پمپ‌ها یکی از مهم‌ترین تجهیزات در صنایع مختلف هستند. این تجهیزات با افزایش فشار سیال، امکان انتقال آن از یک نقطه به نقطه دیگر را فراهم می‌کنند. پمپ‌ها انواع مختلفی دارند که هر کدام با توجه به کاربرد مورد نظر، طراحی و ساخته می‌شوند.یکی از مشکلاتی که ممکن است در پمپ‌ها ایجاد شود، کاویتاسیون است. ممکن است این سوال برای شما پیش بیاید که کاویتاسیون در پمپ چیست؟ یک مشکل شایع در پمپ‌های هیدرولیک است که می‌تواند به صورت مستقیم تاثیر منفی بر کارایی و عملکرد پمپ داشته باشد.
وقوع کاویتاسیون، که به ایجاد حباب‌های گاز در داخل مایع منجر می‌شود، منجر به افت فشار و افت سطح عملکرد پمپ می‌شود. برای حل این مشکلات، تعمیر پمپ هیدرولیک می‌تواند گزینه‌ای مؤثر باشد. با تحلیل دقیق علت های ایجاد و اجرای تعمیرات مورد نیاز، می‌توان بهبودهای قابل توجهی در کارایی پمپ حاصل کرد. این فرآیند شامل تعویض قطعات آسیب دیده، اصلاح سیستم جریان مایع و بهینه‌سازی تنظیمات پمپ می‌شود. به این ترتیب، تعمیر پمپ هیدرولیک نه تنها به اصلاح مشکلات این فرآیند کمک می‌کند بلکه عملکرد و کارایی پمپ را بهبود می‌بخشد و عمر مفید آن را افزایش می‌دهد.
جهت تعمیر پمپ هیدرولیک خود توسط متخصصین برتر هیدلند کلیک نمایید.
پدیده کاویتاسیون چیست؟
یک پدیده فیزیکی است که در آن بر اثر تشکیل و سپس انفجار حفره‌های بسیار کوچکی در یک مایع، امواج شوک و ارتعاشات شدیدی ایجاد می‌شود. این حفره‌ها به دلیل کاهش فشار و افزایش سرعت جریان مایع در نقاط خاصی از محلول، به وجود می‌آیند. هنگامی که فشار محلول به یک حد خاص برسد، حفره‌ها بطور ناگهانی منهدم می‌شوند که باعث ایجاد امواج شوک و ارتعاشات قوی می‌شود.
این واکنش در مختصاتی از مایع اتفاق می‌افتد که فشار آن به فشار بخار مایع برسد یا کمتر از آن باشد. به عبارت دیگر، زمانی که فشار محلول به فشار بخار آن در دمای مشخصی برسد، مایع به صورت بخار تبخیر می‌شود و حفره‌های کوچکی ایجاد می‌شود. این حفره‌ها سپس با افزایش فشار محلول دوباره منهدم می‌شوند و این فرایند منجر به ایجاد امواج شوک و ارتعاشات قوی می‌شود.
کاویتاسیون در پمپ چیست ؟
کاویتاسیون در پمپ پدیده‌ای است که در آن حباب‌های بخار در سیال تشکیل می‌شوند و سپس منفجر می‌شوند. این پدیده زمانی ایجاد می‌شود که فشار مطلق در یک ناحیه از سیال کمتر از فشار بخار مایع شود. این پدیده در پمپ‌ها، معمولاً در ناحیه ورودی پمپ رخ می‌دهد. این اتفاق ممکن است به دلایل مختلفی مانند کاهش سطح سیال در مخزن، افزایش ارتفاع مکش پمپ، کاهش سرعت چرخش پمپ، افزایش دمای سیال و … رخ دهد و می‌تواند تأثیرات مخربی بر عملکرد پمپ داشته باشد.
انواع کاویتاسیون در پمپ
در پمپ‌ها، انواع مختلفی از کاویتاسیون ممکن است رخ دهند. برخی ازآنها عبارتند از:
کاویتاسیون تبخیری:
این نوع زمانی ایجاد می‌شود که فشار مایع در ورودی پمپ به فشار بخار آن برسد. این باعث می‌شود که مایع در نوک پره‌های پمپ بخار شود و حباب‌هایی از بخار تشکیل شوند. این حباب‌ها با رسیدن به ناحیه‌ای با فشار بالاتر، منفجر می‌شوند و به پره‌های پمپ ضربه می‌زنند. این ضربه‌ها می‌توانند باعث تخریب، سایش، افزایش صدا و کاهش بازده پمپ شوند.
کاویتاسیون هوا:
این نوع زمانی رخ می‌دهد که هوا یا گازهای محلول در مایع از آن جدا شوند و حباب‌هایی را در مایع تشکیل دهند. این حباب‌ها با تغییر شکل و اندازه، به پره‌های پمپ ضربه می‌زنند و مشکلاتی مانند تخریب، سایش، افزایش صدا، کاهش بازده و افزایش نیروی محوری پمپ ایجاد می‌کنند.
