0
04136674922

کاویتاسیون چیست؟

کاویتاسیون چیست؟


نویسنده: خانم سیمین حاتمی، عصر مواد


 

کاویتاسیون (cavitation) یا حفره زائی تشکیل حفره ها و حباب های بخار در فاز مایع (سیال) است که در نتیجه اعمال نیرو در سطح سیال این حفره ها شکل می گیرند. شکل ۱، طرح واره ای از نیروهای وارده و تشکیل حفره را نشان می دهد. این پدیده معمولا هنگامی اتفاق می افتد که سیال در معرض تغییرات ناگهانی و سریع فشار باشد و فشار موضعی به مقادیری پایین تر از فشار بخار سیال برسد که سیال در این فشار پایین تبدیل به بخار شود. با انتقال سیال به مناطق پر فشارتر، این حفره ها ترکیده  و منجر به ایجاد شوک موج مانندی می شوند که آسیب رسان است.

 

شکل ۱٫ طرح واره نیروهای وارده بر سیال و تشکیل حفره

 

گسترش کاویتاسیون در فاز مایع، توسط تغییر فازی از مایع به بخار در دمای تقریبا ثابت رخ می دهد. شکل ۲، طرح واره ای از منحنی فشار-دمای آب را نشان می دهد که منطقه کاویتاسیون در آن مشخص شده است.

 

شکل ۲٫ طرح واره دیاگرام فاز آب

 

کاویتاسیون علت عمده خوردگی و تخریب در برخی قطعات مهندسی است. فروپاشی حباب هایی که نزدیک سطح فلز می ترکند، سبب تنش های سیکلی می شود و منجر به خستگی در سطح فلز شده و نوعی خوردگی، موسوم به کاویتاسیون را منجر می شود.  بیشترین نمونه از این نوع خوردگی در پروانه پمپ ها اتفاق می افتد. حفره ها در مناطقی با فشار نسبتاً پایین در اطراف پروانه (Impeller) تشکیل می شوند. ریزش و فروپاشی این حباب ها منجر به شوک های قوی و ضربات شدید داخل پمپ می شود و سبب صدمات شدید به پمپ، پروانه و یا بدنه پمپ (pump housing) می شود. شکل ۳ نمونه ای از تخریب پروانه پمپ بر اثر کاویتاسیون را نشان می دهد. از دیگر قطعات مهندسی در معرض کاویتاسیون، اتصالات خمشی هستند که در آنها تغییر جهت ناگهانی سیال رخ می دهد. ازآنجا که شوک های ایجاد شده از فروپاشی حفره ها، به اندازه کافی قوی هستند که به قطعات متحرک آسیب برسانند کاویتاسیون یک پدیده مضر محسوب می شود.

 

شکل ۳٫  نمونه هایی از تخریب کاویتاسیون در پروانه پمپ

 

برخی از آسیب های مکانیکی کاویتاسیون به شرح ذیل است:

  1. شکست در بدنه پمپ
  2. تخریب پروانه پمپ
  3. ارتعاشات شدید که منجر به تخریب آببندهای دائمی و یاتاقان ها می شوند.
  4. مصرف زیاده از حد انرژی
  5. افت شدت جریان سیال و یا فشار آن

 

 

انواع کاویتاسیون

  • کاویتاسیون مکشی:

هنگامی که یک پمپ تحت شرایط دمای پایین یا خلا بالا کار می کند، کاویتاسیون مکشی اتفاق می افتد. اگر پمپ خالی باشد یا جریان سیال به حد کفایت نباشد، حباب ها و حفره ها در مقابل پروانه تشکیل می شوند. هنگامی که حباب ها در مسیر تخلیه پمپ هستند، وضعیت سیال تغییر می کند، حباب ها داخل سیال متراکم می شوند و در مقابل سطح پروانه می ترکند. پروانه ای که تحت این شرایط قربانی کاویتاسیون مکشی بشود، تکه های ریز و درشت ماده از آن کنده شده و اسفنجی شکل می شود. خرابی های کاویتاسیون مکشی در چشم پروانه (eye of impeller) اتفاق می افتد.

 

دلایل اصلی رخداد کاویتاسیون مکشی:

  1. صافی ها و فیلترها
  2. گرفتگی لوله ها
  3. راه اندازی پمپ در مقادیر انتهایی سمت راست منحنی پمپ
  4. طراحی ضعیف لوله ها
  5. شرایط مکشی ضعیف (الزامات NPSH)

 

  • کاویتاسیون تخلیه:

هنگامی که فشار تخلیه پمپ خیلی بالا باشد یا راه اندازی در کمتر از ۱۰% بهترین نقطه کارائی (BEP)، صورت بگیرد، کاویتاسیون تخلیه اتفاق می افتد. فشار بالای تخلیه، باعث می شود که خروج سیال از پمپ مشکل باشد. بنابراین سیال داخل پمپ گردش می کند و جریان سیال با سرعت بالا بین پروانه و بدنه، منجر به ایجاد خلا در بدنه و تشکیل حباب ها می شود.

 

دلایل اصلی رخداد کاویتاسیون تخلیه:

  1. صافی ها و فیلترها
  2. گرفتگی لوله های سمت تخلیه پمپ
  3. راه اندازی پمپ در مقادیر انتهایی سمت چپ منحنی پمپ
  4. طراحی ضعیف لوله ها

 

پیشگیری از کاویتاسیون:

  1. بررسی صافی ها و فیلترها: گرفتگی در مسیر مکش و تخلیه منجر به فشار نامتوازن داخل پمپ می شود.
  2. بررسی منحنی پمپ: از یک گیج فشار یا یک فلومتر (flow meter) استفاده کنید تا متوجه شوید، پمپ در کدام قسمت منحنی عمل می کند. مطمئن شوید که راه اندازی در بهترین نقطه کارائی انجام می شود.
  3. ارزیابی طراحی لوله ها: از مناسب بودن مسیر و طراحی لوله برای نوع عملکرد پمپ مطمئن شوید. طرح هایی با شکل U وارونه، می تواند در مسیر مکش منجر به دام انداختن هوا شود در حالیکه طرح هایی با زاویه ۹۰ درجه، منجر به اغتشاش داخل پمپ می شود. هر دوی این طراحی ها منجر به مشکلات مکش در پمپ و کاویتاسیون می شوند.
  4. افزایش فشار ورودی پمپ از طریق کاهش فاصله بین پمپ و مخزن که منجر به کاهش ارتفاع پمپ می شود.
  5. کاهش تعداد اتصالات در مسیر جریان یا همسانی قطر ورودی پمپ با قطر لوله که منجر به کاهش افت فشار پمپ  می شوند.

 

نوشته مرتبط:

 

 

ارسال دیدگاه