کاویتاسیون چیست و چه زمانی رخ می دهد؟

کاویتاسیون می تواند در پمپ ها و سیستم های پمپاژ به شکل ارتعاش و سر و صدا، سبب خرابی شود. خرابی یاتاقان، شکستگی شفت، سوراخ شدن روی پروانه و نشتی مکانیکی آب بندی از جمله مشکلات ناشی از کاویتاسیون است.
هنگامی که مایعی در خط مکش یا نازل مکش پمپ می جوشد، گفته می شود که “چشمک می زند” یا “حفره می زند” (تشکیل حفره های گاز در مایع). این زمانی اتفاق می افتد که فشار وارد بر مایع کمتر از فشار بخار مایع باشد. آسیب زمانی رخ می‌دهد که این حفره‌ها یا حباب‌ها به ناحیه‌ای با فشار بالاتر از پمپ عبور می‌کنند، معمولاً فقط از نوک پره‌ها در «چشم» پروانه عبور می‌کنند و سپس فرو می‌روند یا «منفجر می‌شوند».

شاید یک پمپ گریز از مرکز داشته باشید که به نظر می رسد پر از سنگ، مرمر یا شن است. این نشانه کاویتاسیون است – اگر علت را ردیابی نکنید، می تواند پمپ شما را از کار بیندازد. اما به هر حال کاویتاسیون چیست؟

کاویتاسیون چیست؟

تعریف اصلی کاویتاسیون چیزی است که در یک پمپ زمانی رخ می دهد که فشار ساکن مایع از فشار بخار مایع پایین می آید و حباب ها (یعنی حفره های پر از بخار) تشکیل می شوند. یک تعریف کلی تر، تشکیل حباب ها در یک پمپ است، صرف نظر از اینکه چگونه به آنجا رسیده اند.

وقتی این حباب ها در معرض فشار زیاد قرار می گیرند، شروع به ترکیدن می کنند و از اینجاست که مشکلات شروع می شود. هنگامی که این حباب ها می ترکند، می توانند امواج ضربه ای کوچک اما قدرتمند و پرانرژی ایجاد کنند که می تواند به اجزای داخل پمپ آسیب برساند. بیشترین آسیب زمانی رخ می دهد که حباب ها در نزدیکی یک سطح – و در پمپ هایی که در اطراف پروانه قرار دارند، منفجر شوند.

چه مواردی باعث ایجاد کاویتاسیون می شوند؟

برای درک اینکه چه چیزی باعث ایجاد کاویتاسیون می شود، باید به انواع مختلف کاویتاسیون که می تواند ایجاد شود نگاه کنید:

1. مکش هوا
2. گردش داخلی مجدد
3. آشفتگی
4. سندرم پره
5. تبخیر

مکش هوا زمانی اتفاق می افتد که هوا به داخل سیستم کشیده می شود، به دام می افتد و حباب هایی تشکیل می شود. این حباب ها زمانی که به پروانه می رسند می ترکند.

گردش داخلی مجدد زمانی اتفاق می افتد که پمپ نتواند مایعی را با سرعت مناسب تخلیه کند. این به این معنی است که مایع دوباره در اطراف پروانه گردش می کند و از مناطق کم فشار و پرفشار عبور می کند که منجر به گرما و سرعت بالا می شود – که سبب ایجاد حباب های مشکل ساز می‌‌شود و شروع به ترکیدن می کنند.

آشفتگی زمانی رخ می دهد که گرداب هایی در داخل مایع ایجاد می شود. با متلاطم شدن مایع، اختلاف فشار ایجاد می شود و حباب های کاویتاسیون مشکل ساز تشکیل می شوند. هنگامی که از دستورالعمل های عملکرد پمپ تجاوز کنید یا خط مکش پمپ خیلی کوچک باشد، ممکن است آشفتگی ایجاد شود.

سندرم پره معمولاً ناشی از یکی از دو چیز است: یا قطر پروانه خیلی بزرگ است یا محفظه دارای پوششی است که خیلی ضخیم است. در هر صورت، فضای کافی در داخل محفظه وجود ندارد و مایعی که از آن عبور می‌کند به سرعت بالاتری نسبت به پمپ طراحی شده می‌رسد. سرعت بیشتر منجر به فشار کمتری می شود که مایع را گرم می کند و حباب های مخرب ایجاد می شود.

