مشاوره تلفنی ۷-۶۵۶۱۰۹۸۶-۰۲۱ info@sabalanvacuumpumps.com

کاویتاسیون هنگامی رخ می دهد که حباب های بخار شکل گرفته و همراه با پروانه حرکت کنند(آن چه موجب شکل گیری حباب بخار در وهله اول میشود، اندکی بعد مورد بحث قرار می گیرد) با حرکت حباب های بخار در طول پره پروانه، فشار اطراف حباب ها شروع به افزایش می کند. هنگامی که به نقطه ای برسیم که در آن فشار درونی آن باشد حباب متلاشی می شود این نوع فروپاشی به صورت خارجی رخ نمی دهد، بلکه در داخل آن اتفاق می افتد. لازم به ذکر است که فروپاشی حباب بهت صورت تکی اتفاق نمی افتد، بلکه توسط فروپاشی صدها حباب دیگر در نقطه ای بر روی هر پره ی پروانه احاطه شده است.


NPSH چیست ؟
Net Positive Suction Head (NPSH) اصطلاح یا کلمه NPSH در واقع یک فشار مورد نیاز یا در دسترس است که جهت برقراری یک نیرو که توانایی ارسال مقدار معینی از مایع از بین لوله های ورودی به درون چشم پروانه ، سیلندر یا بدنه پمپ را دارد.
  پدیده کاویتاسیون هنگامی در پمپ های گریز از مرکز (سانتریفوژ) به وقوع می پیوندد که خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش پمپ از آنچه که شرکت سازنده توصیه نموده کمتر باشد. به عبارت دیگر وقوع این پدیده هنگامی است که شرایط قسمت مکش (فشار مایع) در حد مطلوب نبوده، به نحوی که مایع قبل از ورود به داخل پروانه (و در مواردی حتی در قسمت های ابتدائی پروانه) به بخار تبدیل نشود.  لذا جهت جلوگیری از بروز این پدیده لازم است که شرایط مایع در دهانه ورودی پمپ به گونه ای باشد که مایع مورد انتقال در طول عبور از مسیر مکش تا قسمت خروجی پروانه به صورت بخار تبدیل نشود.
   برای سهولت تحلیل فوق خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش NPSH به دو دسته تقسیم می شود:
الف) خالص ارتفاع مثبت قابل دسترس در قسمت مکش پمپNPSHA
ب) خالص ارتفاع مثبت مورد نیاز در قسمت مکش پمپNPSHR
   برای این منظور از نظر تئوریک کافی است که NPSHA از NPSHR پمپ در دبی بهره برداری بیشتر باشد. اکثر سازندگان پمپ های گریزازمرکز توصیه می کنند که جهت اطمینان از بروز پدیده کاویتاسیون بهتر است که NPSHA حداقل 0.5 متر از NPSHR بیشتر باشد. در بعضی مراجع توصیه شده است که NPSHA برای آب حدود 20درصد و برای هیدروکربورها حداقل 10 درصد از NPSHR بیشتر بوده ولی مقدار اختلاف نباید از 0.5 متر کمتر باشد.

   به هر حال ممکن است شرایطی در سیستم انتقال مایع بوجود آید که عملاً شرایط فوق برقرار نبوده وپمپ در معرض کاویتاسیون قرار گیرد. همانطوری که قبلاً گفته شد NPSH)مورد نیاز و قابل دسترس) مقادیر ثابتی نبوده و خود تابعی از دبی جریان در سیستم می باشند.
   منحنی تغییراتNPSHA و NPSHR بر حسب دبی، شکلی سهمی گونه دارند. NPSHA با افزایش دبی کاهش یافته (به جهت افزایش از دست رفت ناشی از اصطکاک در سیستم)، در عوض NPSHR با افزایش دبی پمپ کاهش می یابد. در شکل تغییراتNPSHA و NPSHR بر حسب دبی نشان داده شده است.



