0
04136674922

کاویتاسیون در پمپ ها

کاویتاسیون

تشکیل و در پی آن از بین رفتن حباب های بخار در یک سیال، حین عملکرد دینامیکی، کاویتاسیون نام دارد. در این زمان فشار محلی می بایست برابر فشار بخار مایع یا کمتر از آن باشد تا کاویتاسیون شروع شود. حباب های گاز یا بخار با کمک جریان سیال به منطقه ای که فشار بالاتری نسبت به فشار بحرانی دارد راهنمایی می شوند (جایی که بخارات ناگهان کندانس شده و شوک فشاری شدیدی ایجاد می نمایند. لذا ممکن است مشکل مهم و خطرناک مکانیکی به وجود آورند). گازهای محلول در آب ممکن است کم کم آزاد شده و شبهه وقوع کاویتاسیون ایجاد نمایند، در حالی که کاویتاسیون واقعی ناشی از بخار شدن سیال است.

البته این پدیده غیر از تبخیر در اثر جوشاندن یعنی افزودن گرما و کاهش فشار استاتیکی بدون عملکرد دینامیکی می باشد. معمولاً زمانی از کاویتاسیون صحبت می شود که ناهمگونی مکانیکی ماکروسکوپی در اثر تغییر پارامترهای هیدرودینامیکی مطرح باشد. حال آنکه پدیده جوشیدن حاصل از فلوی حرارتی و دما است. اما در هر دوی آن ها، به وجود آمدن حباب های ناشی از ناهمگونی میکروسکوپی بین فشار داخلی و خارجی است. هر چند علت آن در کاویتاسیون، افت فشار خارجی و در جوشیدن بالا رفتن فشار داخلی است.

 

 

معمولاً کاویتاسیون را با اثرات آن می شناسند. اثرات کاویتاسیون عبارتند از:

  • تغییرات مشخصات هیدرودینامیکی جریان
  • تخریب متریال و مصالح پمپ
  • تولید صدا و اگر قدرت کافی باشد ارتعاشات

 

انواع کاویتاسیون

کاویتاسیون را بسته به ویژگی هایش می توان به انواع زیر تقسیم کرد: 

١- کاویتاسیون متحرک: 

زمانی که حباب های منفرد یا ابر حبابی در نقاط کم فشار جریان سیال، به وجود آیند و همراه جریان سیال، سیلان نمایند (اول به وجود آمده و گسترش می یابند، سپس ناگهانی مضمحل می شوند) می گویند کاویتاسیون متحرک وجود دارد. 

 

٢- کاویتاسیون ثابت: 

زمانی به وجود می آید که جریان در حال جدایش از یک سطح صلب می باشد و نشان دهنده جوشش توربولانس در سطح جدایش می باشد. سیال در مجاورت منطقه کاویتاسیونی حفره های نسبتاً کوچک و متحرکی را شامل می شود که در بالا دست جریان رشد کرده و در منطقه پایین دست جریان از بین رفته و ناپدید می شوند.

 

٣- کاویتاسیون چرخشی: 

معمولاً در بخش میانی جریان به وجود می آید مثل وسط لوله مکش پمپ، این نوع کاویتاسیون دارای عمر کمتری نسبت به سایر موارد می باشد. 

 

۴- کاویتاسیون ارتعاشی: 

این نوع کاویتاسیون بر روی سطح صلب در جایی که فشار بحرانی تبخیر به علت حرکت نوسانی سیال مهیا می شود به وجود می آید. این نوع جریان مثلاً در محفظه خنک کننده موتورهای احتراقی یافت می شود. 

