کاویتاسیون Cavitation
کاویتاسیون Cavitation
بيشتر ماشينها نقاط ضعفي دارند که ميتوان آنها را پاشنه آشيل ماشينها دانست. پاشنه آشيل پمپها (به ويژه پمپهاي گريز از مرکز) قسمت مکش آنهاست.
اگر شرايط بهره برداري از سيستم به گونهاي باشد که سيال مورد انتقال به شکل مايع به دهانه پمپ برسد، پمپ در انتقال مايع به محل موردنظر کمتر دچار مشکل ميگردد. بيشتر مشکلها و خرابيهاي پمپهاي گريز از مرکز، به قسمت مکش آنها مربوط ميشود که هوا گرفتن و بروز پديده کاويتاسيون جزو مشکلات متداول است. کاويتاسيون مختص پمپها نيست و ميتواند در هر سيستم انتقال مايع (همچون لولهها، شيرها و ...) رخ دهد.
در يک تعريف ساده، کاويتاسيون عبارت است از تشکيل حبابهاي گاز در قسمت مکش (در اثر کاهش فشار)، ورود حبابها به درون پروانه و پوسته، ترکيدن حبابها داخل پروانه و پوسته (در اثر افزايش فشار)، آزاد شدن انرژي و بروز خرابي در قطعات پمپ.
انرژي آزادشده در اثر ترکيدن حبابها، همان انرژي نهان تبخير مايع است که در زمان تبخير به مايع داده ميشود. از نظر لغوي، کاويتاسيون معادل "حفرهزائي" است، چرا که در اثر جوشش مايع، حبابهاي بخار به وجود ميآيند و همزمان با آن گازهاي حلشده در مايع آزاد ميشوند و در درون مايع حفرههايي تشکيل ميشوند که از حبابهاي گاز و بخار پر شدهاند. اين حبابها در منطقه فشار قوي ميترکند و از گاز به شکل مايع در ميآيند و در پي آن، حفرهها محو ميشوند که البته در مجاورت سطوحي که حفرهها با آنها در تماس بودهاند آسيبهايي بر جاي ميماند. به همين خاطر اين پديده حفرهزايي يا کاويتاسيون ناميده ميشود و ذاتاً فرآيندي هيدروديناميک است.
خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش (NPSH)
پديده کاويتاسيون در پمپهاي گريز از مرکز هنگامي رخ ميدهد که خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش پمپ از آنچه که شرکت سازنده پمپ پيشنهاد کرده است کمتر شود. بنابراين، براي تحليل شرايط بروز اين پديده در پمپهاي گريز از مرکز لازم است که شرايط قسمت مکش پمپ از نظر فشار (ارتفاع) و همچنين مشخصههاي پمپ از نظر وجود کمترين شرايط مورد نياز براي جلوگيري از بروز اين پديده بررسي شود. براي سادهتر کردن اين تحليل، NPSH به دو بخش تقسيم ميشود:
فرسايش ناشی از کاويتاسيون
بيشترين صدمات ناشي از کاويتاسيون هنگامي اتفاق ميافتد که فشار موضعي در مسير جريان مايع حتي از فشار تخليه نيز بيشتر شود. حبابها در اين منطقه نخست تحت تأثير فشار موضعي کوچک ميشوند و حالتي شبيه به کليه را به خود ميگيرند و سپس در اثر ترکيدن محو مي شوند (شکل 3)
تشکيل حباب
پديده کاويتاسيون با تشکيل حبابهاي بخار شروع ميشود. براي ديدن اين حبابها ميتوان از تجهيزاتي همچون ايندوسکوپ نشاندهنده شرايط داخلي پمپ استفاده کرد. وسيلهها و روشهاي به کار گرفتهشده براي بررسي کاويتاسيون برحسب پديدآمدن کاويتاسيون در قسمت مکش يا تخليه تيغهها، متفاوت هستند، چنانکه با ايندوسکوپ ميتوان سمت مکش تيغهها را ديد و اگر پديده کاويتاسيون در سمتي از تيغهها رخ دهد که نتوان حبابها را به طور مستقيم ديد، استفاده از پوششهاي انعکاسدهنده مفيد است.