منحنی تغییرات NPSHA و NPSHR بر حسب دبی


   برای غلبه بر کاویتاسیون می توان از روش های زیر استفاده کرد:
الف) افزایش NPSHA
ب) کاهش NPSHR
ج) افزایش مقاومت مکانیکی قطعات پمپ در مقابل کاویتاسیون
 روشهای افزایش NPSHA
NPSHA جزء مشخصه‌های سیستم و مایع مورد پمپاژ می‌باشد. بنابر این جهت افزایش آن باید در شرایط طراحی و بهره برداری از سیستم و مشخصه‌های فیزیكی مایع مورد انتقال تجدید نظر بعمل آورد. بنا بر تعریف NPSHA از رابطه زیر و در دهانه مكش پمپ محاسبه می‌شود:
ارتفاع سرعتی + ارتفاع معادل فشار بخار مایع - ارتفاع‌استاتیكی مکش = NPSHA
ارتفاع معادل از دست رفت انرژی در قسمت مكش - اختلاف ارتفاع مایع تا منبع مكش
رابطه فوق را می‌توان بصورت زیر خلاصه نمود:


كه در آن:
بار فشار مطلق در منبع مكش PS=
بار فشار بخارمایع در دمای پمپاژ PV=
متر بر ثانیه سرعت مایع در دهانه مكش پمپ V1=
متر اختلاف ارتفاع سطح مایع تا دهانه مكش پمپ Z=
متر جمع از دست رفت انرژی در لوله مكش
وزن مخصوص مایع SG =
تذكر: اگر سطح مایع از دهانه مكش پمپ بالاتر باشد (Head)، علامت Z مثبت بوده و اگر از دهانه مكش پمپ پائین‌تر باشد ، علامت Z منفی خواهد بود. در حالتی كه مایع و دهانه مكش پمپ در یك سطح قرار دارند Z=0 می‌باشد. جهت افزایش NPSHA لازم‌است كه در روابط مقادیر مثبت افزایش داده شده و یا مقادیر با علامت منفی كاهش داده شود. افزایش NPSHA موجب افزایش هزینه‌های ثابت (هزینه‌های لوله كشی‌)در سیستم می‌گردد.
همانطوری كه قبلاً اشاره شد، جهت افزایش NPSHA لازم‌است كه در رابطه مقادیر منفی را كاهش و یا مقادیر مثبت را افزایش داد. برای این منظور می‌توان از روشهای زیر‌استفاده كرد:


افزایش فشار در منبع مكش
این روش برای مواردی كه پمپ مایع مورد انتقال را ازمخزنی بسته دریافت می‌كند قابل اجراء می‌باشد. افزایش فشار منبع مكش می‌تواند با تزریق گاز به بالای سطح مایع و افزایش فشار مایع موجود در منبع بطور مستقیم صورت پذیرد. گاز مورد‌استفاده باید سازگاری لازم را با مایع مورد انتقال داشته باشد. در شرایط عادی غالباً از هوا و در شرایط خاص (‌ضرورت خنثی بودن گاز مورد‌استفاده‌) عموماً از ازت ‌استفاده می‌شود.


كاهش فشار بخار مایع از طریق سرد كردن آن
همانطوری كه دربالا اشاره شد، فشار بخار مایعات تابعی از دمای آن بوده و با افزایش درجه حرارت افزایش می‌یابد (‌و بالعكس). در مواقعی كه امكان كاهش درجه حرارت مایع موردانتقال مجازباشد، با‌استفاده از مبدل حرارتی و یا تزریق مایع سرد به قسمت مكش پمپ می‌توان درجه حرارت مایع و در نتیجه فشار بخار آن‌را كاهش داد.
در صورت‌استفاده از مبدل حرارتی از آنجائی كه عبور مایع مورد انتقال از درون مبدل حرارتی خود باعث كاهش فشار مایع در قسمت مكش پمپ می‌شود كه چندان مطلوب نمی‌باشد. بنابراین مبدل حرارتی باید طوری طراحی شود كه افت فشار مایع بهنگام عبور از آن حتی الامكان كم بوده و در حدی باشد كه نتایج حاصل از كاهش دمای مایع را كه منجر به كاهش فشار بخار آن می‌شود خنثی نسازد.
تزریق مایع سرد به مایع مورد انتقال حتی در مقادیر كم می‌تواند نتایج بسیار مطلوبی را در پی داشته و به همین خاطر در اكثر موارد برای كاهش فشار بخار مایع از این روش‌استفاده می‌شود. در سیستمی‌كه برای انتقال آب گرم (‌با دمای 163℃ ( طراحی شده‌است، تزریق آب با دمای 79℃ به میزان 4 درصد باعث افزایش NPSHA به میزان 20 فوت (6. 1 متر‌) می‌شود. در شكل 12 نحوه تزریق مایع سرد به قسمت مكش پمپ نشان داده شده‌است.


