کاویتاسیون در پمپ چیست؟

کاویتاسیون پدیده ای است که در پمپ ها رخ می دهد و به تشکیل و سپس ترکیدن حباب های بخار در داخل پمپ گفته می شود. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که فشار سیال در قسمتی از پمپ به زیر فشار بخار سیال کاهش یابد. در این شرایط، بخشی از سیال تبخیر شده و حباب هایی تشکیل می شود. این حباب ها با حرکت به سمت نواحی با فشار بالاتر، منفجر شده و باعث ایجاد ضربات شدیدی به پره های پروانه و سایر اجزای پمپ می شوند.

دلایل بروز کاویتاسیون

در ادامه به دلایل بروز کاویتاسیون می پردازیم:

🔺عامل🔺	🔺سازوکار بروز کاویتاسیون🔺	🔺پیامدها🔺	🔺راهکارهای پیشگیری🔺
🔺کاهش فشار در ورودی پمپ	افت فشار در نواحی ورودی و اطراف پره‌ها تا زیر فشار بخار سیال و شکل‌گیری حباب‌ها	خوردگی ضربه‌ای (pitting)، لرزش، صدا، افت راندمان	افزایش NPSH موجود، کاهش افت‌ها در مکش، حذف انسدادها/فیلتر کثیف، کوتاه و مستقیم کردن خط مکش
🔺افزایش دمای سیال	بالا رفتن فشار بخار با دما و آسان‌تر شدن تبخیر سیال	افزایش نرخ تشکیل حباب، تشدید آسیب‌های سطحی	کنترل و خنک‌کاری سیال، کار در محدوده دمای مجاز پمپ، عایق‌کاری/کاهش گرمایش بیرونی
🔺طراحی نامناسب پمپ	قطر کم لوله مکش، زوایای نامناسب پره‌ها، هندسه‌ای که افت فشار موضعی می‌دهد	جریان ناپایدار، نقاط کم‌فشار و شروع کاویتاسیون	انتخاب سایز مناسب لوله مکش، بهینه‌سازی پروانه و حلزونی، استفاده از پمپ متناسب با سرویس
🔺افزایش ارتفاع مکش	افزایش هد مکش ⇒ کاهش فشار مطلق در ورودی تا زیر فشار بخار	تشکیل حباب در مسیر مکش و ورودی پمپ	کاهش ارتفاع مکش (نزدیک‌کردن پمپ به منبع)، استفاده از پمپ‌های تغذیه (booster)، افزایش سطح مایع مخزن

✅کاهش فشار در ورودی پمپ

یکی از دلایل اصلی بروز کاویتاسیون، کاهش فشار در ورودی پمپ است. اگر فشار سیال ورودی به پمپ به اندازه کافی نباشد، فشار در برخی نواحی پمپ، به‌ویژه در اطراف پره‌های پروانه، به اندازه‌ای کاهش می‌یابد که از فشار بخار سیال کمتر می‌شود. این کاهش فشار باعث می‌شود که سیال شروع به بخار شدن کند و حباب‌هایی از بخار در درون سیال تشکیل شوند.

این حباب‌ها در هنگام حرکت در پمپ و برخورد با سطوح مختلف به شدت فشرده می‌شوند و به سطوح پمپ آسیب می‌زنند. به همین دلیل، کنترل فشار ورودی در پمپ‌ها برای جلوگیری از این پدیده بسیار حیاتی است.

✅افزایش دمای سیال

دمای سیال نقش مهمی در بروز کاویتاسیون دارد. با افزایش دمای سیال، فشار بخار آن نیز افزایش می‌یابد. این افزایش فشار بخار باعث می‌شود که در دماهای بالاتر، احتمال ایجاد کاویتاسیون افزایش یابد.

در واقع، در دماهای بالا، سیال راحت‌تر به بخار تبدیل می‌شود و در نتیجه حباب‌های بخار سریع‌تر ایجاد می‌شوند. بنابراین، کنترل دمای سیال در سیستم‌های هیدرولیکی و پمپاژ اهمیت ویژه‌ای دارد و باید در دماهای مناسب عمل کرد.

✅طراحی نامناسب پمپ

طراحی نامناسب پمپ یکی از دلایل رایج بروز کاویتاسیون است. به عنوان مثال، اگر قطر لوله مکش پمپ کوچک باشد، این مسئله می‌تواند باعث کاهش سرعت سیال در لوله ورودی شود و در نتیجه فشار کاهش یابد. همچنین، زاویه نامناسب پره‌های پروانه می‌تواند باعث ایجاد عدم تعادل در جریان سیال شود و فشار را در برخی نواحی پمپ کاهش دهد.

طراحی دقیق و بهینه پمپ از جمله نکات کلیدی است که در جلوگیری از کاویتاسیون باید در نظر گرفته شود.

✅افزایش ارتفاع مکش

ارتفاع مکش یا ارتفاع عمودی که سیال باید از آن عبور کند تا به پمپ برسد، عامل مهمی در ایجاد کاویتاسیون است. هرچه ارتفاع مکش بیشتر باشد، فشار در ورودی پمپ کاهش می‌یابد. در شرایطی که ارتفاع مکش بسیار زیاد باشد، فشار سیال به حدی کاهش می‌یابد که می‌تواند به زیر فشار بخار برسد و منجر به تشکیل حباب‌های بخار در سیال شود.

بنابراین، در طراحی سیستم‌های پمپاژ، ارتفاع مکش باید به‌دقت محاسبه و مدیریت شود تا از بروز کاویتاسیون جلوگیری گردد.

عواقب کاویتاسیون

🔹صدمه دیدن پره های پروانه: ضربات ناشی از ترکیدن حباب ها باعث فرسایش و ایجاد حفره های روی پره های پروانه می شود.

