کاویتاسیون یک وضعیت مضر است که اغلب در واحدهای پمپاژ گریز از مرکز رخ ​​می دهد. کاویتاسیون می تواند کارایی پمپ را کاهش دهد، باعث لرزش و صدا شود و منجر به آسیب جدی به پروانه پمپ، محفظه پمپ، شفت و سایر قسمت های داخلی پمپ شود. کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که فشار سیال در پمپ به زیر فشار تبخیر می رسد و باعث ایجاد حباب های بخار در ناحیه کم فشار می شود. این حباب های بخار وقتی وارد ناحیه پرفشار می شوند، به شدت فرو می ریزند یا "منفجر می شوند". این می تواند باعث آسیب مکانیکی در داخل پمپ شود، نقاط ضعیفی را ایجاد کند که مستعد فرسایش و خوردگی هستند و عملکرد پمپ را مختل کند.

درک و اجرای استراتژی‌ها برای کاهش کاویتاسیون برای حفظ یکپارچگی عملیاتی و عمر مفید دستگاه حیاتی است. پمپ های پوششی تقسیم شده .

انواع کاویتاسیون در پمپ ها

برای کاهش یا جلوگیری از کاویتاسیون در پمپ، درک انواع مختلف کاویتاسیون که ممکن است رخ دهد مهم است. این انواع عبارتند از:

1. کاویتاسیون تبخیر. این کاویتاسیون که به عنوان "کاویتاسیون کلاسیک" یا "کاویتاسیون با سر مکش مثبت خالص موجود (NPSHa) نیز شناخته می شود، رایج ترین نوع کاویتاسیون است. پوشش تقسیم شده پمپ ها سرعت سیال را هنگام عبور از سوراخ مکش پروانه افزایش می دهند. افزایش سرعت معادل کاهش فشار سیال است. کاهش فشار ممکن است باعث شود مقداری از مایع بجوشد (تبخیر شود) و حباب‌های بخار تشکیل شود که به شدت فرو می‌ریزند و هنگامی که به منطقه پرفشار می‌رسند، امواج ضربه‌ای کوچک ایجاد می‌کنند.

2. کاویتاسیون آشفته. اجزایی مانند زانویی، شیرها، فیلترها و غیره در سیستم لوله کشی ممکن است برای مقدار یا ماهیت مایع پمپ شده مناسب نباشند، که می تواند باعث ایجاد گرداب، تلاطم و اختلاف فشار در سراسر مایع شود. هنگامی که این پدیده ها در ورودی پمپ رخ می دهند، می توانند مستقیماً داخل پمپ را فرسایش دهند یا باعث تبخیر مایع شوند.

3. کاویتاسیون سندرم تیغه. همچنین به عنوان "سندرم عبور پره" شناخته می شود، این نوع کاویتاسیون زمانی رخ می دهد که قطر پروانه خیلی زیاد باشد یا پوشش داخلی محفظه پمپ خیلی ضخیم باشد/قطر داخلی محفظه پمپ خیلی کوچک باشد. یکی از این شرایط یا هر دوی این شرایط، فضای (خلاصه) داخل محفظه پمپ را به زیر سطح قابل قبول کاهش می دهد. کاهش فاصله در محفظه پمپ باعث افزایش سرعت جریان سیال و در نتیجه کاهش فشار می شود. کاهش فشار ممکن است باعث تبخیر مایع و ایجاد حباب‌های کاویتاسیون شود.

4. کاویتاسیون چرخش داخلی. هنگامی که یک پمپ تقسیم مرکزی قادر به تخلیه سیال با دبی مورد نیاز نباشد، باعث می شود که بخشی یا تمام سیال در اطراف پروانه چرخش مجدد یابد. سیال در حال چرخش مجدد از مناطق کم و فشار بالا عبور می کند که گرما، سرعت بالا و حباب های تبخیر را ایجاد می کند. یکی از دلایل رایج چرخش داخلی، کارکردن پمپ با بسته بودن دریچه خروجی پمپ (یا با دبی کم) است.

5. کاویتاسیون حباب هوا. هوا را می توان از طریق دریچه خراب یا اتصالات شل به داخل پمپ کشید. پس از داخل شدن پمپ، هوا همراه با سیال حرکت می کند. حرکت سیال و هوا می تواند حباب هایی را تشکیل دهد که وقتی در معرض افزایش فشار پروانه پمپ قرار می گیرند "منفجر می شوند".

عواملی که در ایجاد کاویتاسیون نقش دارند - NPSH، NPSHa و NPSHr

NPSH یک عامل کلیدی در جلوگیری از کاویتاسیون در پمپ های اسپلیت کیسینگ است. NPSH تفاوت بین فشار مکش واقعی و فشار بخار سیال است که در ورودی پمپ اندازه گیری می شود. مقادیر NPSH باید بالا باشد تا از تبخیر سیال در پمپ جلوگیری شود.

NPSHa NPSH واقعی تحت شرایط عملکرد پمپ است. هد مکش مثبت خالص مورد نیاز (NPSHr) حداقل NPSH تعیین شده توسط سازنده پمپ برای جلوگیری از کاویتاسیون است. NPSHa تابعی از لوله کشی مکش، نصب و جزئیات عملکرد پمپ است. NPSHr تابعی از طراحی پمپ است و مقدار آن با آزمایش پمپ تعیین می شود. NPSHr نشان دهنده هد موجود در شرایط آزمایش است و معمولاً به عنوان افت 3 درصدی در سر پمپ (یا سر پروانه مرحله اول برای پمپ های چند مرحله ای) برای تشخیص کاویتاسیون اندازه گیری می شود. NPSHa باید همیشه بیشتر از NPSHr باشد تا از کاویتاسیون جلوگیری شود.

