راه های جلوگیری از پدیده کاویتاسیون

راه های جلوگیری از پدیده کاویتاسیون

پدیده کاویتاسیون

فره‌زایی، حباب‌زایی، حفره‌سازی، خلاءزایی پدیده‌ای است که در آن عامل اصلی تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌ها کاهش فشار است. به دلیل اختلاف فشار در مایع در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم اتفاق می افتد، فشار موضعی از فشار بخار مایع کمتر می‌شود. این امر باعث می‌شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی به خود میگیرد در دماهایی پایین‌تر زودتر به صورت گاز درآید. پدیده کاویتاسیون در پمپ آب، لوله ها، شیرها، پمپ های سانتریفیوژ، کاویتاسیون در پمپ هیدرولیک و … نیز به یک نحو ایجاد می شود.

 زمانی که حباب‌های گازی ایجاد شده دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می‌شوند معمولاً باعث انفجار می گردد. این ترکیدن حباب‌ها باعث ایجاد شوکی موج ‌مانند می‌شود که صدادار است و می‌تواند از طریق خوردگی حبابی به تجهیزات آسیب بزند.

راهکارهای جلوگیری از صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون

۱- کاهش دما که مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را کمتر می کند، هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش پیدا میکند.

۲- افزایش تراز مایع در مخزن مکش که مقدار هد استاتیکی را افزایش می‌دهد.

۳- بهبود و اصلاح پمپ که شامل موارد زیر:

  • کاهش سرعت که مقدار Hf هد ناشی از افت را کاهش می‌دهد.
  • افزایش قطر چشمه پره
  • استفاده دو پمپ کوچکتر بصورت موازی که موجب کاهش افد هد می‌گردد.

در این شرایط مایع مجبور می‌شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه کم فشار آن در عرض پره بازگردد. وقتی در قسمت مکش یا تخلیه جریان گردابی به وجود می آید که ناشی از سرعت بالای سیال هست جریان سیال برعکس شده و در خلاف جریان حرکت جریان عادی سیال باز گردش می‌کند. باز گردش سیال سبب کاهش قطر مفید عبور سیال در قسمت مکش و تخلیه می شود و باعث کاهش فشار سیال گردد.

کاربرد پدیده کاویتاسیون

صنایعی مانند پزشکی وجود دارند که  برای ایجاد پدیده کاویتاسیون و استفاده از اثرات آن به دنبال ساخت تجهیزاتی هستند. در علم پزشکی از پدیده کاویتاسیون فراصوت برای از بین بردن سنگ کلیه و درمان تعدادی از سرطان‌ها مورد استفاده قرار میدهند. در واقع جریان فراصوت متمرکز با شدت بالا، نسبت به روش‌های سنتی کاربرد بسیار زیادتری دارد. پدیده کاویتاسیون در صنعت تولید شیر نیز برای همگن‌سازی محصولات استفاده می‌شود.

فاکتورهای مؤثر در پدیده کاویتاسیون

1. عوامل هیدرودینامیکی:

  • سرعت جریان
  • عملکرد دریچه
  • دبی مخصوص
  • توسعه لایه مرزی

2. عوامل هندسی:

  • ستون‌ها piers
  • درزهای ساختمانی
  • دهانه مجاری و لوله Ports of ducts & pipe
  • جدا کننده جریان ودفلکتورها Flow splitter & deflector
  • شکاف‌های دریچه‌های کشویی و پایه‌های دریچه‌های قطاعی
  • تغییر در شکل عبور جریان Change of water passage shape
  • انحنا یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه Misalignment of conduit
  • ناهمواری‌های سطحی سرریز، خصوصا برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های موضعی

3. عوامل متفرقه:

  • پراکندگی هوا
  • درجه حرارت آب
  • انتقال حرارت در طی فرو ریختن
  • تعداد و اندازه حباب‌های درون آب Diffusion of air

جلوگیری از بروز کاویتاسیون

  • بالا بردن مخزن
  • زاویه جریان ورودی بزرگتر
  • عایق‌بندی مناسب لوله‌ها
  • افزایش سطح سیال در مخزن
  • زاویه جریان تا کمتر از ۱۰ درجه
  • به کار بردن پمپ‌های دو مکش
  • به کار بردن خط بای پس مناسب
  • قرار دادن پمپ داخل گودال( Pit )
  • جلوگیری از ورود هوا به داخل پمپ
  • کاهش افت‌های ناشی از لوله‌کشی و اتصالات
  • بکار بردن پمپ‌ها با سرعت دورانی (rpm) پایین تر
  • تزریق مقدار کمی سیال خنک‌کننده به ورودی پمپ
  • به کار بردن پمپ‌ها با مجرای ورودی (چشم) پروانه بزرگ‌تر
  • به کارگیری چندین پمپ کوچک‌تر به جای استفاده از یک پمپ بزرگ
  • افزایش فشار مخزن (استفاده از سیستم بسته / سیستم تحت فشارپ)
  • به منظور کاهش بیشتر NPSHR و به‌تبع آن افزایش بیشتر سرعت مخصوص مکش ‌، یک پروانه جریان محوری یا یک راه انداز (Inducer) در جلوی پروانه سانتریفیوژ بکار گرفته می‌شود.
  • جلوگیری از اغتشاش (Turbulence) جریان سیال و فراهم نمودن شرایط عبور سیال در یک سرعت ثابت