کاویتاسیون یا حباب زایی پمپ چیست؟
کاویتاسیون یا حباب زایی یک پدیده ناخوش‌آیند است که با هدف قرار دادن پروانه‌ها و بدنه داخلی پمپ سبب ایجاد مشکلاتی همچون ایجاد صداهای ناهنجار، لرزه در پمپ، کاهش بازدهی و آسیب اجزای داخلی میشود. اما خوشبختانه، با بکاربردن دستورالعمل‌های درست و عیب یابی صحیح و به موقع پمپ میتوان از این مشکل براحتی جلوگیری کرد.
کاویتاسیون چیست؟
کاویتاسیون یا حباب زائی زاییکه تحت عنوان حباب زایی و یا حفره زایی هم شناخته میشود، پدیده‌ایست که در اثر تغییرات شدید فشار در سیال (عموما افت فشار) حباب‌هایی پرشده از بخار ایجاد میکند که تحت عنوان “حباب” و یا “حفره” شناخته میشوند.
حال در پمپ آب، با حرکت پروانه حباب‌های ایجاد شده هم بحرکت در می‌آیند و به سمتی که فشار بیشتر است هدایت میشوند، که در این حالت به دلیل بالا رفتن فشار، حباب‌ها شروع به سقوط میکنند و دچار انفجار میشوند که در اثر این انفجار موجی از شوک ایجاد میکنند.
نکته: این شوک در محلی که انفجار انجام شده بسیار قوی است و با فاصله گرفتن از آن نقطه سرعت انرژی خود را از دست میدهند و ضعیف میشوند.
معضل حباب زایی پمپ
کاویتاسیون یا حباب زائی زمانی در پمپ اتفاق می‌افتد که حباب‌های ایجاد شده در اثر افت فشار با چرخش پروانه، به سمت خروجی آب هدایت میشوند و در این حین با افزایش فشار دوباره به مایع تبدیل شده و با تبدیل ناگهانی حباب‌ها به مایع موجی را ایجاد میکند که در اثر این نیرو سطوح داخلی پمپ همچون سطح پروانه و بدنه داخلی پمپ را مورد هدف قرار میدهند.
این انرژی آزاد شده خود به تنها سبب خسارت و از کار افتادگی پمپ نمیشود، بلکه “چرخه استرس” ایجاد شده عامل نگرانی است. چرخه استرس همان عمل مداوم تبدیل حباب و سقوط و انفجار آنها میباشد که در ادامه راجب آن توضیح بیشتری خواهیم داد.
نکته: پدیده حفره زایی عموما برای سطوح فلزی که در مقابل انرژی آزاد شده حساسند، مخرب است، اما پمپ‌ها و سطوح آکریلیک که انعطلاف‌پذیری بیشتری نسبت به سطوح فلزی دارند در مقابل کاویتاسیون هم مقاومت بیشتری از خود نشان میدهند.انواع کاویتاسیون پمپ
تمام حباب زایی هایی که برای پمپ پیش می‌آید میتواند در دو نوع خلاصه شود:
- کاویتاسیون مکشی و کاویتاسیون تخلیه‌ای
- کاویتاسیون مکشی
کاویتاسیون یا حباب زایی مکشی، زمانی پیش می‌آید که در پمپ فشار بسیار افت کند و یا شرایط خلاء “Starve” پیش آید. در این شرایط حباب‌هایی در نزدیکی مرکز (چشم) پروانه ایجاد میشوند که این حباب‌ها به سمت خروجی پمپ و راه تخلیه به حرکت درمی‌آیند و در این راه با افزایش فشار اطرافشان، دچار سقوط میشوند و با انفجار خود موجی از شوک را ایجاد میکنند که سبب ساییدگی پروانه شده و در آن حفره‌هایی مانند پنیر سوئیسی (سوراخ سوراخ) ایجاد میکند.
از علل ایجاد کاویتاسیون مکشی میتوان به گرفتگی صافی (ورودی آب)، بالا رفتن ناگهانی مکش، وارد شدن هوا به خط لوله، کارکرد پمپ با سرعت بیش از حد و بالا رفتن دما و بخار شدن سیال اشاره کرد.
کاویتاسیون تخلیه‌ای
کاویتاسیون تخلیه‌ای زمانی رخ میدهد که یک پمپ فشار تخلیه‌ایش بیش از حد بالا باشد، یا به زبان ساده‌تر، عملکرد پمپ از 10درصد بهترین نقطه بازدهی (BEP) آن پایین‌تر باشد و دچار افت فشار شدید شود. این فشار تخلیه بالا موجب میشود سیال نتواند به راحتی تخلیه شده و درون مخزن با سرعت بالا شروع به گردش طبق یک مسیر خاص کند. حال این حرکت سیال، در اطراف دیواره‌های داخلی بدنه پمپ خلاء ایجاد کند و سقوط حباب‌های ایجاد شده در این مورد موجب آسیب شدید به پروانه و در نهایت شکستن شفت میشود.
