پدیده کاویتاسیون در پمپ ها چیست؟

پدیده کاویتاسیون در پمپ ها و  سیستم های هیدرولیکی رخ می‌دهد و در مورد توربو ماشین های دارای سیال اتفاق می‌افتد. در این نوع سیستم، مشکلاتی مانند حباب زایی، حفره سازی یا خوردگی ایجاد می‌شود که از آن با نام کاویتاسیون در پمپ ها یاد می‌شود. در این پدیده که در سیال با فشار کم شکل می‌گیرد، در اثر ترکیدن حباب بخار، انرژی آزاد خواهد شد و به سیستم های هیدرولیکی مثل جک هیدرولیک و یونیت هیدرولیک آسیب می زند.

قطعا باید دلایل کم فشار بودن قسمتی از مایعات سیستم هیدرولیکی برای عیب یابی بررسی شود. یکی از دلایل اختلاف در میزان فشار مایعات در این نوع سیستم نیز، ایجاد حرکات متلاطم در سیال است. این تغییرات شدید فشار در مایع که موجب ایجاد افت فشار خواهد شد، موجب بروز حباب یا حفره می‌شود که در صورت ترکیدن انرژی را آزاد می‌کند.

پدیده کاویتاسیون به زبان ساده

اگر بخواهیم کاویتاسیون را به زبان ساده شرح دهیم باید بگوییم که در دمای معمولی میزان فشار بخار مایع به صورت کلی ثابت و مشخص است و این فشار تحت تاثیر عوامل مختلف کم و زیاد خواهد شد. در صورتی که در دمای مشخص، فشار بخار بیشتر از میزان فشار مایع باشد موجب تبخیر مایع خواهد شد. در واقع در مکانی که میزان فشار مایع از فشار بخار کم تر باشد، به دلیل تبخیر مایع حباب های بخار ایجاد خواهند شد.

در پدیده کاویتاسیون در پمپ ها نیز همین موضوع وجود دارد که موجب آزاد شدن انرژی خواهد شد. مثلا در صورتی که فشار آب را در دمای پایین کم کنیم، زودتر تبخیر می‌شود، درحالی که در حالت عادی و شرایط معمولی در 100 درجه آب تبخیر خواهد شد. بنابراین به دلیل تغییرات در فشار، تبخیر زودتر از موعد انجام می‌شود و این خود موجب ایجاد حباب خواهد شد. امکان تبخیر در دمای کم به دلیل بروز کاویتاسیون شکل خواهد گرفت و این دلیل اصلی بروز این پدیده است.

انواع کاویتاسیون در پمپ ها

کاویتاسیون در پمپ ها به شکل های مختلفی انجام می‌شود که هر کدام دارای روند خاصی هستند. این پدیده در ایمپلر جریان های محوری بدون شراد ایجاد می‌شود و معمولا دارای 4 نوع است.

پدیده کاویتاسیون گردابه ای نوک

گاهی اوقات کاویتاسیون در گردابه های نوک ایمپلر پمپ ایجاد خواهد شد و این درست زمانی است که میزان فشار ورودی به پمپ کاهش پیدا کند. در این صورت است که به نوک ایمپلر پمپ، لبه حمله پره خواهد رسید که به آن Vortex Cavitation گفته می‌شود. با توجه به شکل های مختلف کاویتاسیون در پمپ ها و سیستم های هیدرولیک، این نوع نیز به صورت متفاوتی ایجاد خواهد شد که در آن جریان های برگشت خورده از نوک، در سرعت بالا سبب ایجاد مولفه های عمودی خواهند شد.

کاویتاسیون حبابی

یکی دیگر از انواع کاویتاسیون، نوع حبابی آن است که این حباب ها در بخش نوک پره شکل خواهند گرفت. بر اساس شکل کاویتاسیون، در بخش نوک پارامتر، منحنی لبه حمله در پمپ کاهش پیدا خواهد کرد. با این نوع پدیده امکان از بین بردن گردابه ها در نوع دیگر کاویتاسیون وجود ندارد. نوع حبابی این پدیده در صورت کاهش عدد کاویتاسیون ایجاد می‌شود و با نام Bubble Cavitation شناخته شده است که موجب ایجاد مکش خواهد شد.

اویتاسیون به صورت پره

همانطور که گفته شد در پدیده کاویتاسیون در پمپ ها، در صورت کاهش عدد آن انواع مختلفی از این پدیده ایجاد خواهند شد. در صورتی که میزان کاهش عدد بیشتر از حد نوع حبابی باشد، با ترکیب حباب ها، در سطح مکش پره حفره های بزرگ چسبیده ایجاد خواهند شد. به همین دلیل به این نوع کاویتاسیون، چسبیده یا Attached Cavitation گفته می‌شود اما به دلیل بروز این پدیده در پمپ به آن پره یا Blade Cavitation گفته می‌شود. در صورتی که روند فوق ادامه پیدا کند و فشار سیال نیز افزایش یابد، آسیب های ناشی از پدیده کاویتاسیون در سطح رخ خواهد داد.