استراتژی هایی برای کاهش کاویتاسیون - افزایش NPSHa برای جلوگیری از کاویتاسیون

اطمینان از اینکه NPSHa بزرگتر از NPSHr است برای جلوگیری از کاویتاسیون بسیار مهم است. این را می توان با:

1-کاهش ارتفاع پمپ اسپلیت کیسینگ نسبت به مخزن مکش/مخزن. سطح سیال در مخزن مکش / مخزن را می توان افزایش داد یا پمپ را می توان پایین تر نصب کرد. این باعث افزایش NPSHa در ورودی پمپ می شود.

2. قطر لوله کشی را افزایش دهید. این باعث کاهش سرعت سیال در سرعت جریان ثابت می شود و در نتیجه تلفات سر مکش در لوله ها و اتصالات را کاهش می دهد.

2. کاهش تلفات سر در اتصالات. تعداد اتصالات در خط مکش پمپ را کاهش دهید. برای کمک به کاهش تلفات سر مکش ناشی از اتصالات، از اتصالاتی مانند زانویی با شعاع بلند، دریچه‌های پر سوراخ و کاهنده‌های مخروطی استفاده کنید.

3. تا حد امکان از نصب صفحات و فیلترها بر روی خط مکش پمپ خودداری کنید، زیرا اغلب باعث ایجاد حفره در پمپ های گریز از مرکز می شوند. اگر نمی توان از این کار اجتناب کرد، اطمینان حاصل کنید که صفحه ها و فیلترهای روی خط مکش پمپ به طور مرتب بازرسی و تمیز می شوند.

5. سیال پمپ شده را خنک کنید تا فشار بخار آن کاهش یابد.

برای جلوگیری از کاویتاسیون حاشیه NPSH را درک کنید

حاشیه NPSH تفاوت بین NPSHa و NPSHr است. حاشیه بزرگتر NPSH خطر کاویتاسیون را کاهش می دهد زیرا یک عامل ایمنی برای جلوگیری از سقوط NPSHa به زیر سطوح عملیاتی نرمال به دلیل نوسانات شرایط عملیاتی فراهم می کند. عواملی که بر حاشیه NPSH تأثیر می‌گذارند عبارتند از ویژگی‌های سیال، سرعت پمپ و شرایط مکش.

حفظ حداقل جریان پمپ

اطمینان از اینکه یک پمپ گریز از مرکز بالاتر از حداقل دبی مشخص کار می کند برای کاهش کاویتاسیون بسیار مهم است. کارکردن یک پمپ اسپلیت کیس زیر محدوده جریان بهینه آن (منطقه عملیاتی مجاز) احتمال ایجاد یک ناحیه کم فشار را افزایش می دهد که می تواند باعث ایجاد کاویتاسیون شود.

ملاحظات طراحی پروانه برای کاهش کاویتاسیون

طراحی پروانه نقش مهمی در این دارد که آیا یک پمپ گریز از مرکز در معرض کاویتاسیون است یا خیر. پروانه‌های بزرگ‌تر با پره‌های کمتر، شتاب سیال کمتری را ارائه می‌کنند، که خطر کاویتاسیون را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، پروانه‌هایی با قطر ورودی بزرگ‌تر یا تیغه‌های مخروطی به مدیریت روان‌تر جریان سیال کمک می‌کنند و تلاطم و تشکیل حباب را به حداقل می‌رسانند. استفاده از موادی که در برابر آسیب کاویتاسیون مقاومت می کنند می تواند عمر پروانه و پمپ را افزایش دهد.

استفاده از دستگاه های ضد حفره

دستگاه های ضد کاویتاسیون مانند لوازم جانبی تهویه جریان یا لاینرهای سرکوب کننده کاویتاسیون در کاهش کاویتاسیون موثر هستند. این دستگاه‌ها با کنترل دینامیک سیال در اطراف پروانه کار می‌کنند، جریان ثابت‌تری را فراهم می‌کنند و تلاطم و نواحی کم‌فشار را که باعث ایجاد کاویتاسیون می‌شوند، کاهش می‌دهند.

اهمیت اندازه مناسب پمپ در جلوگیری از کاویتاسیون

انتخاب نوع پمپ مناسب و تعیین اندازه صحیح برای یک کاربرد خاص برای جلوگیری از کاویتاسیون بسیار مهم است. یک پمپ بزرگتر ممکن است در جریان های کمتر کارآیی نداشته باشد که منجر به افزایش خطر کاویتاسیون می شود، در حالی که یک پمپ کم اندازه ممکن است برای برآورده کردن نیازهای جریان سخت تر کار کند، که احتمال کاویتاسیون را نیز افزایش می دهد. انتخاب صحیح پمپ شامل تجزیه و تحلیل دقیق جریان مورد نیاز حداکثر، نرمال و حداقل، ویژگی های سیال و طرح سیستم است تا اطمینان حاصل شود که پمپ در محدوده عملیاتی مشخص شده کار می کند. اندازه گیری دقیق از ایجاد حفره جلوگیری می کند و کارایی و قابلیت اطمینان پمپ را در طول چرخه عمر آن افزایش می دهد.