بالا بردن سطح مایع در منبع مكش
شاید در نظر اول بالا بردن سطح مایع در منبع مكش جهت افزایش NPSHA راه حل ساده ای بنظر برسد ولی در خیلی از موارد این امر تقریباً غیر ممكن می‌باشد. مثلاً اگر پمپ برای انتقال آب از رودخانه و یا دریاچه بكارگرفته شود و یا هزینه بالا بردن منبع مكش زیاد باشد، امكان اجراء این دستورالعمل تقریباً غیر ممكن خواهد بود. با این وجود در مواردی كه این اقدام عملی باشد، افزایش جزئی ارتفاع سطح مایع ضمن حل مشكل كاویتاسیون این امكآن‌را مهیا می‌سازد تا بتوان ازپمپ ارزانتر وباراندمان بیشتر‌استفاده كرد كه در نهایت منجر به كاهش هزینه خرید، هزینه‌های بهره برداری (‌مصرف انرژی‌) و تعمیرات خواهد شد.


پائین بردن پمپ
در اكثر موارد پائین بردن پمپ و كاهش میزان مكش و یا افزایش ارتفاع آسان‌تر از بالابردن سطح مایع می‌باشد. نتایج حاصل از این اقدام همانند حالت قبل خواهد بود. یك روش جایگزین و مشابه آن‌استفاده از پمپهای عمودی كه پروانه آن در قسمت زیرین پمپ و پائین‌تر از سطح زمین قرار دارد می‌باشد. مشكل این روش در روانكاری یاطاقانهای پمپ خواهد بود. باید بررسی شود كه آیا مایع مورد انتقال قابلیت روانكاری مطلوب یاطاقانها را دارا می‌باشد یا خیر؟ امروزه با پیشرفت‌هائی كه در طراحی و انتخاب مواد اولیه یاطاقانها حاصل شده‌است مشكل روانكاری یاطاقانها تقریباً حل شده‌است. با این وجود نباید انتظار داشت كه عمر مفید یاطاقانها حتی هنگامی‌كه باروغن ویا گریس روانكاری می‌شوند در حد عمر پمپ باشد. در هر حال این روش موجب افزایش میزان تعمیرات مورد نیاز برای پمپ می‌گردد.


كاهش ازدست رفت انرژی در لوله مكش
جریان مایع از منبع مكش تا دهانه چشمه پروانه همواره با از دست رفت انرژی (‌افت فشار‌)توام می‌باشد. بنابراین هر اقدامی‌در زمینه كاهش افت فشار ناشی از عبور مایع از درون لوله و اتصالات موجود در مسیر مكش پمپ می‌تواند در افزایش NPSHA مؤثر واقع گردد كه عمده‌ترین آنها عبارتند از:
كاهش دبی پمپ، كاهش طول مسیر مكش، كاهش تعداد اتصالات