 

 

فرسایش حاصل از کاویتاسیون: 

فرسایش عبارت است از برداشتن فلز در نتیجه تنش های نقطه ای حاصل از ترکیدن حباب های بخار کاویتاسیون در سطح فلز. در یک محیط خورنده میزان خسارت به دلیل از بین رفتن سطح خورده شده، در حین عمل سرعت بیشتری دارد. هر چند در موقع طراحی پمپ ها سعی بر جلوگیری از کاویتاسیون است، اما این امر همیشه میسر نیست (به خصوص در ظرفیت های پایین تر از ماکزیمم راندمان پمپ). این حقیقت را باید درک کرد که عملکرد در جریان های کم نمودار NPSH نمی تواند آن گونه ای باشد که به طور کامل از کاویتاسیون جلوگیری کند. این که بخواهیم NPSH داشته باشیم که در جریان های کم کاویتاسیون نداشته باشد فکر غیر عملی است و در هر حال باید به فکر چاره جویی برای پروانه یا ایمپلر ها باشیم.

 

 

 

 

اثرات مخرب پدیده کاویتاسیون را می توان برحسب تئوری های مختلف بیان نمود:

 

۱- تئوری مکانیکی (میکروجت ها و شوک): 

شامل انهدام توسط شوک و انهدام توسط میکروجت ها می باشد. 

انهدام توسط شوک: 

یکی از تئوری های قابل قبول انهدام پروانه و محفظه توسط نیروی حاصل از شوک است که در اثر ترکیدن حباب ها ایجاد شده و در محیط پخش می گردد و در اثر برخورد با بدنه نیروهایی به آن اعمال می کند و باعث تخریب می شود. هر چه حباب از لحاظ فیزیکی بزرگ تر باشد نیروهای اعمال شده از آن بر دیواره بیشتر می باشد. 

 

انهدام توسط  میکروجت ها: 

طبق این نظریه حباب های حاصل از کاویتاسیون هنگام از بین رفتن خود، جت های ریزی به وجود می آورند که حاصل برخورد این جت ها با محفظه، خرابی بدنه می باشد. فشار تقریبی این جت ها ۳۵۰ – ۷۰ پاسکال است. 

 

۲- تئوری الکتروشیمیایی:

براساس این تئوری خرابی ناشی از کاویتاسیون حاصل از جریان الکتریکی بین کاتد و آند در محیط الکترولیت موجود می باشد و به دو نوع تقسیم می شود: 

١- خوردگی آندی

۲- شکست فیلم محافظ قطعات و پیدایش پیل الکتروشیمیایی

 

٣- تئوری خوردگی شیمیایی: 

این تئوری بر اساس یافته های ناشی از خوردگی شدید و یا درجه حرارت زیاد است که خوردگی شیمیایی را تسریع می بخشد. 

 

عملیات برای کاهش خسارات کاویتاسیون:

زمانی که پمپ در مکان خود قرار گرفت، دیگر اقدامات زیادی برای کاهش کاویتاسیون و خسارات ناشی از آن نمی توان انجام داد. توسط تیز کردن (با سوهان) لبه های هدایتی صرفاً می توان تا حدی از کاویتاسیون جلوگیری کرد. نیز در بعضی منابع ذکر شده است که با بریدن پره های دوار در محل اتصال با محور و برگرداندن آن ها به عقب در عین تیز کردن نوک، می توان از کاویتاسیون جلوگیری کرد (برای پمپهای با سرعت ویژه کم). در نتیجه کاهش سرعت ورودی و کاهش ا را خواهیم داشت. یکی دیگر از روش های کاهش اثرات کاویتاسیون این است که از عمود بر هم بودن سطوح زانوها جلوگیری کنیم. مستقیم بودن پره ها در ورودی پروانه باعث افزودن NPSH برای تمامی ظرفیت ها است . ورود و تمایل به وارد کردن حتی میزان کمی حباب هوا به داخل پمپ باعث بروز صدای ناهنجار می شود.

برای جلوگیری از اثرات مخرب کاویتاسیون، موارد زیر پیشنهاد شده است: 

۱- لقي مناسب در محل اتصال پره ها به بدنه در نظر گرفته شود.

۲- لبه هدایت پره ها تیز شود.

٣. کاهش زاویه β۱ در محدوده مجاور پوسته

۴- کاهش α در اثر افزایش تعداد پره ها

۵- انتخاب جنس مناسب برای پره ها جهت جلوگیری از کاویتاسیون

 

نوشته مرتبط:

کاویتاسیون چیست؟

 

 

 

ارسال دیدگاه