تبخیر با تعریف اصللی کاویتاسیون مطابقت دارد. این رایج ترین نوع است و اغلب به آن “کاویتاسیون کلاسیک” می گویند. یک پمپ گریز از مرکز اساساً یک مایع را هنگام عبور از چشم پروانه می چرخاند. و اگر پروانه درست کار نکند، ممکن است مایع به نقطه جوش خود برسد و منجر به حباب‌های کاویتاسیون تبخیر شده شود. این زمانی اتفاق می افتد که حداقل انرژی مورد نیاز پمپ (NPSHr) بیشتر از انرژی موجود در سیستم (NPSHa) باشد.

چگونه از کاویتاسیون جلوگیری کنم؟

بنابراین، با توجه به این تعاریف، چگونه می توانیم از کاویتاسیون جلوگیری کنیم؟

جلوگیری از کاویتاسیون مکش هوا

هر جایی که پمپ در حالت خلاء باشد منبع بالقوه مکش هوا است. برای جلوگیری از مکش هوا، با جستجو برای هر جایی که ممکن است هوا به داخل سیستم مکیده شود، شروع کنید. بازرسی لوله ها از نظر ترک یا فرسایش ضروری است، و همچنین بررسی اورینگ ها و مهر و موم های مکانیکی ثانویه برای سایش ضروری است.

همچنین می توانید بررسی کنید که آیا مایع کف کننده منجر به تشکیل حباب های هوا می شود یا خیر. هر مایعی که بتواند کف کند نیز می تواند هوا را به پمپ وارد کند. اگر مایع کف‌دار دارید، می‌توانید دور پمپ را کاهش دهید یا گاهی مایع را خالی کنید. کار دیگری که می توانید انجام دهید این است که اطمینان حاصل کنید که مایع پمپاژ شده باعث خراب شدن لوله یا پمپ و اجازه ورود هوا نمی شود.

جلوگیری از کاویتاسیون گردش داخلی مجدد

گردش مجدد داخلی معمولاً زمانی اتفاق می افتد که یک شیر تخلیه در حین کارکرد پمپ بسته بماند. دو کار اساسی وجود دارد که می توانید برای جلوگیری از کاویتاسیون چرخش داخلی انجام دهید:

اطمینان حاصل کنید که شیر تخلیه (1) باز و بسته نیست و (2) به عقب نصب نشده است.
هر فیلتر پایین دستی را بررسی کنید تا مطمئن شوید که مسدود نشده است.

جلوگیری از کاویتاسیون آشفتگی

لوله ها، زانوها و دریچه ها ممکن است برای مقدار مایعی که پمپاژ می کنید کافی نباشند، که می تواند گرداب، اختلاف فشار و تلاطم ایجاد کند. در اینجا کاری که می توانید برای جلوگیری از تلاطم انجام دهید و علت ایجاد حفره است:

از حداکثر دبی مجاز پمپ خود تجاوز نکنید
اطمینان حاصل کنید که تمام اجزا می توانند در برابر فشار مایع پمپاژ شده مقاومت کنند
سعی کنید از تلاطم در خط مکش پمپ، از جمله نحوه اندازه و نحوه مسیریابی آن جلوگیری کنید

جلوگیری از کاویتاسیون سندرم پره

با رعایت این قانون می توان از حفره شدن سندرم پره جلوگیری کرد: فضای آزاد بین محفظه و نوک تیغه پروانه باید حداقل 4 درصد قطر پروانه باشد. هر چیزی کمتر از این باعث ایجاد کاویتاسیون می شود.

جلوگیری از تبخیر

برای شروع، در اینجا یک قانون کلی خوب برای جلوگیری از کاویتاسیون به دلیل تبخیر وجود دارد: NPSHa > NPSHr + 3 فوت. این اکتشافی حاشیه ایمنی خوبی ایجاد می کند، و اگر نمی توانید به آن دست یابید، تعویض پمپ را در نظر بگیرید، مانند استفاده از آن دو پمپ با ظرفیت کمتر به صورت موازی به جای تنها یک پمپ، گزینه دیگر استفاده از پمپ تقویت کننده برای از بین بردن فشار از پمپ اولیه است.

روش دیگر افزایش سطح مایع در اطراف ناحیه مکش است. از دیگر امکانات می توان به کاهش دور موتور در دقیقه اشاره کرد که باعث کاهش فشار هد و سرعت جریان می شود. و در صورت امکان، دمای پمپ و مایع را کاهش دهید.

نتیجه‌گیری: پیشگیری از کاویتاسیون برای یک پمپ سالم حیاتی است

با جلوگیری از کاویتاسیون، کارایی و طول عمر پمپ خود را به میزان قابل توجهی افزایش خواهید داد. مراقب پروانه برای نشانه های سوراخ شدن و خوردگی باشید. و به پمپ گوش دهید تا مطمئن شوید که صدایی مانند کوبیدن تیله در اطراف را نمی شنوید.

منبع : heconic