در بسیاری از انواع پمپ، روند طراحی و تولید به گونه ای است که نوع گسترده ی کاویتاسیون در آن انجام شود. زیرا در این نوع شدید آن، حباب ها در پایین دست پره ها، نابود خواهند شد و میزان خسارت وارد شده به پمپ کمتر خواهد شد.

کاویتاسیون به روش جریان برگشتی

بعد از آشنایی با سه نوع مهم کاویتاسیون، نوع جریان برگشتی نیز باید مورد بررسی قرار بگیرد. در بحث کاویتاسیون در پمپ ها، شناخت انواع آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و موجب آشنایی بیشتر با اثرات کاویتاسیون و یا مضرات آن خواهد شد. در نوع کاویتاسیون جریان برگشتی یا Backflow Cavitation ، ممکن است تمامی روند طی شده در سایر انواع آن طی شود. در نتیجه امکان بروز انواع کاویتاسیون در این مرحله وجود دارد.

حباب و یا گردابه ها تنها در صورتی که میزان فشار پمپ کمتر از میزان طراحی شده باشد، در بخش چرخشی و بالایی پمپ ایجاد خواهند شد. در نتیجه در صورتی که افزایش فشار در پمپ ایجاد شود، مایع به سمت بالادست حرکت خواهد کرد و در نتیجه امکان تولید جریان برگشتی وجود دارد. این موضوع موجب بروز نشتی جریان از نوک خواهد شد و در بخش بالایی صفحه ورودی نفوذ می‌کند. کاویتاسیون در پمپ ها در این مرحله به صورت حباب یا گردابه ها ایجاد خواهد شد و سبب بروز جریان برگشتی می‌شود. یکی از مشهودترین انواع این پدیده نیز همین نوع است که چندان رایج نیست.

مضرات کاویتاسیون

حباب هایی که در سیستم هیدرولیکی و بخش پمپ ایجاد می‌شوند، به عنوان مشکل چندان خاصی در نظر گرفته نمی شوند. تنها در صورتی که حباب ها فرو بریزند، سبب ایجاد موج فشار خواهد شد که در صورت بالا بودن میزان فرکانس موجب ایجاد آسیب به ماشین آلات در سیستم هیدرولیک خواهد شد. بنابراین پدیده کاویتاسیون در پمپ ها دارای مضراتی نیز می باشد که در صورت عدم توجه به آن موجب ایجاد خسارت خواهد شد.

فرسایس حفره در توربین به دلیل فرو ریختن حباب در سطح دستگاه به همین علت ایجاد خواهد شد و سبب بروز فرسایش می‌شود. حباب ها در صورتی که کوچک باشند، فرکانسی بیشتر از حباب بزرگ تولید می‌کنند و به همین دلیل میزان آسیب آن ها به دستگاه هایی که با سیستم هیدرولیک کار می‌کنند، بیشتر است. کاویتاسیون در هیدرولیک تاثیرات چندان مخربی ندارد اما در صورت بروز انواع کاویتاسیون در پمپ ها ممکن است خسارت به کل سیستم وارد شود. عدم توجه به این پدیده ها موجب صرف هزینه های اضافی برای تعمیر و نگهداری سیستم هیدرولیکی خواهد شد.

روش جلوگیری از بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ ها

جلوگیری از بروز کاویتاسیون در پمپ ها، وابسته به نوع تنظیم پارامتر های توربین هیدرولیکی است. در این صورت باید از قرار گرفتن فشار جریان استاتیکی در بخش پایینی فشار بخار مایع جلوگیری شود. برای کنترل این مشکلات باید هد فشار، میزان سرعت و مقادیر فشار خروجی مایع مورد بررسی قرار بگیرند. برای دستیابی به این پارمترها باید آزمایشاتی روی کاویتاسیون توربین هیدرولیک انجام شود. در هنگام کار با توربین، برای استخراج پارامترهای فرعی میزان بازدهی توربین کم تر از حد طبیعی خواهد شد.

قبل از این روش باید در لوله مکش جریان هوا در درفت تیوب تزریق شود که در این صورت از بروز آسیب به لوله مکش جلوگیری می‌شود. در نتیجه میزان ارتعاشات و مقاومت و پایداری بیشتر و امکان جداسازی جریان در خروجی توربین میسر خواهد شد. معمولا لوله مکش یا Draf tube در سطح آب غوطه ور خواهد شد و از جداسازی جریان  جلوگیری خواهد شد. با توجه به توضیحات ذکر شده، پدید کاویتاسیون به دلیل داشتن انواع مختلف، به شکل های مختلفی ممکن است بروز کند که بسیار مهم است که از بروز آن و ایجاد آسیب به دستگاه های به کار رفته در سیستم هیدرولیکی جلوگیری شود. اگر دوست دارین روش های جلوگیری از کاویتاسیون را به صورت کامل و جامع مطالعه کنید حتما بر روی لینک ” چگونه از کاویتاسیون جلوگیری کنیم؟ ” کلیک کنید.