کاویتاسیون در پمپ‌ها

از: مهندس فاطمه ایمانی بیدگلی

کاویتاسیون در پمپ‌ها و روش های مقابله با آن

مقدمه

کاویتاسیون به معنای شکل گیری حباب ها در سیال پمپ شده می باشد. اگر این حباب ها در مکش پمپ تشکیل شوند تمام موارد زیر همزمان رخ میدهند:

• تلفات دبی
• تلفات هد
• افت بازده
• تولید صدا ارتعاش و آسیب به بسیاری از قسمت های پمپ به دلیل فرو ریختن حفره ها یا حباب ها هنگام عبور از نواحی پر فشار تر

حفره ها به 5 دلیل اصلی شکل میگیرند و غالبا تمام آنها را در طبقه بندی عمومی کاویتاسیون منظور میکنند که کار اشتباهی است چراکه خواهیم دید برای تصحیح هر یک از آنها باید علت وقوع و نحوه تثبیتشان را به طور مجزا بررسی کرد.

5 دلیل اصلی بروز کاویتاسیون عبارت اند از:

1. تبخیر
2. بلعیدن هوا
3. بازچرخش داخلی
4. اغتشاش جریان
5. بدی مسیر پره

تبخیر

هنگامی که فشار سیال بسیار کاهش یابد یا دمای آن زیاد بالا رود پدیده تبخیر اتفاق می افتد. تمام پمپ های سانتریفیوژ برای ممانعت از این تبخیر به هدی در خط مکش نیاز دارند که توسط سازنده پمپ تعیین میگردد و با فرض اینکه سیال پمپ شده آب خنک و تازه در دمای 68 درجه است محاسبه میشود.

از آنجا که خطوط لوله بین منبع تا مکش پمپ باعث ایجاد تلفات میشوند باید بعد از محاسبه این تلفات هد را تعیین کرد.

روش دیگر بیان این مطلب این است که یک هد مثبت خالص مکش لازم است تا از تبخیر سیال ممانعت کند. با تفریق هد مثبت خالص مکش موجود و فشار بخال سیال پمپ شده عددی به دست می آید که باید برابر یا بزرگ تر از هد مثبت خالص مکش لازم باشد. برای حل مشکل تبخیر باید هد مکش را افزایش دمای سیال را تنزیل و یا NFPH لازم را کاهش داد که در این قسمت هر یک بررسی میشوند:

الف) افزایش هد مکش

• سیال داخل مخزن را افزایش دهید.
• سطح مخزن را بالا ببرید.
• پمپ ها را در گودال بگذارید.
• تلفات لوله را کاهش دهید.

این تلفات به دلایل مختلفی اتفاق می افتند از جمله:

1. طراحی سیستم غلط است. اتصالات بسیار زیاد و یا قطر لوله بسیار کوچک است.
2. خط لوله ترکیده است.
3. مواد جامد بر روی جداره های لوله تشکیل شده است.
4. لوله مکش توسط یک ماشین سنگین زیر گرفته شده و ترکیده است.
5. صافی توری لوله مسدود شده است.
6. هواگیر ها ممکن است در هوای سرد یخ بزنند مطمئن شوید که هواگیر مخزن باز است و مسدود نیست.
7. چیزی داخل لوله گیر کرده که ممکن است همانجا به وجود آمده و یا طی آخرین باز کردن سیستم از آن خارج و تمیز نشده باشد. مثلا احتمال دارد شیر یک طرفه بشکند و نشیمنگاه آن در داخل لوله گیر کند.
8. جداره لوله یا اتصال خورده شده است.
9. پمپی بزرگ تر نصب شده و سیستم موجود به خاطر دبی افزایش یافته تلفات بسیار زیادی دارد
10. به جای شیر کشویی از شیر سوپاپی استفاده شده است.
11. پوشش های گرمایی یخ زاده و لوله ترکیده است.
12. واشری داخل لوله گیر کرده است.
13. سرعت پمپ افزایش یافته است.

• یک پمپ کمکی نصب کنید.
• مخزن را پر فشار کنید.

ب) پایین آوردن دمای سیال

• تزریق مقدار کمی از سیال خنک کاری به مکش پمپ اغلب قابل اجرا است.
• لوله کشی را از تابش آفتاب ایزوله کنید.
• نسبت به خطوط بازچرخش رانش دقت کنید چرا که میتوانند باعث گرم شدن سیال مکش شوند.

ج) کاهش NFPH لازم

• از پمپ دو مکشه استفاده کنید. این کار میتواند NPSHR را تا 27 درصد کاهش داده یا در بعضی موارد به شما اجاره دهد که سرعت پمپ را تا 41 درصد افزایش دهید.
• از پمپی با سرعت پایین تر استفاده کنید.
• از پمپی با دهانه بزرگ تر چشم پروانه استفاده کنید.
• در صورت امکان ایندیوسر نصب کنید چرا که میتواند NPSHR را تا حدود 50 درصد کاهش دهد.
• از چند پمپ کوچک تر استفاده کنید. سه پمپ با نصف دبی ارزان تر از پمپی بزرگ تر به علاوه یدکی آن خواهند بود ضمن این که انرژی کمتری هم مصرف میکنند.

یک قانون کلی سر انگشتی این است که آب داغ و هیدروکربن های عاری از گاز میتوانند از 50 درصد NPSHR لازم برای آب سرد نرمال هر کدام که کوچک تر است استفاده کنند.