کاویتاسیون پیشرونده:
ا زمانی اتفاق می‌افتد که جریان مایع در ورودی پمپ ناهمگن باشد و در نتیجه فشار مایع در برخی نقاط کاهش یابد. این باعث می‌شود که حباب‌های بخار در این نقاط تشکیل شوند و با جریان مایع به سمت خروجی پمپ حرکت کنند. این حباب‌ها با رسیدن به ناحیه‌ای با فشار بالاتر، منفجر می‌شوند و به پره‌های پمپ ضربه می‌زنند. این ضربه‌ها می‌توانند باعث تخریب، سایش، افزایش صدا و کاهش بازده پمپ شوند.انواع کاویتاسیون ممکن است به وسیله مدیریت مناسب فشار و جریان مایع، اصلاح طراحی پمپ، استفاده از روش‌های جلوگیری استفاده از مواد مقاوم ها در برابر این پدیده کاهش یابند.
کاویتاسیون پسرونده:
این نوع زمانی رخ می‌دهد که جریان مایع در خروجی پمپ ناهمگن باشد و در نتیجه فشار مایع در برخی نقاط کاهش یابد. این باعث می‌شود که حباب‌های بخار در این نقاط تشکیل شوند و با جریان مایع به سمت ورودی پمپ هیدرولیک حرکت کنند. این حباب‌ها با رسیدن به ناحیه‌ای با فشار بالاتر، منفجر می‌شوند و به پره‌های پمپ ضربه می‌زنند. این ضربه‌ها می‌توانند باعث تخریب، سایش، افزایش صدا و کاهش بازده پمپ شوند.
نشانه‌های کاویتاسیون
برای جلوگیری یا کاهش پدیده فوق، طراحان معمولا از روش‌هایی مانند بهینه‌سازی دیگران و استفاده از سیستم‌های آبشویی جلوگیری می‌کنند. این اقدامات باعث افزایش کارایی و عمر مفید پمپ می‌شوند. نشانه‌های کاویتاسیون در یک پمپ ممکن است عبارت باشند از:
- صدای غیرمعمول: حین وقوع کاویتاسیون، ممکن است صداهای غیرعادی و غیرمعمولی از پمپ شنیده شود. این صداها ممکن است شبیه به صدای ترک‌های باد در داخل پمپ یا صدای بلند و ترکیدن باشند.
- افت فشار: وقوع این پدیده می‌تواند منجر به افت فشار، کاهش عملکرد و قدرت پمپ شود و در نتیجه، میزان جریان مایع نیز کاهش یابد.
- افزایش دما: هنگامی که این واکنش در پمپ رخ می‌دهد، انرژی کینتیک مایع به حرارت تبدیل می‌شود. به عبارت دیگر، دمای مایع در نقاط کاویتاسیون ممکن است افزایش یابد ومنجر به خرابی قطعات درازمدت شود.
- کاهش عمر مفید قطعات: ممکن است باعث خرابی و خوردگی قطعات پمپ شود. به طور معمول، قطعاتی که در این نقاط قرار دارند، با گذشت زمان کاهش مقاومت مکانیکی خود را نشان دهند و عمر مفید آن‌ها کاهش یابد.
- نشتی مایع: این پدیده ممکن است به عنوان یک عامل نشتی مایع عمل کند. حفره‌های کاویتاسیونی ممکن است باعث ایجاد شکاف‌ها و نشتی در قطعات پمپ شوند که افت قدرت و کارایی پمپ را به دنبال دارد.
مراحل شکل گیری پدیده کاویتاسیون
مراحلی که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم توصیفی کلی از این فرایند هست، اما هر پمپ و شرایط خاص ممکن است باعث تغییر و تفاوت در مراحل شکل‌گیری شود. مهم است که در طراحی و عملیات پمپ‌ها، این مراحل شکل‌گیری در نظر گرفته شود تا از خرابی و کاهش عمر مفید پمپ‌ها جلوگیری شود.
مرحله اول: تشکیل حباب‌های بخار
در این مرحله، فشار مطلق در یک ناحیه از سیال به فشار بخار مایع یا کمتر از آن می‌رسد. این اتفاق ممکن است به دلایل مختلفی مانند کاهش سطح سیال در مخزن، افزایش ارتفاع مکش پمپ، کاهش سرعت چرخش پمپ، افزایش دمای سیال و … رخ دهد.
هنگامی که فشار مطلق در یک ناحیه از سیال به فشار بخار مایع یا کمتر از آن برسد، مایع در آن ناحیه به حالت اشباع تبدیل می‌شود. در حالت اشباع، مایع تمایل دارد که به حالت بخار تبدیل شود.اگر در این ناحیه، تلاطم یا نوسانات فشار وجود داشته باشد، مایع می‌تواند به حالت بخار تبدیل شود و حباب‌های بخار تشکیل شوند.
