کاویتاسیون چه اثراتی بر عملکرد پمپ ‌ها دارد؟

1. تعریف کاویتاسیون

کاویتاسیون پدیده‌ای فیزیکی است که در آن کاهش فشار سیال به زیر فشار بخار اشباع در دمای عملیاتی منجر به تشکیل حباب‌های بخار یا گاز در سیال می‌شود. این حباب ‌ها با انتقال به مناطق با فشار بالاتر، به‌سرعت فرو می‌پاشند و باعث ایجاد شوک‌ های هیدرودینامیکی موضعی می‌شوند. این فرآیند می‌تواند باعث ایجاد صداهای ناهنجار، لرزش و خوردگی سطحی در پمپ شود.

2. مکانیزم تشکیل کاویتاسیون در پمپ‌ ها

در پمپ‌ های گریز از مرکز و سایر انواع پمپ‌ ها، کاویتاسیون معمولاً در نواحی زیر رخ می‌دهد:

• ورودی پمپ (Suction Side): اگر فشار در این ناحیه بسیار پایین باشد، سیال شروع به تبخیر می‌کند.
• لبه حمله پروانه (Impeller Leading Edge): جریان گردابی و تغییرات ناگهانی فشار می‌توانند باعث تشکیل حباب شوند.
• نواحی با سرعت جریان بالا: در این مناطق، فشار استاتیک کاهش می‌یابد و احتمال کاویتاسیون افزایش پیدا می‌کند.

3. اثرات کاویتاسیون بر عملکرد پمپ

کاویتاسیون تأثیرات منفی متعددی بر عملکرد پمپ دارد که در ادامه به‌تفصیل شرح داده می‌شوند:

3-1. کاهش راندمان پمپ

• تشکیل حباب‌ های بخار باعث اختلال در جریان سیال می‌شود.
• افت فشار ناشی از کاویتاسیون، کارایی پمپ را کاهش می‌دهد.
• پمپ برای جبران این افت، انرژی بیشتری مصرف می‌کند که منجر به افزایش هزینه ‌های عملیاتی می‌شود.

3-2. آسیب ‌های مکانیکی به پمپ

• فرسایش سطحی (Erosion): فروپاشی حباب ‌ها امواج ضربه‌ای ایجاد می‌کند که باعث خوردگی و ساییدگی سطح پروانه و پوسته پمپ می‌شود.
• ترک‌های خستگی (Fatigue Cracks): تنش‌های ناشی از ضربات مکرر حباب‌ ها می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی و شکست قطعات شود.
• تخریب آب ‌بندها و یاتاقان‌ها: ارتعاشات ناشی از کاویتاسیون باعث کاهش عمر مفید یاتاقان‌ ها و مکانیکال سیل‌ها می‌شود.

3-3. ایجاد صدا و لرزش

• کاویتاسیون معمولاً با صداهای تق‌مانند یا خش‌خش همراه است.
• لرزش‌های ایجادشده می‌توانند به سیستم لوله‌کشی و اتصالات نیز آسیب برسانند.

3-4. کاهش دبی و هد پمپ

• کاویتاسیون باعث اختلال در انتقال انرژی از پروانه به سیال می‌شود.
• در نتیجه، دبی (دِبی) و هد (فشار) خروجی پمپ کاهش می‌یابد.

3-5. افزایش دمای سیال

• فروپاشی حباب ‌ها انرژی گرمایی آزاد می‌کند که می‌تواند دمای سیال را افزایش دهد.
• این افزایش دما ممکن است بر خواص سیال (مثل ویسکوزیته) تأثیر منفی بگذارد.

4. علل ایجاد کاویتاسیون در پمپ ‌ها

عوامل متعددی در ایجاد کاویتاسیون نقش دارند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

4-1. فشار مکش ناکافی (NPSH پایین)

• NPSH Available (NPSHa): فشار موجود در ورودی پمپ.
• NPSH Required (NPSHr): حداقل فشار مورد نیاز برای جلوگیری از کاویتاسیون.
• اگر NPSHa < NPSHr باشد، کاویتاسیون رخ می‌دهد.