بلعیدن هوا

پمپ سانترفیوژ میتواند 0.5 درصد حجمی هوا را پمپاژ کند و در 6 درصد هوا نتایج میتوانند خطرناک باشند. هوا از راه های مختلف وارد سیستم میشود که عبارت اند از:

• کاسه نمد
• شیر های روی خط لوله آب
• نشتی فلنج ها
• گردابه سیال
• نصب خط فرعی بای پس بسیار نزدیک به مکش

هر دو مورد تبخیر و بلعیدن هوا روی پمپ تاثیر یکسانی میگذارند. حباب ها هنگامی که از چشم پروانه به سمت قسمت های پر فشار پروانه میروند متلاشی میشوند. بلعیدن هوا به ندرت باعث آسیب به پروانه یا پوسته میشود.

اثر اصلی بلعیدن هوا تلفات دبی می باشد.

اگرچه بلعیدن هوا و تبخیر هر دو اتفاق می افتند اما راه حل های جداگانه ای دارند. بلعیدن هوا به شدت تبخیر نبوده و به ندرت باعث آسیب رساندن میشود اما دبی پمپ را کاهش می دهد.

بازچرخش داخلی

این وضعیت بر روی لبه ورودی پروانه قابل مشاهده است و معمولا در نوک رانش که به سمت مکش برمیگردد ایجاد میشود. بازچرخش داخلی ممکن است در چشم مکش پمپ نیز پدیدار شود. چنانچه از اسمش پیدا است سیال بازچرخش میکند و سرعتش افزایش می یابد تا تبخیر شود و سپس در محیط فشار بالا فرو میریزد. این موضوع همیشه در پمپ های با NFPH پایین ایجاد مشکل میکند. برای جلوگیری از این مشکل واژه سرعت مخصوص مکش تعریف میشود تا شما را در تعیین این که چگونه پمپ نزدیک بهترین نقطه بازدهی کار کند راهنمایی نماید.

محدوده عددی سرعت مخصوص مکش بین 3000 تا 20000 است. سرعت مخصوص مکش پمپ های آب باید بین 3000 تا 12000 باشد.

• در پمپ های دو مکشه چون چشم پروانه دو تاست دبی تقسیم بر 2 میشود.
• سعی کنید پمپ های با سرعت مخصوص مکش کمتر از 8500 خرریداری نمایید و از مقادیر بالای 12000 به استثنای شرایط خاص صرف نظر کنید.
• مخلوط هیدروکربن ها و آب داغ در 9000 تا 12000 یا بالاتر احتمالا میتوانند کارکرد رضایت بخشی داشته باشند.
• سرعت مخصوص بالا نشان میدهد که چشم پروانه بزرگ تز از حد طبیعی است و بازده ممکن است برای فراهم آوردن NPSHR پایین به خطر افتد.
• مقادیر بالا تر سرعت مخصوص ممکن است به طراحی خاصی نیاز داشته باشد و همراه با مقداری کاویتاسیون کار کند.
• عموما پمپی که 50 درصد زیر نقطه بهترین بازده کار میکند کمتر قابل اطمینان است.

در پمپ های با پروانه باز معمولا میتوان با تنظیم لقی پروانه طبق مشخصات سازنده مشکلات را تصحیح کرد. پمپ های با پروانه بسته مشکلات بیشتری دارند و به نظر میرسد که بهترین راه حل کاربردی این باشد که با سازنده تماس گرفته و درخواست شود تا در مورد طراحی پروانه و تغییرات ممکن در طراحی آن یا لقی های رینگ سایشی بررسی کند.

اغتشاش

بهتر است سیال داخل لوله دارای سرعتی ثابت باشد. خوردگی یا انسداد میتواند سرعت سیال را تغییر دهد و با تغییر سرعت سیال فشار نیز تغیر میکند. طراحی خوب لوله کشی شامل موارد زیر است:

• فاصله بین مکش پمپ و اولین زانوی 10 برابر قطر لوله باشد.
• در چیدن چندتایی پمپ ها ترجیح داده میشود که برای هر پمپ محدوده مجزایی وجود داشته باشد تا مکش یک پمپ با دیگری تلافی نکند و اگر عملی نباشد تعدادی از پمپ ها را میتوان در یک مخزن بزرگ تکی به گونه ای نصب نمود که:
• پمپ ها در امتداد خطی عمود بر ورودی جریان قرار گیرند.
• فاصله بین محور پمپ ها باید دست کم دو برابر قطر مکش باشد.
• دبی هر پمپ باید کمتر از 15000 باشد.
• فاصله بین لقی دیواره پشت پروانه تا محور پمپ باید حداقل 0.75 قطر مکش باشد.

بدی مسیر پره

توجه داشته باشید که اسیب وارده به لبه پروانه از نزدیکی زیاد آن به دماغه پمپ ناشی میشود. درصورتی که لقی بسیار کوچک باشد سرعت افزایش و فشار کاهش می یابد و در نتیجه تبخیر موضعی به وجود می آید. حباب ها بلافاصله بعد از دماغه متلاشی میشوند و در آن حوالی آسیب های وارده به حلزونی مشاهده خواهند شد. برای دیدن آسیب ها به نور چراغ قوه و آینه نیاز است مگر این که به بیرون از حلزونی نیز رخنه کرده باشند.

آسیب ها به مرکز پروانه محدود میشوند و بر روی لفاف ها گسترش نمی یابند. اگر شما حداقل گشادی بین لبه پروانه و دماغه را 4 درصد قطر پروانه برای پروانه های با اندازه کوچک و 6 درصد در پروانه های با اندازه بزرگتر در نظر بگیرید میتوانید این مشکل را رفع کنید.

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 59

 

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید فیلم آموزشی مهندسی پمپ، بخش اول: مبانی را از آکادمی کاشانه تهیه کنید.