مرحله دوم: انفجار حباب‌های بخار
حباب‌های بخار تشکیل شده در مرحله اول، به همراه سیال به سمت خروجی پمپ حرکت می‌کنند. با افزایش فشار در خروجی پمپ، حباب‌های بخار منفجر می‌شوند. انفجار حباب‌های بخار می‌تواند باعث ایجاد مشکلات مختلفی در پمپ شود.
اثرات کاویتاسیون بر پمپ
- کاهش راندمان: حباب‌های بخار ایجاد شده در اثر کاویتاسیون، مسیر جریان سیال را مسدود می‌کنند و مانع از عملکرد صحیح پمپ می‌شوند. این امر منجر به کاهش راندمان و افزایش مصرف انرژی پمپ می‌شود.
- ایجاد سروصدای زیاد: انفجار حباب‌های بخار در اثر کاویتاسیون، صدای بلندی ایجاد می‌کند که می‌تواند آزاردهنده باشد.
- لرزش و ارتعاش: کاویتاسیون می‌تواند باعث لرزش و ارتعاش پمپ شود که به مرور زمان به اجزای پمپ آسیب می‌رساند.
- فرسایش و خوردگی: انفجار حباب‌های بخار در اثر کاویتاسیون، می‌تواند به خوردگی و فرسایش اجزای پمپ، به خصوص پروانه و بدنه، منجر شود.
- کاهش عمر پمپ: اثرات مخرب کاویتاسیون در نهایت عمر پمپ را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
کاربرد کاویتاسیون
این فرآیند یک پدیده پیچیده است که می‌تواند هم مضر و هم مفید باشد. در بیشتر موارد، یک مشکل است که باید از آن جلوگیری شود. با این حال، در برخی موارد، کاویتاسیون می‌تواند برای اهداف خاص مورد استفاده قرار گیرد. برخی از کاربردها عبارتند از:
سیستم‌های پمپاژ:
در سیستم‌های پمپاژ، ممکن است باعث ایجاد حباب‌های بخار در مایع شود که می‌تواند منجر به لرزش و سایش قطعات پمپ گردد. مهندسان از روش‌های کنترل فشار و بهینه‌سازی طراحی برای کاهش اثرات کاویتاسیون در این زمینه استفاده می‌کنند.
صنعت غذایی:
در صنعت تولید شیر و محصولات لبنی، می‌تواند بهبود طعم و بافت محصول نهایی را ایجاد کند. این پدیده باعث تجزیه و تحلیل چربی‌ها و پروتئین‌ها می‌شود و به شیر کیفیت بهتری می‌بخشد.
صنعت نفت و گاز:
در صنعت نفت و گاز، از این فرآیند برای تمیز کردن لوله‌ها و مخازن استفاده می‌شود.
تصفیه آب:
در فرآیند‌های تصفیه آب، باعث تشکیل حباب‌های بخار در مایعات گردد که باعث افزایش کارایی فرآیند تصفیه می‌شود.
تکنولوژی اولتراسونیک:
در تکنولوژی اولتراسونیک، امواج فراصوتی برای ایجاد کاویتاسیون به کار می‌روند. این روش در زمینه‌های مختلف از پزشکی تا صنعت مواد غذایی استفاده می‌شود.
این تنها چند مثال از کاربردهای این پدیده هستند و این پدیده در صنایع مختلف به دلیل تأثیرات متنوعی که ایجاد می‌کند، توجه بسیاری از محققان و مهندسان را جلب کرده است.
علت ایجاد کاویتاسیون
ایجاد کاویتاسیون نیازمند شرایط و عوامل خاصی است تا فشار مطلق در یک ناحیه از سیال به فشار بخار مایع یا کمتر از آن برسد و این پدیده رخ دهد. این اتفاق ممکن است به دلایل مختلفی مانند کاهش سطح سیال در مخزن، افزایش ارتفاع مکش پمپ، کاهش سرعت چرخش پمپ، افزایش دمای سیال و وجود اجسام خارجی در سیال باشد که تمامی این اتفاقات باعث کاهش فشار مطلق در سیال و ایجاد این فرآیند می‌شوند.
جلوگیری از کاویتاسیون در پمپ
برای جلوگیری از ایجاد این فرآیند ، باید عواملی که باعث ایجاد آن می‌شوند را کنترل کرد، برای این کار کافی است اقدامات زیر انجام شوند.
- کاهش دما و سرعت جریان مایع
- افزایش تراز و فشار مایع در مخزن مکش
- بهبود و اصلاح طراحی پمپ و پروانه
- تزریق مقدار کمی سیال خنک‌کننده به ورودی پمپ
با آگاهی از اینکه کاویتاسیون در پمپ چیست؟ و چه عواملی که باعث ایجاد آن می‌شوند؟ می‌توان از ایجاد این پدیده و آسیب‌های جدی به پمپ‌ها جلوگیری کرد.