سروصدا
تشکيل حباب و ترکش آنها در اثر پديده کاويتاسيون همواره سروصداي غيرعادي (صدايي شبيه به عبور ماسه از درون پوسته پمپ) ايجاد ميکند. براي جلوگيري از همپوشاني سروصداي ناشي از کاويتاسيون با سروصداي ناشي از ديگر پديدهها همچون سروصداي ناشي از جريان مايع در لقي بين قطعات و پديده عبور تيغهاي ، سيستم بايد در فرکانسهايي بالاتر از KHz 10 يا دست کم 50 برابر فرکانس دوران پمپ بررسي شود.
لرزش
لرزش موجود در پمپ در زمان بروز کاويتاسيون مي تواند به دلايل زير رخ دهد:
• به خاطر وجود تفاوتهاي اجتنابناپذير در تيغهها، دنباله کاويتاسيون در تمامي تيغهها يکسان نيست. در نتيجه جريان مايع در اطراف تيغهها متغير است و پروانه نامتعادل سبب لرزش پمپ ميشود.
....
کاهش ارتفاع قابل دسترس، دبي و راندمان پمپ
در مواردي که NPSHa به اندازهاي است که پمپ دچار کاويتاسيون نميشود، نقطه کار پمپ، محل تلاقي منحني مشخصه سيستم با منحني مشخصه پمپ است. اگر کاويتاسيون بروز نکند منحني مشخصه پمپ ثابت و پايدار است و ارتفاع قابل دسترس، دبي و راندمان پمپ مقادير قابل قبولي دارند. ولي در شرايط بروز کاويتاسيون، منحني مشخصه پمپ ناپايدار است، تغييرات نامطلوبي دارد، و نميتواند ارتفاعي همانند شرايط عادي به وجود آورد، بنابراين ارتفاع قابل دسترس، دبي و راندمان پمپ کاهش مييابند.
کاهش فشار تخليه
بروز پديده کاويتاسيون ضمن کاهش ارتفاع قابل دسترس، سبب تشکيل حبابهاي بخار مي شود که اين حبابها وزن مخصوص کمتري نسبت به فاز مايع دارند. با توجه به رابطه فوق بديهي است که با کاهش ارتفاع قابل دسترس و وزن مخصوص مايع، فشار تخليه پمپ نيز کاهش مييابد
خرابي زودرس ياتاقانها
بسياري از پمپهاي گريز از مرکز دو نوع ياتاقان دارند که يکي از آنها براي تحمل بار شعاعي و ديگري براي تحمل بار محوري است. بروز پديده کاويتاسيون در پمپها تغييرات شديدي در بارهاي وارد بر ياتاقانها ايجاد ميکند.
بروز صدمات و خرابي در پروانه و پوسته يک پمپ
هنگام بروز پديده کاويتاسيون، به طور معمول حبابها در داخل پروانه پمپ در بخش فشار ضعيف تيغه پروانه تشکيل ميشوند. بديهي است اين حبابها هنگام رسيدن به مناطقي با فشار زياد، بر اثر فشار ميترکند.
روشهاي غلبه بر پديده کاويتاسيون
همانطور که بيان شد اگر فشار مايع در قسمت مکش پمپهاي گريز از مرکز به اندازه کافي نباشد، پديده کاويتاسيون به وجود ميآيد و مايع قبل از ورود به داخل پروانه (و حتي در مواردي در بخشهاي ابتدايي پروانه) به بخار تبديل ميشود. لذا براي جلوگيري از بروز اين پديده بايد شرايط مايع در دهانه ورودي پمپ در حدي باشد که هنگام عبور از طول مسير مکش تا قسمت خروجي پروانه به بخار تبديل نشود.
بيشتر ماشينها نقاط ضعفي دارند که ميتوان آنها را پاشنه آشيل ماشينها دانست. پاشنه آشيل پمپها (به ويژه پمپهاي گريز از مرکز) قسمت مکش آنهاست.
