كاویتاسیون در پمپها
كاویتاسیون در پمپها

كاویتاسیون در پمپها

به نام حق تعالی

پدیده كاویتاسیون (Cavitation) در پمپها :

در یك سیستم هیدرولیكی با افزایش سرعت سیال،فشار منطقه ای پایین آمده تا حدی كه برابر فشار سیال در آن منطقه گردد.یا به عبارتی فشار سیال خاصی در دمای ثابت به حد كافی كاهش یافته ،بخار شده یا بجوش آید.(فشاری كه سیال در آن تبخیر میشود فشار بخار نامیده میشود)،اگر تبخیر درون پمپ حاصل گردد ،یعنی حبابها پس از طی مسیر كوتاه به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشوند و امواج ضربه ای ایجاد میكنند كه بین مرز سیال و سازه ضربه وارد كرده ،ایجاد فرسایش و خوردگی میگردد.

از آنجائیكه سطوح تماس اینگونه حبابها با پره های پمپ بسیار كوچك میباشند و نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجار به پره ها وارد میكنند،باعث خوردگی پره ها شده و به تدریج حفره های بزرگتر تشكیل میگردد.این مرحله را Cavitation Pitting or Cavitation Erosion مینامند.

در شكل زیر فروپاشی یك حباب كاویتاسیون نزدیك به یك مرز جامد را نشان میدهد.

عوامل موثر در پدیده كاویتاسیون:

1-عوامل هندسی شامل :

1-1-ناهمواری سطحی پره ها ،خصوصا برامدگیها و فرو رفتگیهای موضعی

1-2-درزهای ساختمانی و كریستالی

1-3-جدا كننده جریان و دفلكتورها (Deflector & flow splitter)

1-4-دهانه مجاری و لوله (Pipe & Port of Ducts)

1-5-شكل نازل ورودی

1-6-تغییر در شكل عبور جریان (Change of water passage shape)

1-7-انحناء یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه (Misalignment of conduit)

2-عوامل هیدرو دینامیكی :

2-1-دبی مخصوص

2-2-سرعت جریان سیال

2-3-عملكرد پمپ

2-4-توسعه لایه مرزی

3-عوامل دیگر:

3-1-انتقال حرارت در طی عمل پمپاژ

3-2-درجه حرارت سیال

3-3-تعداد و اندازه حبابهای موجود در سیال

3-4-پراكندگی هوا

انواع كاویتاسیون كه ممكن است در پمپها رخ دهد عبارتند از:

كاویتاسیون تبخیری (نارسایی NPSHa) :

شایعترین نوع كاویتاسیون می باشد و حدود 70% از كاویتاسیون ها را در بر می گیرد. برای جلوگیری از این نوع كاویتاسیون، مقـدار  NPSHa درسیستم باید از مقدار NPSHr حداقل انرژی مورد نیاز پمپ كه توسط كارخانه سازنده توسط منحنی هایی به همـراه  كاتالوگ پمپ ارائه می گردد  بیشتر باشد.برای جلوكیری از صدمات ناشی از این نوع كاویتاسیون، راهكـار هـای زیر پیشنهاد می گردد.

1-كاهش دما كه مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را كاهش میابد این وقتی خواستید كـه سیال با دمای بالا را پمپ كنید بسیار باید به این نوع كاویتاسیون دقت كنید.  

  1. افزایش تراز مایع در مخزن مكش كه مقدار هد ااستاتیكی را افزایش می دهد.
  2. بهبود و اصلاح پمپ شامل موارد زیر:

3-1- كاهش سرعت كه مقدار Hf(هد ناشی از افت) را كاهش می دهد.

3-2-افزایش قطر چشمه پره

3-3- بكار بردن دو پمپ كوچكتر بصورت موازی كه موجب كاهش افد هد می شود.

در این شرایط مایع مجبور می شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه كم فشار آن در عرض پره بازگردش كند. وقتی در قسـمت مكش یا تخلیه جریان گردابی ایجاد می شود كه ناشی از سرعت بالای سیال می باشد جریان سیال برعكس شـده و در خلاف جریان حركت جریان عادی سیال باز گردش می كند.

گردش سیال باعث میشود كه قطر مفید عبور سیال در قسمت مكش و تخلیه كاهش یابد و باعث كاهش فشار سیال گـردد  (مطـابق  اصل برنولی). با كاهش فشار و رسیدن فشار به فشار بخار سیال پدیده كاویتاسیون ایجاد میشود.

