کاویتاسیون Pump Cavitationبه معنای حفره زایی و توخالی شدن است. این پدیده معمولاً در مایعات در اثر نیروهای مختلف بوجود می آید. در واقع کاویتاسیون زمانی رخ می دهد که فشار داخل مایع کاهش پیدا کند و به حد آستانه ای برسد که در آن مایع دیگر نمی تواند در حالت مایع باقی بماند. در این شرایط، حباب های ریز گاز درون مایع شروع به تشکیل می کنند.
این حباب ها با یکدیگر ترکیب شده و حفره های بزرگتری ایجاد می کنند که باعث جدا شدن فاز مایع و گاز می شود.
کاهش فشار می تواند در اثر عبور جریان مایع از یک مجرای باریک یا بر اثر اعمال نیروی کششی به مایع بوجود آید. همچنین میتوانید پدیده کاویتاسیون چیست را بخوانید که صورت کاملتر به این موضوع پرداخته است.
همچنین افزایش دما و کاهش نیروی چسبندگی بین مولکول های مایع نیز می تواند منجر به کاویتاسیون شود. پدیده کاویتاسیون معمولا در سیستم های هیدرولیکی و در جریان های آبی مشاهده می شود. مراحل مختلف و نکات مهم در خصوص کاویتاسیون را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- زمانی که فشار استاتیکی مایع کمتر از فشار بخار آن در همان دما شود، مایع وارد حالت فوق اشباع می شود و حباب های بخار شروع به تشکیل می کنند.
- این حباب های بخار در ابتدا بسیار ریز هستند اما با رشد کردن و ادغام شدن با یکدیگر، حفره ها و خلأهای بزرگتری ایجاد می کنند.
- وقتی حباب ها به اندازه کافی بزرگ شوند، نیروی شناوری باعث جدا شدن آنها از مایع و حرکت به سمت بالا می شود. این فرایند باعث ایجاد صدای غرش نیز می شود.
- نواحی دارای کاویتاسیون در مایع، مناطق پرفشار و کم فشار نامنظمی ایجاد می کنند که باعث ارتعاش و ایجاد صدا می شود.
- عواملی مانند کاهش فشار، افزایش سرعت جریان و افزایش دما می توانند شدت کاویتاسیون را افزایش دهند.
- کاویتاسیون می تواند منجر به آسیب دیدگی تجهیزات مانند پمپ ها و توربین ها شود. بنابراین کنترل آن در طراحی سیستم های هیدرولیکی و مکانیک سیالات مهم است.
در خصوص پدیده کاویتاسیون و کاویتاسیون در پمپ ها بیان می شود.
کاویتاسیون در پمپ ها
پمپ ها از جمله تجهیزاتی هستند که به شدت تحت تاثیر پدیده کاویتاسیون قرار می گیرند. کاویتاسیون در پمپ ها معمولاً در قسمت ورودی پمپ یا در داخل ایمپلر (پروانه) رخ می دهد.
علت اصلی بروز کاویتاسیون در پمپ ها، کاهش فشار استاتیکی سیال در اثر عبور از مجراهای باریک یا افزایش سرعت جریان است. هنگامی که سیال وارد پمپ می شود، به دلیل وجود اختلاف فشار زیاد بین ورودی و خروجی پمپ، سرعت جریان سیال به شدت افزایش می یابد.
بر اساس قانون بقای انرژی، این امر باعث کاهش فشار و بروز حالت فوق اشباع و در نتیجه تشکیل حباب های بخار و کاویتاسیون می شود.
حباب های کاویتاسیون در داخل ایمپلر با سرعت و فشار زیادی به حرکت در می آیند و باعث برخوردهای مکرر با سطوح داخلی پمپ و فرسایش آن ها می شوند. همچنین این حباب ها می توانند باعث ارتعاشات شدید و صدای زیاد پمپ شوند. در موارد شدید، کاویتاسیون منجر به کاهش بازده و آسیب جدی به پمپ می شود.
بنابراین می توان بیان کرد که کاویتاسیون یکی از مهم ترین پدیده های مخرب در پمپ ها به شمار می رود و کنترل آن نقش بسزایی در بهبود عملکرد و افزایش عمر پمپ ها دارد. برای جلوگیری از ایجاد کاویتاسیون در پمپ ها پیشنهاداتی توسط مجموعه پردیس فولاد در بخش ارائه گردیده است.