اگر شرايط بهره برداري از سيستم به گونهاي باشد که سيال مورد انتقال به شکل مايع به دهانه پمپ برسد، پمپ در انتقال مايع به محل موردنظر کمتر دچار مشکل ميگردد. بيشتر مشکلها و خرابيهاي پمپهاي گريز از مرکز، به قسمت مکش آنها مربوط ميشود که هوا گرفتن و بروز پديده کاويتاسيون جزو مشکلات متداول است. کاويتاسيون مختص پمپها نيست و ميتواند در هر سيستم انتقال مايع (همچون لولهها، شيرها و ...) رخ دهد.
در يک تعريف ساده، کاويتاسيون عبارت است از تشکيل حبابهاي گاز در قسمت مکش (در اثر کاهش فشار)، ورود حبابها به درون پروانه و پوسته، ترکيدن حبابها داخل پروانه و پوسته (در اثر افزايش فشار)، آزاد شدن انرژي و بروز خرابي در قطعات پمپ.
انرژي آزادشده در اثر ترکيدن حبابها، همان انرژي نهان تبخير مايع است که در زمان تبخير به مايع داده ميشود. از نظر لغوي، کاويتاسيون معادل "حفرهزائي" است، چرا که در اثر جوشش مايع، حبابهاي بخار به وجود ميآيند و همزمان با آن گازهاي حلشده در مايع آزاد ميشوند و در درون مايع حفرههايي تشکيل ميشوند که از حبابهاي گاز و بخار پر شدهاند. اين حبابها در منطقه فشار قوي ميترکند و از گاز به شکل مايع در ميآيند و در پي آن، حفرهها محو ميشوند که البته در مجاورت سطوحي که حفرهها با آنها در تماس بودهاند آسيبهايي بر جاي ميماند. به همين خاطر اين پديده حفرهزايي يا کاويتاسيون ناميده ميشود و ذاتاً فرآيندي هيدروديناميک است.
خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش (NPSH)
پديده کاويتاسيون در پمپهاي گريز از مرکز هنگامي رخ ميدهد که خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش پمپ از آنچه که شرکت سازنده پمپ پيشنهاد کرده است کمتر شود. بنابراين، براي تحليل شرايط بروز اين پديده در پمپهاي گريز از مرکز لازم است که شرايط قسمت مکش پمپ از نظر فشار (ارتفاع) و همچنين مشخصههاي پمپ از نظر وجود کمترين شرايط مورد نياز براي جلوگيري از بروز اين پديده بررسي شود. براي سادهتر کردن اين تحليل، NPSH به دو بخش تقسيم ميشود:
فرسايش ناشی از کاويتاسيون
بيشترين صدمات ناشي از کاويتاسيون هنگامي اتفاق ميافتد که فشار موضعي در مسير جريان مايع حتي از فشار تخليه نيز بيشتر شود. حبابها در اين منطقه نخست تحت تأثير فشار موضعي کوچک ميشوند و حالتي شبيه به کليه را به خود ميگيرند و سپس در اثر ترکيدن محو مي شوند (شکل 3)
تشکيل حباب
پديده کاويتاسيون با تشکيل حبابهاي بخار شروع ميشود. براي ديدن اين حبابها ميتوان از تجهيزاتي همچون ايندوسکوپ نشاندهنده شرايط داخلي پمپ استفاده کرد. وسيلهها و روشهاي به کار گرفتهشده براي بررسي کاويتاسيون برحسب پديدآمدن کاويتاسيون در قسمت مکش يا تخليه تيغهها، متفاوت هستند، چنانکه با ايندوسکوپ ميتوان سمت مکش تيغهها را ديد و اگر پديده کاويتاسيون در سمتي از تيغهها رخ دهد که نتوان حبابها را به طور مستقيم ديد، استفاده از پوششهاي انعکاسدهنده مفيد است.