4-2. سرعت بالای پروانه

• افزایش سرعت چرخش پروانه باعث کاهش فشار در ورودی پمپ می‌شود.

4-3. طراحی نامناسب سیستم لوله‌کشی

• لوله‌ های با قطر کم، زانوهای تند و اتصالات نامناسب باعث افزایش افت فشار می‌شوند.

4-4. ویسکوزیته و دمای سیال

• سیالات با ویسکوزیته بالا یا دمای زیاد، فشار بخار بالاتری دارند و مستعد کاویتاسیون هستند.

4-5. ارتفاع مکش زیاد (High Suction Lift)

• در پمپ ‌های سانتریفیوژ، اگر ارتفاع مکش از حد مجاز بیشتر باشد، فشار ورودی کاهش می‌یابد.

5. روش‌های تشخیص کاویتاسیون

برای تشخیص کاویتاسیون در پمپ‌ ها، روش‌های زیر به کار می‌روند:

5-1. شنیدن صداهای غیرعادی

• صداهای تق‌مانند یا خش‌خش نشانه‌های رایج کاویتاسیون هستند.

5-2. مانیتورینگ لرزش‌ها

• استفاده از سنسورهای ویبریشن برای تشخیص ارتعاشات غیرعادی.

5-3. بررسی پارامترهای عملکردی

• کاهش ناگهانی دبی یا هد پمپ می‌تواند نشانه کاویتاسیون باشد.

5-4. بازرسی بصری پروانه و پوسته

• وجود حفره‌ها و خراش‌ های موضعی روی پروانه نشانه فرسایش ناشی از کاویتاسیون است.

6. راه‌های جلوگیری از کاویتاسیون

برای کاهش یا حذف کاویتاسیون، روش‌های زیر پیشنهاد می‌شوند:

6-1. افزایش NPSH Available

• کاهش ارتفاع مکش.
• افزایش قطر لوله مکش.
• کاهش افت فشار در لوله‌ های ورودی.

6-2. استفاده از پمپ با NPSHr پایین

• انتخاب پمپ ‌هایی که نیاز به فشار مکش کمتری دارند.

6-3. کنترل دمای سیال

• جلوگیری از افزایش دمای سیال به بالاتر از حد مجاز.

6-4. بهینه‌ سازی طراحی سیستم

• کاهش تعداد زانوها و اتصالات.
• استفاده از لوله‌های با قطر مناسب.

6-5. استفاده از اینداکسرهای جریان (Flow Inducers)

• اینداکسرها جریان را در ورودی پمپ بهبود می‌بخشند و از کاویتاسیون جلوگیری می‌کنند.

6-6. تعمیر و نگهداری پیشگیرانه

• بازرسی دوره‌ای پروانه و پوسته پمپ.
• تعویض به‌موقع قطعات فرسوده.

نتیجه‌گیری

کاویتاسیون یکی از مهم‌ترین مشکلاتی است که می‌تواند عملکرد پمپ ‌ها را تحت تأثیر قرار دهد و منجر به کاهش راندمان، آسیب‌های مکانیکی و افزایش هزینه ‌های تعمیر و نگهداری شود. با شناخت علل ایجاد کاویتاسیون و استفاده از روش‌های پیشگیرانه، می‌توان از بروز این پدیده جلوگیری کرد و عمر مفید پمپ را افزایش داد.

برای جلوگیری از کاویتاسیون، لازم است فشار مکش کافی (NPSHa) تأمین شود، طراحی سیستم لوله‌کشی بهینه گردد و از پمپ‌های مناسب برای شرایط عملیاتی استفاده شود. همچنین، نظارت مداوم بر عملکرد پمپ و انجام تعمیرات پیشگیرانه می‌تواند از بروز خسارات جدی جلوگیری کند.

با رعایت این اصول، می‌توان عملکرد بهینه پمپ‌ ها را حفظ و از هزینه‌های ناشی از خرابی‌ های غیرمنتظره جلوگیری نمود.

برای کسب اطلاعات بیشتر و یا ثبت سفارش می توانید با ما در تماس باشید.