کاویتاسیون یکی از خطرناک ترین پدیده هایی است که ممکن است

برای یک پمپ اتفاق بیفتد.در اینجا با ذکر یک سوال به بررسی علل

وقوع این پدیده با توجه به قوانین سیاالت می پردازم. نخست به

تعاریف فیزیکی مسأله و فرضیات آن و در قسمت بعد امکان وقوع یا

عدم وقوع آن را مورد بررسی قرار می دهم.

** در شکل زیر دو مخزن به وسیله یک پمپ به هم متصل شده اند.

اطالعات زیر داده شده است:

: 14.7فشار هوا psi

آب درون پمپ آب تازه دارای

68L Fدمای

- : )فشار گیج)در مخزن اول

9.82 psi

: 5ارتفاع آب تا وسط پمپ

ft

NPSHR 9 برابر با ft

فوت لوله )از مخزن چپ تا پمپ( با ضخامت10افت هد برای

ft 2.34 اینچ : 2

NPSHAالف( مطلوبست محاسبه

1

افزایش پیدا کند، آیاL F 180ب( در صورتی که دمای آب به کاویتاسیون رخ میدهد ؟

و همچنین اطالعات خامی بدون هیچNPSHدر اینجا اصطالح جدید

روابطی به کار برده شده است اما قبل از بررسی این موارد به

تشریح پدیده کاویتاسیون و علل تخریبی آن می پردازم.

آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی

تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ،

فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه

کمتر شود ) وقتی آب وارد پمپ میشود سرعت آن زیاد شده که با

توجه به قانون برنولی فشار آن کاهش می یابد ( ، حبابهای بخار یا

گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر

با فشار باالتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به

اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در

نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای

فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در

چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و

متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می

نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن

است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید

از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره

با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار

در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد. صدای

کاویتاسیون مخصوص و مشخص بوده و شبیه برخورد گلوله هایی به

یک سطح فلزی است. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش

2

در می آید. در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید و دائم

تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می

یابد. این پدیده در سرعتهاي باال باعث خرابي و ايجاد گودال مي

گردد . تبديل مجدد حبابها به مايع و فشار ناشي از انفجار آن گاهي به

مگا پاسكال ميرسد. پدیده کاویتاسون باعث ایجاد لرزش هایی١٠٠٠

{ شدید علت خارج در پمپ سانتریفیوژ می شود. این لرزش های گاها

شدن پمپ از مدار شده که این باعث اختالل در سیستم های مربوطه

مانند نیروگاههای حرارتی می شود.

فرایند کاویتاسون1شکل

3

(Net Positive Suction Head)

NPSH فشار مکش مثبتیا

خالص، نیروی مکشی است

که پمپ سیال را به داخل

می کشد، در واقع فشار الزم

برای آنکه پمپ عملکرد

می نامند.NPSHدرستی داشته باشد و پدیده کاویتاسیون رخ ندهد را

را می توان با روابط زیر به دست آورد. در اینجا دوNPSHمقدار

یاRequired که اولی NPSHA و NPSHRحالت دو حالت وجود دارد

توليد حباب در یا موجود پمپ می باشد. Availableمورد نیاز و دومی

موجود مكش پمپ كمتر ازNPSHپروانه زمانی رخ مي دهد كه

NPSH.الزم پمپ شود

افف هد از فشار بخار اشباع، فشار سطح آب، که در آن

اختالف ارتفاع می باشد. و 1 تا 0مقطع

ناکافی آب با سرعتی که الزم است در پمپNPSHRدر صورت وجود

جایگزین نمی شود به همین دلیل در آن قسمت فشار خالء به وجود

4

منفی ( و آب شروع به جوشیدن و تولید حباب میNPSHAمی آید )

کند. برای دماهای پایین تر آب، تولید حباب ها به تاخیر می افتد در

NPSHRحالی که برای دماهای باالتر برای جلوگیری از حباب زایی به

باالتری نیاز است. به همین دلیل اگر سیستمی برای انتقال آب سرد

طراحی شود و از آن برای انتقال آب گرم استفاده شود وقوع

کاویتاسیون قابل پیش بینی است.