آسیب پمپ در اثر حفره زایی
همانطور که گفتیم کاویتاسیون یک پدیده غیرخوش‌آیند است که میتواند با هدف قرار دادن پروانه‌ها و پمپ، سبب خرابی تجهیزات شود. اما دقیقا کدام مشکلات ناشی از حباب زایی ست؟
- ساییدگی و خوردگی : از ابتدایی‌ترین مواردی که در اثر حفره زایی ایجاد میشود ایجاد ساییدگی در اثر برخورد موج شوک انفجار به سطوح است.
- صداهای ناهنجار : زمانی که حباب‌های ایجاد شده سقوط میکنند، سیال را با انرژی زیاد اما در ابعاد کوچک به حرکت در می‌آورند که به سبب آن نقاطی با دمای بالا که ساطع کننده موج شوک هستند ایجاد میکنند.
- کاهش عملکرد پمپ : در حفره شدن پروانه و بدنه داخلی پمپ، در واقع گودال‌هایی ایجاد میشود که این فرورفتگی‌ها سیال را مانند توربین به سمت مرکزشان هدایت کرده و میزان سایش را افزایش میدهد که در نهایت این تغییر مسیر سیال، کارآمدی و راندمان پمپ را به شدت کاهش میدهند و مانع خروج آب از پمپ میشوند.
- کاهش عمر پروانه و پمپ : حفره‌های ایجاد شده بروی سطوح اجزای داخلی پمپ در نهایت سبب میشود که این اجزا نتوانند کار خود را به خوبی انجام دهند و در نهایت بلااستفاده میشوند.
- ایجاد لرزه : در زمان کاویتاسیون، سیالی که درون پمپ حبس شده با سرعت در حال گردش در یک مسیر مشخص است، و این حرکت سیال در مسیری که پمپ برای آن طراحی نشده ایجاد نیروی اضافی میکند که سبب لرزش شدید پمپ میشود. این لرزش‌ها علاوه بر آسیب به شفت و قطعات پمپ، به اتصالات و لوله‌ها هم آسیب وارد میکند و میتواند سبب شکستن آنها شود.
علائم تشخیص حباب زایی پمپ آب
- صدای تکان خوردن خورده سنگ یا تیله | همانطور که بالاتر ذکر کردیم سقوط حباب‌ها سیال درون پمپ را به حرکت در می‌آورد که این حرکت شدید ذرات کوچک آب صدایی مانند تکان خوردن چند تیله درون یک قوطی فلزی را میدهند.
- کاهش شدید عملکرد پمپ آب | در صورتی که سیستم آبرسانی شما کاهش قابل ملاحظه‌ای در عملکرد داشته باشد و اتصالات و لوله‌ها گرفتگی یا مشکلی وجود نداشته باشد این احتمال وجود دارد که مشکل از کاویتاسیون پمپ به وجود آمده باشد.
- انحراف شدید نسبت به نمودار BEP | زمانی که عملکرد پمپ (چه به سمت راست و چه چپ) نسبت به نمودار BEP انحراف شدیدی داشته باشد.
- خوردگی پروانه | وجود کوچکترین خوردگی در پروانه یکی از شواهد اصلی کاویتاسیون است.
جلوگیری از کاویتاسیون پمپ
یکی از ساده‌ترین و آسان‌ترین راه‌ها برای جلوگیری از کاویتاسیون یا حباب زایی پمپ آب، توجه به کاربریست که پمپ را برای آن طراحی کرده‌اند است. بدین معنی که اگر پمپ را برای شرایط کاری خاصی طراحی کرده‌اند از آن بیش از حد و یا برای شرایط کاری متفاوت بکار نگیرید.
بعنوان مثال، خیلی رایج است که مصرف‌کنندگان، پمپی را تهیه میکنند که برای 1800rpm طراحی شده است و میتواند بهترین عملکرد خود را با حفظ سلامت تجهیزات در این دور موتور اجرا کند، اما افراد برای بالابردن سرعت کار و با تصور اینکه پمپ بهتر کار میکند و راندمان بالاتری دارد آن را در دور موتور بالاتر مثلا 2300rpm بکار میگیرندکه همین امر به مرور زمان سبب کاویتاسیون پمپ میشود.
مورد دیگری که خوب است به آن توجه کنید ارتفاعی‌ست که پمپ در آن کار میکند، هر چه ارتفاع بالاتر باشد، آب انبساط بیشتری دارد و در نتیجه زودتر تبخیر شده و احتمال ایجاد حباب را افزایش میدهد.
در آخر هم دقت فرمایید که پمپ دمای سیال در پمپ از حد تعیین شده بیشتر نرود. البته زیاد پیش می‌آید که کاربران از پمپ بیش از حد کار میکشند و سبب داغ کردن پمپ و در نتیجه بخار شدن آب میشوند اما در برخی موارد آبی که وارد پمپ میشود خود دمای بالایی داشته و درون پمپ با به گردش در آمدن خیلی سریع تشکیل حباب میدهد و پدیده کاویتاسیون ایجاد میکند.
در نهایت پیشنهاد ما این است که با رعایت نکات اولیه، نصب صحیح، بکار بردن پمپ برای کاربری مناسب به راحتی از ایجاد کاویتاسیون یا حباب زایی جلوگیری نمایید.
