で、背圧調整器とは異なります。
代わりに、ダイヤフラムまたはピストンを使用します。
バルブは必要に応じて開閉し、圧力を制御して流体の流れを一定に保ちます。
背圧弁は、圧力の正確な制御が必要な蒸気およびガス流システム、化学プロセス、および発電でよく使用されます。
また、上流の圧力を制御し、高圧が機器を損傷しないようにするためにも使用できます。
背圧レギュレーターとバルブの違い
圧力を制御する方法は、背圧レギュレータとバルブの主な違いです。
背圧レギュレータはスプリングを使用してバルブを開いたままにし、スプリングの力を変更して圧力を制御しますが、背圧バルブはダイアフラムまたはピストンを使用して必要に応じてバルブを開閉します。
また、背圧レギュレータは定常状態で圧力を制御するために使用されますが、背圧弁は多くの状況で圧力を正確に制御するために使用されます。
例
| 適用される概念: | 説明： |
|---|---|
| 穴あけ作業 | 掘削時の背圧は、硬い岩層を掘削することから生じる抵抗です。ドリル ビットは一定の速度でのみ切断できます。ドリル ステムの供給速度がこの制限よりも速い場合、背圧が発生し、ビットが損傷して穴あけプロセスが遅くなります。エンジニアは、背圧を制御することで、掘削プロセスが適切に機能し、ドリル ビットを損傷しないようにすることができます。 |
| 排気システム | 背圧は、排気システムがどのように機能するかの重要な部分です。エンジンの排気ガスは、システムからスムーズに流れ出る必要があります。背圧が高すぎると、排気ガスがエンジン内に蓄積し、エンジンがうまく機能しなくなります。一方、背圧が不十分な場合、エンジンの出力が低下し、時間の経過とともにエンジンが損傷する可能性があります。エンジニアは、排気システムの背圧を制御することで、エンジンが最高の状態で機能するようにすることができます。 |
| 流体輸送システム | 背圧を使用して、流体が流体輸送システムを通過する速度を制御できます。エンジニアは、システムに抵抗を追加することで、流速を遅くし、高流速によって引き起こされる損傷からシステムを保護することができます。流体輸送システムでは、背圧を制御してシステムが正常に機能するようにするために、背圧バルブとレギュレータがよく使用されます。 |
| 射出成形 | 背圧は、ものづくり、特に射出成形にも使用できます。このプロセスでは、溶融プラスチックが高圧で金型に射出され、背圧を使用して金型キャビティが満たされた状態を維持し、プラスチックが急速に硬化するのを防ぎます。エンジニアは、背圧を適切なレベルに保つことで、射出成形プロセスが適切に機能し、最終製品が高品質であることを確認できます。 |
結論
バック プレッシャーについての説明を終えるにあたり、この考え方はエンジニアリングだけで使用されているわけではないことに注意することが重要です。
実際、背圧の背後にあるアイデアは、私たちの日常生活でも使用できます。
システム内の流体や気体のように、私たちは生活の中でしばしば抵抗に直面し、それが私たちの足を遅らせます。
それは、社会規範に合わせなければならないというプレッシャー、失敗への恐れ、または私たち自身の期待の重みかもしれません。
しかし、エンジニアが設計のバック プレッシャーに対処できるのと同じように、私たちも生活の中でプレッシャーに対処できます。
一歩下がって、目標を再考し、目標を達成するための他の方法を探すことで、人生の問題を乗り越え、頂点に立つことができます。
それでは、背圧を専門用語としてだけでなく、人生のあらゆる部分で使用できる教訓として見てみましょう。
正しい方法で考え、行動すれば、どんな抵抗も克服し、素晴らしいことを成し遂げることができることを忘れないでください。
共有…
