کاویتاسیون در پمپ های وکیوم آبی | Liquid ring vacuum pump cavitation

کاویتاسیون Cavitation در پمپ های وکیوم آبی
Liquid ring vacuum pump cavitation

کاویتاسیونرابطه کاویتاسیونcavitation)  pump  (با دما،فشار و میزان آب ورودی به پمپ

کاویتاسیون در لغت از کلمه Cavity به معنای حفره آمده و منظور از کاویتاسیون ایجاد حفره یا حفره زائی است. در صورت وقوع این پدیده یکی از خسارات آن ایجاد خوردگی وحفره برروی بدنه پروانه و پوسته پمپ است. قبل از توضیح پدیده کاویتاسیون لازم است اشاره به نقطه جوش و فشار بخار مایعات صورت گیرد. نقطه جوش مایعات به فشاری که مایع در آن قرار دارد بستگی دارد. مثلا آب در فشار یک آتمسفر در دمای١٠٠ درجه سانتیگراد می جوشد که این دما در فشار۵/٠ اتمسفر درحدود٨٠ درجه است.
ممکن است در داخل پمپ شرایطی بوجود آید به طوریکه در دمای موجود با توجه به کاهش فشاریکه ایجاد شده، سیال بجوشد. این پدیده در صورت وقوع در ابتدای پره در داخل پروانه رخ می دهد. تبدیل مایع به حباب های بخار همراه با افزایش حجم ناگهانی می باشد ( دانسیته مایع بیش از ١٠٠٠ برابر دانسیته بخار در این شرایط است ). حباب تشکیل شده با سرعت زیادی به جلو هدایت می شود. درنیمه دوم پره با افزایش فشار سیال شرایط از حالت اشباع به حالت مایع فشرده بر می گردد و طی پدیده پیچیده ای حباب بخار سقوط کرده و ضمن تقطیر شدن با سرعت زیاد ( تا ۵٠ متر برثانیه) به اطراف برخورد می کند. قطرات سیال که با این سرعت به اطراف برخورد می کنند، دارای ممنتوم بسیار بالایی هستند به طوری که نیروی وارد شده از طرف این ذرات بر دیواره پروانه قادر است قسمتی از بدنه پروانه را کنده و بر روی آن ایجاد حفره کند.
کمتر فلزی در برابر این نیرو مقاومت می کند، آلیاژهای فولاد-کرم مقاومت بهتری در مقابل این پدیده دارند. این پدیده معمولا با ایجاد سر و صدا نیز همراه است که فرکانس آن به MHZ١  می رسد به این صدا اصطلاحا صدای سفید گفته می شود. می توان از طریق اندازه گیری صدا بروز کاویتاسیون را تشخیص داد.
همانطور که قبلا اشاره شد فلزات نمی توانند در مقابل کاویتاسیون مقاومت کنند. بهترین آلیاژ برای این منظور عبارتند از فولاد زنگ نزن، فولاد با ١٣ % کرم، فولاد معمولی، برنز معمولی و بالاخره چدن که به ترتیب داده شده بر اساس بهترین مقاومت به پایین می باشد. چنانچه کاویتاسیون در پمپ رخ دهد برای قطع آن یا دبی عبوری از پمپ یا دور پمپ کاهش داده می شود. البته در بسیاری از نقاط منحنی مشخصه پمپ، کاویتاسیون جزئی وجود دارد وطبق استاندارد بین المللی تا ٣% اطراف نقطه بیشترین راندمان، کاویتاسیون نداریم ولی خارج از این ناحیه کاویتاسیون با شدت کم وجود دارد. می توان وقوع کاویتاسیون و نحوه تاثیر آن را بر منحنی مشخصه وعملکرد پمپ را از طریق آزمایش ملاحظه کرد. اگر چنانچه شیر ورودی پمپ را به آرامی ببندیم، در جائی مشاهده می شود که ضمن پیدایش صدا منحنی مشخصه پمپ ناگهان افت می کند. در این وضعیت پمپ در حالت کاویتاسیون بوده و نقطه عملکرد پایدار نمی باشد.

دمای سیال ورودی نباید از حداکثر مجاز عبور نماید، زیرا در این صورت با مشکلاتی همچون کاهش ظرفیت، پدیده کاویتاسیون و تشکیل رسوب در سطح داخلی پمپ رو به رو خواهد شد.
حداکثر دمای مجاز سیال برای پمپ های وکیوم آب در گردش ۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. البته لازم به ذکر می باشد پمپ های وکیوم  در دماهای بالاتر از حد مجاز دچار کاهش ظرفیت وکیوم می گردند.
کاویتاسیون : حُفره‌زایی (نام‌های دیگر: خوردگی حبابی، کَویتاسیون، حفره‌سازی، خلاءزایی) پدیده‌ای است که در آن کاهش فشار، باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌هایی شود.
در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم به دلیل اختلاف فشار در مایع رخ می د‌هد، فشار موضعی کم‌تر از فشار بخار مایع می‌شود. این امر باعث می‌شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می‌کند در دماهایی پایین‌تر زودتر به صورت گاز درآید.
حباب‌های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می‌شوند معمولاً منفجر می‌شوند. این ترکیدن حباب‌ها شوکی موج ‌مانند ایجاد می‌کند که صدادار است.
حفره‌زایی همچنین یکی از دلایل اولیه لرزش در پمپ‌های وکیوم می باشد به این ترتیب به دلیل مکش موجود در محفظه پمپ، فشار مایع درون محفظه کاهش می‌یابد. چنانچه این فشار از فشار بخار مایع در دمای عملیاتی کمتر شود؛ مایع درون محفظه پمپ تبخیر شده و بصورت حباب درمی‌آید. این حبابها در برخورد با پروانه‌های پمپ ترکیده و نه تنها باعث لرزش پمپ می‌شوند بلکه آسیبهای جدی از جمله خوردگی زیاد در لبه پروانه‌ها و بدنه ایجاد می‌کنند که به مرور زمان باعث کاهش راندمان پمپ می‌گردد. وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی بهره‌برداری از عوامل این مسئله هستند.
در شرایط زیر کاویتاسیون رخ خواهد داد :

  • دما و فشار مایع درونی پمپ وکیوم بالا باشد.
  • فشار مطلق ورودی کمتر از ۸۰ میلی لیتر جیوه باشد که بستگی به درجه حرارت سیال خواهد داشت.
  • وجود یک مانع در سر راه مکش
  • وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ
  • اگر فشار استاتیکی از فشار بخار بیشتر گردد
  • پمپ بزرگتر از ظرفیت نصب شده باشد

فعالیت پمپ در شرایط کاویتاسیون ( در طولانی مدت ) می تواند باعث صدمات و آسیب های جدی پمپ گردد.
جهت رفع کاویتاسیون، علاوه بر رفع موارد و مشکلات بالا می توانید از راهکرد های زیر استفاده نمایید :

  • نصب شیر قائم ضد کاویتاسیون
  • حذف زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ
  • کاهش دمای مایع درونی

ویسکوزیته، گِرانرَوی ،لِزْجَت یا وُشکسانی : عبارت است از مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش برشی، در یک سیال جاری (در حال حرکت)، که لایه‌های مختلف آن نسبت به یکدیگر جابجا می‌شوند، به‌مقدار مقاومت لایه‌های سیال در برابر لغزش روی هم گرانروی سیال می‌گویند. هرچه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز است. به‌عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شیر بسیار بیشتر است.
با افزایش دما لزجت سیالات مایع کاهش می یابد ولی در گازها، قضیه برعکس است، البته درصد تغییرات آن برای سیالات مختلف متفاوت است