اما این حباب ها چگونه باعث کاویتاسیون می شوند ؟

در صورتی که شرایط سیستم تغییر نکند، فرایند تولید حباب های

جدید ادامه پیدا می کند همچنین سایز حباب های قدیمی تر افزایش

پیدا می کند. این حباب ها موافق با جریان موجود به سمت پره های

پمپ حرکت می کنند و در آنجا به خاطر حرکت چرخشی پره ها

سرعت بسیار باالیی کسب می کنند و در نهایت به منطقه پر فشار

می رسند. فشار پیرامون حباب ها افزایش یافته به طوری که از

فشار داخل آن بیشتر می شود و این علتی برای ترکیدن حباب ها می

شود. با ترکیدن حباب ها آب به سمت فضاهای خالی حمله ور می

شود و تولید میکروجت می کند. این میکروجت نیروی بسیار زیادی به

} سطح پروانه وارد می کند و باعث سوراخ شدن آن می شود. گاها

فشار بیشتر از یک گیگا پاسکال مشاهده شده است! شکل زیر این

فرایند را نشان می دهد :

5

پروانه 2شکل سطح در حفره ایجاد و ها حباب ترکیدن نحوه

شکل زیر یک سری عکس متوالی از چرخه ترکیدن حباب ها را به

نمایش می گذارد.الزم به ذکر

ثانیه اتفاق افتاده است.0003/0است که این چرخه در بازه زمانی

6

   

   

   

   

حباب 4شکل ترکیدن چرخه

پمپ هایی که در شرایط کاویتاسیون کار می کنند بیشتر در معرض

حمله شیمیایی و زنگ زدگی قرار می گیرند در نتیجه انتخاب ماده

سازنده پره ها از اهمیت باالیی برخوردار است، موادی که یک الیه

محافظ برای جلوگیری از خوردگی تشکیل می دهند، کاویتاسیون به

راحتی این الیه را برداشته و باعث خوردگی بیشتر پره می شود در

نتیجه اکسیداسیون و کاویتاسیون با هم باعث از بین رفتن فلز می

شوند.

7

نشانگر ناحیه هایی از پره است که در معرض خوردگی قرار3شکل

دارند .

کاویتاسون 3شکل معرض در های ناحیه

بعد از ترکیدن حباب ها موجی به سمت خارج روانه می شود و تولید

صدایی می کند که در نهایت به عنوان کاویتاسیون شناخته می شود.

دانستن اساس این مکانیسم می تواند برای شناخت نوع حباب ها و

دالیل به وجود آمدن آنها در راستای بهبود کیفیت و مقاومت پمپ ها

موثر باشد.

محاسبات

8

پمپ و اینکه کاویتاسیون خواهیم داشت یاNPSHبرای بدست آوردن

نه، به داده های زیر نیاز مندیم :

منحنی پمپ که همراه پمپ داده می شود تا به کمک آنNPSHR

بدست آید، باید دقت کرد که این عدد برای آب سرد و تازه داده

می شود.

،نمودار فشار بخار که می توان با استفاده از آن و از روی دما

فشار بخار را خواند. این نمودار به صورت زیر است :

بخار فشار نمودار

تبدیل واحد های زیر می توانند مفید باشند :

9

چگالی نسبی سیال. باید توجه نمود که این عدد با تغییر دما

تغییر می کند. این عدد با استفاده از جداول یا استفاده مستقیم

از چگالی سنج ها قابل بدست آوردن است.

نمودارهایی که افت هد را برای طول مشخص لوله با ضخامت

خاص می دهند.

داشتن فشار هوا همچنین اینکه مخزنی که از آن سیال پمپ می

شود تحت فشار است یا نه.

در اینجا دانستن این تبدیل ها کارساز است :

NPSH گفته شد برابر است با } هم همانطور که قبال

هد– که ساده تر می توان آن را به صورت )هد فشار سطح

افت هد( محاسبه کرد.–فشار بخار

حال با استفاده از اطالعات فوق به حل مساله ای که ابتدا مطرح شد

می پردازیم :

10

فوت می باشد بیشتر است.9 الزم که NPSHکه این مقدار از مقدار

درجه فارنهایت تغییر کرده، با180حال برای قسمت دوم چون دما به

)پوند بر اینچ مربع مطلق( خوانده می7استفاده از جدول فشار بخار

شود و در نتیجه داریم :

{ هم گفته شد، میNPSHRکه از مقدار کمتر است و همانطور که قبال

کاهش پیدا کرده و در نتیجه آنNPSHAبینیم که با افزایش دما مقدار

کاویتاسیون رخ خواهد داد.

برای جلوگیری سریع از وقوع پدیده کاویتاسیون می توان با بستن

مورد نیازNPSHآرام شیر خروجی دبی پمپ را کاهش داد در نتیجه

کمتر از مقدار موجود آن می شود و کاویتاسیون رخ نمی دهد.

اقدامات زیر هم برای عملکرد دراز مدت به کار برده می شوند :

پاکسازی خط مکش از خورده سنگ ها و شن

نزدیک کردن پمپ به منبع

افزودن قطر لوله های خط مکش

باز کردن کامل شیرهای خط مکش

در این مقاله سعی کردم با استفاده از قوانین ساده و اساسی حاکم

بر سیاالت مانند قانون برنولی،روابط انرژی و همچنین قوانین فشار

11

به بررسی یک پدیده مهم در صنعت یعنی کاویتاسیون بپردازم.

امیدوارم مورد توجه شما قرار گرفته باشد.

12