سروصدا
تشکيل حباب و ترکش آنها در اثر پديده کاويتاسيون همواره سروصداي غيرعادي (صدايي شبيه به عبور ماسه از درون پوسته پمپ) ايجاد ميکند. براي جلوگيري از همپوشاني سروصداي ناشي از کاويتاسيون با سروصداي ناشي از ديگر پديدهها همچون سروصداي ناشي از جريان مايع در لقي بين قطعات و پديده عبور تيغهاي ، سيستم بايد در فرکانسهايي بالاتر از KHz 10 يا دست کم 50 برابر فرکانس دوران پمپ بررسي شود.
لرزش
لرزش موجود در پمپ در زمان بروز کاويتاسيون مي تواند به دلايل زير رخ دهد:
• به خاطر وجود تفاوتهاي اجتنابناپذير در تيغهها، دنباله کاويتاسيون در تمامي تيغهها يکسان نيست. در نتيجه جريان مايع در اطراف تيغهها متغير است و پروانه نامتعادل سبب لرزش پمپ ميشود.
....
کاهش ارتفاع قابل دسترس، دبي و راندمان پمپ
در مواردي که NPSHa به اندازهاي است که پمپ دچار کاويتاسيون نميشود، نقطه کار پمپ، محل تلاقي منحني مشخصه سيستم با منحني مشخصه پمپ است. اگر کاويتاسيون بروز نکند منحني مشخصه پمپ ثابت و پايدار است و ارتفاع قابل دسترس، دبي و راندمان پمپ مقادير قابل قبولي دارند. ولي در شرايط بروز کاويتاسيون، منحني مشخصه پمپ ناپايدار است، تغييرات نامطلوبي دارد، و نميتواند ارتفاعي همانند شرايط عادي به وجود آورد، بنابراين ارتفاع قابل دسترس، دبي و راندمان پمپ کاهش مييابند.
کاهش فشار تخليه
بروز پديده کاويتاسيون ضمن کاهش ارتفاع قابل دسترس، سبب تشکيل حبابهاي بخار مي شود که اين حبابها وزن مخصوص کمتري نسبت به فاز مايع دارند. با توجه به رابطه فوق بديهي است که با کاهش ارتفاع قابل دسترس و وزن مخصوص مايع، فشار تخليه پمپ نيز کاهش مييابد
خرابي زودرس ياتاقانها
بسياري از پمپهاي گريز از مرکز دو نوع ياتاقان دارند که يکي از آنها براي تحمل بار شعاعي و ديگري براي تحمل بار محوري است. بروز پديده کاويتاسيون در پمپها تغييرات شديدي در بارهاي وارد بر ياتاقانها ايجاد ميکند.
بروز صدمات و خرابي در پروانه و پوسته يک پمپ
هنگام بروز پديده کاويتاسيون، به طور معمول حبابها در داخل پروانه پمپ در بخش فشار ضعيف تيغه پروانه تشکيل ميشوند. بديهي است اين حبابها هنگام رسيدن به مناطقي با فشار زياد، بر اثر فشار ميترکند.
روشهاي غلبه بر پديده کاويتاسيون
همانطور که بيان شد اگر فشار مايع در قسمت مکش پمپهاي گريز از مرکز به اندازه کافي نباشد، پديده کاويتاسيون به وجود ميآيد و مايع قبل از ورود به داخل پروانه (و حتي در مواردي در بخشهاي ابتدايي پروانه) به بخار تبديل ميشود. لذا براي جلوگيري از بروز اين پديده بايد شرايط مايع در دهانه ورودي پمپ در حدي باشد که هنگام عبور از طول مسير مکش تا قسمت خروجي پروانه به بخار تبديل نشود.
متن کامل جزوه اموزشی کاویتاسیون را ازلینک زیر دریافت نمایید:
پسورد : www.spowpowerplant.blogfa.com
+ نوشته شده در پنجشنبه بیستم مهر ۱۳۹۱ ساعت 11:11 توسط spow
|
وبلاگ همه چیز درباره نیروگاه وبلاگی تخصصی درباره نیروگاه است که به صورت تخصصی به مطالب مرتبط با نیروگاه اعم از مکانیک, ابزاردقیق والکتریک میپردازد