این نوع كاویتاسیون به دو حالت اتفاق می افتد :

اول اینكه مایع داخل محفظه پمپ با سرعت موتور باز گردش كرده و یكباره حرارتش افزایش پیدا كرده و فوق گرم می شود.دوم وقتی كه سیال مجبور می شود كه از میان آب بند ها و درزهای بین قطعات به سرعت عبور كند در این حالت حرارت بالا باعث تبخیر خواهـد  شد.صدمات ناشی از كاویتاسیون در پمپ های باز بیشتر در لبه تیغه های ایمپلر سمت چشم پره و در نوك تیغه ها تا قطر خارجی ایمپلر  اتفاق تبخیر می افتد. در پمپ های با ایمپلر بسته این صدمات روی نوار های سایشی بین پره و بدنه محفظه ایجاد می شود.برای بهبود و تصحیح شرایط در حالت ایمپلر باز باید ایمپلر را به گونه ای تنظیم كرد كه تلرانس بین تیغه ها و محفظه دقیقا تصحیح شـود .در پمـپ هـای پـره    بسته امكان تصحیح شرایط نیست اما لازم است جریان محصور شده در قسمت تخلیه پمپ آزاد شود. فضای آزاد بین نوك پره و زبانه باید معادل 4% قطر پره باشد. صدمات ناشی از این نوع كاویتاسیون بیشتر در نوك تیغه های خارجی پره و پشـت زبانـه، روی دیواره محفظـه داخلی دیده می شود.

كاویتاسیون از نوع مكش:

مكش هوا می تواند به اشكال مختلف در لوله ها و نقاط دیگر پمپ اتفاق به افتد. مثلا در صورت ایجاد خلاء در پمپ، هـوا می توانـد بـه درون لوله ها وارد شود. یكی ازاین نمونه ها پمپ بالاكش (Lift pump) می باشد. هوا از راههای زیر می تواند وارد پمپ شود :

1-آببند شفت پمپ

2- آببند ساق متصل به صفحه شیر در لوله مكش

3- رینگ های اتصالی لوله مكش

4-واشر های آب بند صفحه فلنج در اتصالات لوله

5- اورینگ ها و اتصالات پیچی در قسمت مكش

 6- اورینگ ها و آب بندهای ثانویه در آب بندهای تك

 7-  سطوح آب بندهای مكانیكی تك

8- از طریق حباب ها و حفره های هوا در لوله مكش

9-  از طریق مایعات كف كنند

راه های جلوگیری از كاویتاسیون نوع مكش هوا:

1-  آب بندی و بستن تمام سطوح، صفحات فلنج ها و واشر ها

2- درزبندی و بستن رینگ های آب بند و آببندهای ساقه متصل به صفحه شیر در لوله مكش

3-  نگه داشتن سرعت سیال به میزان 8 فوت بر ثانیه (با افزایش قطر لوله)

4-  استفاده از آب بند های مكانیكی دوبل

روشی جدید برای تشخیص كاویتاسیونن در پمپها :

موسسه IREQ در كانادا روش جدیدی را ارائه داده است كه با مطالعه وضعیت ارتعاشات محور پدیده فوق بدقت مورد مطالعه قرار می گیرد. اصول و مكانیزم كار این روش بر پردازش سیگنالهای ارتعاشی محور توربین میباشد،كه توسط سنسورهای ارتعاشی نصب شده بر روی یاتاقانها اندازه گیری میشود.با پردازش این سیگنالها می توان محل و میزان شدت كاویتاسیون با دقت مناسبی تعیین و مشخص كرد.

مزایای این روش عبارتست از :

1-تشخیص و محل یابی دقیق كاویتاسیون

2-وضعیت بهره برداری كه تحت آن پدیده سایش رخ میدهد ، دقیقا مشخص میشود.

3-امكان اعمال تمهیدات پیشگیرانه میسر است.

4-بازرسی دوره ای لازم نمیباشد.

5-تعمیرات پر هزینه ،نیاز ندارد.

6-افت های عملكرد كاهش میابد.

 

با تشكر و توفیق روزافزون – یوسف امای

1396-8-4
0 108

لطفا در مورد این مطلب نظر دهید

تجارت امن و پایدار
" ترخیص کالای خود را با آرامش خاطر به ما بسپارید "