راهکارهای جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون
همانطور که بیان شد، پدیده کاویتاسیون یکی از مسائل مهم و پرکاربرد در عملکرد پمپ ها است که می تواند خسارات جدی را به همراه داشته باشد. در ادامه، راه های جلوگیری از وقوع کاویتاسیون در پمپ ها بیان شده است:
انتخاب مناسب پمپ
انتخاب پمپی با خصوصیات مناسب می تواند تاثیر قابل توجهی در جلوگیری از کاویتاسیون داشته باشد. پمپ هایی که برای کار در شرایط با فشار بالا طراحی شده اند و دارای سیستم های جلوگیری از کاویتاسیون مانند جداکننده های گاز-مایع (Gas-Liquid Separator) هستند، توانایی انجام عملکرد بهتری در مواجهه با این پدیده را دارند.
کاهش سرعت جریان
افزایش سرعت جریان در سیستم پمپاژ می تواند عوامل محرک کاویتاسیون را تشدید کند. بنابراین، کاهش سرعت جریان از طریق استفاده از لوله های مکش با قطر بزرگتر، افزودن شعاع زانویی ها در مسیر جریان ورودی، استفاده از ایندیوسر (Inducer)، و استفاده از سیستم های کنترل جریان می تواند موثر باشد.
کاهش دمای سیال
استفاده از خنک کننده ها در سیستم می تواند دمای سیال را کاهش داده و به دنبال آن فشار مایع اشباع کاهش خواهد یافت، از این رو احتمال ایجاد کاویتاسیون کاهش می یابد.
بهره برداری از فناوری های پیشرفته
استفاده از فناوری های پیشرفته مانند الکتروپمپ ها با سیستم های هوادهی مناسب و کنترل جریان الکترونیکی، مجهز کردن پمپ ها به سیستم هوادهی مثبت و سیستم های مانیتورینگ و کنترل هوشمند می تواند در جلوگیری از کاویتاسیون موثر باشد.
نگهداری و تعمیرات منظم
نگهداری و تعمیرات منظم سیستم پمپاژ به منظور اطمینان از عملکرد بهینه و جلوگیری از وقوع کاویتاسیون بسیار مهم است. این شامل عملیات مانیتورینگ و بررسی منظم فشارها، دماها و جریان ها، بازبینی و تعویض المان های فنی آسیب دیده و تعمیرات به موقع و مناسب است.
آموزش و آگاهی کارکنان
آموزش کارکنان در مورد شناخت و درک کاویتاسیون، علل و عوامل مؤثر در وقوع آن، روش های جلوگیری و رفع آن می تواند کمک کننده باشد. ارتقاء آگاهی کارکنان از این پدیده و آموزش روش های صحیح کنترل و نگهداری سیستم های پمپاژ می تواند به کاهش خطر وقوع کاویتاسیون کمک کند.
7. استفاده از مسیرهای مستقیم: برای انتقال آب از یک نقطه به نقطه دیگر، حدالامکان استفاده از مسیرهای مستقیم توصیه می شود. لذا استفاده کمتر از زانوها، انشعابات و مسیرهای غیرمستقیم احتمال وقوع کاویتاسیون را کاهش می دهد.
8. رعایت شرایط استاندارد: از آنجا که هر پمپ توانایی مشخصی در انتقال سیال دارد، باید از پمپ مورد نظر در شرایط بهینه آن (BEP) استفاده کرد. این موضوع علاوه بر کاهش هزینه های برق مصرفی، منجر به کاهش احتمال کاویتاسیون و افزایش طول عمر پمپ می شود.
هواگیری پمپ
یکی دیگر از راه های جلوگیری از کاویتاسیون، هواگیری دوره ای مدار پمپاژ است. این موضوع احتمال رخداد پدیده کاویتاسیون را کاهش می دهد.
در نهایت، لازم به ذکر است که برای جلوگیری کامل از کاویتاسیون، معمولاً ترکیبی از راهکارها و تدابیر انجام می شود. همچنین، در مواردی که کاویتاسیون به صورت مداوم و شدید رخ می دهد،
جمع بندی
کاویتاسیون به معنای حفره زایی بوده که به دلیل کاهش فشار سیال تا محدوده کمتر از فشار بخار مایع رخ می دهد. در کاویتاسیون در پمپ ها در نواحی پر سرعت و کم فشار (مانند ورودی پمپ) حفره های کوچکی در سیال تشکیل شده که با برخورد به اجزای پمپ باعث ایجاد فرسایش و خوردگی پروانه و بدنه پمپ می شود. همچنین رخداد کاویتاسیون با ایجاد صدای نامطلوب و ارتعاش همراه بوده که می تواند به یاتاقان ها و آب بند پمپ آسیب برساند. برای جلوگیری از رخداد این پدیده فرایندهایی از جمله کاهش سرعت سیال در ورودی، کاهش دما، و استفاده از پمپ متناسب با سیستم اتخاذ می شود.