افزایش قطر لوله مكش
‌استفاده از اتصالات با از دست رفت انرژی كمتر
هریك از اقدامات فوق تأثیری جداگانه در كاهش از دست رفت انرژی در لوله مكش
‌(افزایشNPSHA‌ ) باقی می‌گذارد. ارتفاع در سیستم‌های لوله كشی با مربع دبی جریان ‌و یا به عبارت صحیحی‌تر با Q^1.85 رابطه مستقیم دارد. از سوی دیگر كاهش دبی موجب كاهش NPSHR نیز خواهد شد.
همانطوری كه مشاهده می‌شود، با كاهش دبی، فاصله NPSHA از NPSHR زیادتر شده و عملكرد پمپ در جهت بهره برداری با شرایط امن‌تر هدایت می‌شود. برای كاهش دبی پمپ می‌توان از روش‌های مختلفی نظیر تغییر سرعت دورانی، ایجاد مقاومت در قسمت مكش و یا ایجاد مقاومت در مسیر دهش (‌استفاده از شیر كنترل دبی‌) و.‌‌.. ‌استفاده كرد. ایجاد مقاومت در قسمت مكش هرچند كه باعث كاهش دبی جریان در لوله مكش می‌گردد ولی باتوجه به اینكه خود باعث افزایش افت فشار در لوله مكش می‌شود روش منطقی نبوده و به هیچ وجه توصیه نمی‌شود. تغییر سرعت دورانی جهت كاهش دبی پمپ در صورت قابلیت اجراء روش مطمئنی می‌باشد. ایجاد خفگی در مسیر دهش پمپ جهت كاهش دبی روش ساده ای بوده و لذا جهت حل مقطعی مشكل بروز كاویتاسیون می‌توان آن‌را بهترین روش دانست. البته كاهش دبی خود عوارض جدیدی را بدنبال داشته كه عمده‌ترین آن بروز جریان گردشی در قسمت مكش پمپ می‌باشد، لذا نباید این روش را بعنوان یك راه حل قطعی تلقی نمود. كاهش طول مسیر مكش از طریق نزدیك كردن پمپ به منبع مكش هرچند كه روی ارتفاع كل مورد نیاز در سیستم تأثیری نمی‌گذارد ولی باعث كاهش ازدست رفت انرژی در لوله مكش و افزایش NPSHA می‌گردد. به همین خاطر در طراحی سیستم لوله كشی بویژه در مواردی كه احتمال بروز كاویتاسیون زیاد می‌باشد اكیداً توصیه می‌شود كه پمپ در نزدیك‌ترین محل نسبت به منبع مكش نصب گردد. تأثیر طول مسیر برروی افت فشار یك رابطه خطی بوده و لذا میزان ازدست رفت انرژی در لوله مكش با كم كردن طول آن بطور خطی كاهش می‌یابد. افزایش قطر لوله و سایر اتصالات موجود در لوله مكش تأثیر زیادی برروی كاهش ازدست رفت انرژی باقی می‌گذارد. بطوری كه مثلاً با 2 برابر كردن قطر لوله مكش، میزان افت انرژی در آن حدود 32 برابركاهش می‌یابد. در اكثر سیستم‌های انتقال حتی در مواردی كه احتمال بروز كاویتاسیون كم می‌باشد توصیه می‌شود كه لوله مكش حدود یك تا دو اندازه (Size)، از لوله دهش بزرگتر در نظر گرفته شود. با كاهش تعداد اتصالات وحذف قطعات غیر ضروری در مسیر مكش می‌توان NPSHA را افزایش داد. مثلاً باید از پیچ وخم دادن غیر ضروری مسیر مكش خودداری كرد و یا در مواقعی كه منبع مكش در پائین‌تر از دهانه ورودی پمپ قرار دارد نیازی به نصب شیر تعمیراتی در لوله مكش نمی‌باشد.
اتصالات براساس كیفیت طراحی و ساختمان آنها دارای از دست رفت انرژی مختلفی می‌باشند، مثلاً از دست رفت انرژی در زانوئی شعاع بلند در مقایسه با زانوئی ‌استاندارد بسیار كمتر بوده، و یا افت فشار در هنگام عبور مایع از درون شیر كشوئی (Gate Valve) چندین برابر كمتر از شیر توپی (Globe Valve) می‌باشد. به همین خاطر در انتخاب اتصالات برای نصب در قسمت مكش پمپها باید سعی شود از اتصالاتی‌استفاده شود كه از دست رفت انرژی در آن در حداقل ممكن باشد.


استفاده از پمپ تقویتی (Booster Pump) درقسمت مكش
این روش بویژه برای مواردی كه پمپ اصلی برای اعمال ارتفاع (‌فشار‌) زیاد طراحی شده‌است بسیار مؤثر می‌باشد، چرا كه اجازه می‌دهد تا پمپ اصلی با سرعت بیشتری كاركرده و همین امر ضمن كاهش قیمت پمپ اصلی، موجب افزایش راندمان، كاهش تعداد مراحل و افزایش قابلیت اعتماد در سیستم می‌گردد.
پمپ‌های تقویتی عموماً پمپهای با سرعت و ارتفاع كم و از نوع یك مرحله ای با NPSHR كم می‌باشند كه با افزایش جزئی فشار مایع، NPSHA در دهانه مكش پمپ اصلی را افزایش می‌دهند.
روش های دیگر نیز برای مقابله با کاویتاسیون موجود می باشد :
⦁ افزایش سرعت الکتروموتور
⦁ کاهش اتصالات در قسمت های ورودی
⦁ افزایش قطر مجرای ورودی به پمپ
⦁ بالابردن فشار در قسمت مکش
⦁ کاهش دما در قسمت درونی پمپ
⦁ جلوگیری از انتقال حرارت از محیط به هنگام ورود آب به پمپ
و ...

تلفن : ۷-۶۵۶۱۰۹۸۶-۰۲۱ فکس ۰۲۱۶۵۶۱۰۸۳۲

info@sabalanvacuumpumps.com

تهران،بزرگراه فتح (جاده قدیم کرج)،سه راهی شهریار ، شهرک صنعتی گلگلون،خیابان چهارم غربی،پلاک ۱۷

لینک های مفید