پدیده کاویتاسیون چیست؟

از آنجاییکه انتقال آب کندانس به دی اریتور و همچنین انتقال آب از دی اریتور به بولیر در دمای بالای صورت بروز پدیده کاویتاسیون از مهم ترین موارد در انتخاب پمپ برای دیگ خانه است.

پمپ های سانتریفیوژ در موتور خانه های دیگ بخار کاربرد وسیعی دارد که مهخم ترین آنها پمپ های تغذیه بویلر و پمپ های کندانس (انتقال آب از تانک کندانس به دی اریتور ) هستند.

پدیده کاویتاسیون

کاویتاسیون

تعریف: هرگاه در محلی از پمپ (غالبا پروانه) هوا تجمع کند و حباب گاز تشکیل شود در هنگام خروج این گاز از لبه پروانه این حباب ها میترکد و فشار منفی بالایی روی پروانه ایجاد میکند که باعث خوردگی پمپ، لرزش، سروصدا، از بین بردن آببندی و کاهش یازده میشود. پدیده کاویتاسیون بیشتر در جاهایی اتفاق میوفتد که فشار مایع کمتر یا مساوی فشار بخار در آن دما میشود.

برای مثال P آب در دمای ۱۵ درجه سانتی گراد معادل ۱۷۰۰ پاسکال است امادر دمای ۹۰ درجه سانتی گراد این عدد به ۷۰۱۱۰ پاسکال میرسد. بنابراین مساله بروز کاویتاسیون در مکش آب با دمای بالا بسیار شایع تر از مکش آب در دمای پایین است.

نیروی کاویتاسیون چقدر است؟

هنگامی که حباب ها از ناحیه کم فشار به ناحیه پر فشار منتقل میشود میترکد و با سرعت صوت به دیواره های داخلی پمپ ضربه میزند. که این اتفاق صدایی بسیارزیادی را ایجاد میکند( مانند صدای برخورد سنگ با فلز).

کاویتاسیون تبخیری ( کاویتاسیون کلاسیک)

در صورتیکه در دهانه مکش پمپ ها فشار مایع کمتر از فشار بخار شود در آنجا عمل تبخیر اتفاق میوفتد و بخشی از آب بخار میشود. بخار پس از گذر از پروانه وارد محدوده فشار بالا میشود. با بالا رفتن حباب بخار میترکد و پدیده کاویتاسیون اتفاق میوفتد. از آنجاییکه این اتفاق شایع ترین نوه کاویتاسیون میباشد و حدود ۷۰ درصد کاویتاسیون ها را در بر میگیرد به ان کاویتاسیون کلاسیک میگویند.

ارتفاع مکش مثبت خالص

در پمپ های گریز از مرکز  پدیده کاویتاسیون اتفاق میوفتد که ارتفاع مکش مثبت خالص از آنچه که در کارخانه سازنده توصیه نموده است متر باشد. پس برای تحلیل شرایط بروز این پدیده لازم است هم شرایط مکش پمپ وهم مشخصه های آن مورد بررسی قرار گیرند. برای تحلیل این شرایط، NPSH به دو دسته تقسیم بندی میشود.

1. خالص ارتفاع مثبت مورد نیاز در قسمت مکش پمپ NPSHR
2. خالص ارتفاع مثبت قابل دسترس در قسمت مکش پمپ NPSHA

NPSHR را میتوان انرزی پتانسیل مورد نیاز ( هد بر حسب متر )در قسمت مکش پمپ مازاد بر فشار بخار مایع ( بر حسب متر ) در دمای انتقال تعریف کرد که امکان بهره برداری از پمپ بدون بروز پدیده کاویتاسیون در آن را میسر میسازد. این پارامتر به مشخصه های رفتاری و طراحی، دبی جریان ، سرعت دورانی پروانه و … بستگی داشته و از سوی کارخانه های سازنده پمپ براساس قط های مختلف پروانه در اختیار مشتریان قرار داده میشود.

NPSHA جز مشخصه های سیستم پمپاژ بوده و به عوامل متعددی از قبیل فشار محیط، خواص فیزیکی مایع، قط لوله مکش و… بستگی دارد. از نظر تئوری در صورتیکه NPSHA از NPSHR پمپ، در دبی بهره برداری بیشتر باشد کاویتاسیون اتفاق نمی افتد. اکثر سازندگان پمپ های گریز از مرکز توصیه میکنند که جهت اطمینان از بروز پدیده کاویتاسیون بهتر است که NPSHA حداقل ۰/۵ متر از NPSHR  بیشتر باشدو در بعضی مراجعتوصیه شده است که NPSHA برای آب باید حدود ۲۰ درصد از NPSHR  بیشتر باشد ولی مقدار اختلاف نباید از ۰/۵ متر کمتر باشد.

پدیده کاویتاسیون

راه های پیشگیری از کاویتاسیون کلاسیک

۱-کاهش دمای سیال :

ساده ترین راه برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون کاهش دمای سیال است. کاهش دمای سیال سبب میشود PV کاهش یابد و در نتیجه NPSHA بزرگ تر شده و مانع از بروز پدیده کاویتاسیون میشود. نکته مهم درکاهش دما ریتم تغییرات PV در دمای مختلف است.

کاهش PV آب کاهش دما در محدوده دمایی ۸۰-۱۰۰ درجه سانتی گراد با شیب تند تری نسبت به دماهای دیگر اتفاق میوفتد.

۲-افزایش هد استاتیکی در مکش :

برای آنکه پمپ بتواند آب ۱۰۰ درجه سانتی گراد ( دمای آب تغذیه بویلر) را بدون بروز پدیده کاویتاسیون مکش نماید میتوان با افزایش هد استاتیکی NPSHA را افزایش داد .

برای اجرای این مهم دو راه کار پیشرو است :

الف ) نصب دی اریتور در ارتفاع :

ساده ترین راه برای افزایش هد استاتیکی ایجاد مثبت با بالا بردن محل نصب دی اریتور است. بدین ترتیب فشار ستون آب در مکش پمپ سبب میشود NPSHA مورد نیاز تامین شود و در نتیجه کاویتاسیون بروز نکند. ارتفاع استاندارد بدین منظور معادل ۹ متر ستون آب است که متاسفانه در اکثر دیگ خانه های کشورمان قابلیت اجرا ندارد.

ب) استفاده از دی اریتور های مناسب برای سقف کوتاه:

این نوع دی اریتور های میتوانند با ایجاد فشار استاتیک مصنوعی توسط فشار بخار در محفظه دی اریتور فشار مثبت مورد نیاز پمپ را تامین کنند.

۳-ایجاد تغییرات در سامانه لوله کشی و پمپ شامل :

الف) کاهش سرعت ( با افزایش قط لوله مکش ) که موجب کاهش HF  خواهد شد.

ب) کاهش NPSHR با تغییر قطر لوله و دور پمپ:

NPSHR  پمپ های سانتریفیوژ در دبی  عملکرد آنها توسط سازندگان در غالبیک منحنی ارائه میشود. سازندگان پمپ تلاش میکنند پمپ هایی تولید کنند که اصطلاحا low npsh باشند. یعنی بتوانند با حداقل NPSHA  سیال را بدون بروز کاویتاسیون مکش نماید.

NPSHR پمپ ها با حرکت نقطه عملکرد پمپ به سمت راست افزایش میابد. ریتم این افزایش با حرکت نقطه عملکرد پمپ به سمت راست (محدوده جریان بالا، هد پایین) با شیب تند تری افزایش میاید.