🔹کاهش راندمان پمپ: کاویتاسیون باعث کاهش راندمان پمپ و افزایش مصرف انرژی می شود.

🔹ایجاد ارتعاش و صدا: کاویتاسیون باعث ایجاد ارتعاش و صدای غیرعادی در پمپ می شود.

🔹کاهش عمر مفید پمپ: کاویتاسیون به مرور زمان باعث تخریب قطعات پمپ و کاهش عمر مفید آن می شود.

راه های جلوگیری از کاویتاسیون

کاویتاسیون یکی از مشکلات جدی در پمپ‌ها است که می‌تواند باعث آسیب‌های قابل توجه به تجهیزات و کاهش کارایی سیستم شود. برای جلوگیری از این پدیده و افزایش عمر مفید پمپ‌ها، راهکارهای مختلفی وجود دارد که در ادامه به تفصیل بررسی می‌شود.

✔️افزایش فشار در ورودی پمپ

یکی از مؤثرترین روش‌ها برای جلوگیری از کاویتاسیون، افزایش فشار در ورودی پمپ است. این کار می‌تواند به وسیله نصب یک پمپ تقویت‌کننده یا استفاده از یک مخزن تغذیه با ارتفاع بیشتر انجام شود. پمپ تقویت‌کننده می‌تواند به‌طور مداوم فشار مورد نیاز را در ورودی پمپ فراهم کند و از کاهش فشار در سیستم جلوگیری نماید.

همچنین، با افزایش ارتفاع مخزن تغذیه، فشار سیال ورودی به پمپ افزایش می‌یابد و احتمال بروز کاویتاسیون کاهش می‌یابد.

✔️کاهش دمای سیال

دمای سیال ارتباط مستقیمی با فشار بخار آن دارد. زمانی که دمای سیال بالا باشد، فشار بخار آن نیز افزایش می‌یابد و احتمال ایجاد کاویتاسیون افزایش می‌یابد. برای جلوگیری از این مشکل، می‌توان از مبدل‌های حرارتی استفاده کرد تا دمای سیال را به سطح مطلوب برسانند. این مبدل‌ها با انتقال حرارت به سیال، دمای آن را کاهش داده و از تبدیل سیال به بخار در فشار پایین جلوگیری می‌کنند.

✔️انتخاب پمپ مناسب

انتخاب پمپ مناسب با توجه به شرایط کاری، یکی از اصول اساسی در جلوگیری از کاویتاسیون است. پمپ باید برای شرایط خاص سیستم طراحی شده باشد. عواملی مانند دبی، فشار، نوع سیال و دمای آن باید به‌دقت در انتخاب پمپ در نظر گرفته شوند. انتخاب پمپی که متناسب با نیازهای سیستم نباشد می‌تواند باعث ایجاد کاویتاسیون و کاهش کارایی پمپ گردد.

✔️بررسی و رفع نشتی‌ها

نشتی‌ها در سیستم لوله‌کشی می‌توانند باعث کاهش فشار در ورودی پمپ شوند. هرگونه نشتی در لوله‌ها، اتصالات یا شیرآلات می‌تواند منجر به افت فشار و در نهایت ایجاد کاویتاسیون در پمپ شود. بنابراین، بررسی منظم سیستم لوله‌کشی و رفع سریع نشتی‌ها برای حفظ فشار مطلوب در سیستم پمپاژ ضروری است.

✔️کنترل ارتفاع مکش

یکی از مهم‌ترین عوامل در بروز کاویتاسیون، ارتفاع مکش است. زمانی که ارتفاع مکش از حد مجاز تجاوز کند، فشار ورودی به پمپ کاهش می‌یابد و سیال ممکن است به بخار تبدیل شود. برای جلوگیری از این مشکل، باید ارتفاع مکش به‌دقت محاسبه و کنترل شود. این کار می‌تواند با تنظیم ارتفاع مخزن یا استفاده از تجهیزاتی مانند پمپ‌های تقویت‌کننده فشار انجام گیرد.

علائم کاویتاسیون:

🔹ایجاد صداهای غیرعادی: صدای شبیه به چکش زدن یا غرش از پمپ

🔹کاهش دبی پمپ: کاهش میزان آبدهی پمپ

🔹افزایش دمای پمپ: گرم شدن بیش از حد پمپ

🔹لرزش و ارتعاش پمپ

🔹کاهش فشار در خروجی پمپ

توجه: کاویتاسیون یک پدیده مخرب است و در صورت عدم توجه به آن می تواند به پمپ آسیب جدی وارد کند. بنابراین، در صورت مشاهده هر یک از علائم کاویتاسیون، باید هر چه سریعتر نسبت به رفع مشکل اقدام کرد.

و در آخر

کاویتاسیون پدیده‌ای مخرب در پمپ‌هاست که زمانی رخ می‌دهد که فشار سیال از فشار بخار آن کمتر شود و باعث تشکیل و ترکیدن حباب‌های بخار می‌شود. این پدیده باعث آسیب به پره‌ها، کاهش راندمان، ایجاد صدا و لرزش، و کاهش عمر پمپ می‌شود.

برای جلوگیری از آن باید:

✅فشار ورودی پمپ را افزایش دهید

✅دمای سیال را کنترل کنید

✅از پمپ مناسب استفاده کنید

✅ارتفاع مکش را کاهش داده و نشتی‌ها را رفع کنید

در صورت مشاهده علائم هشداردهنده مانند صداهای غیرعادی، افت فشار یا لرزش، باید سریعاً اقدام به بررسی و رفع مشکل کنید.

سوالات متداول

کاویتاسیون دقیقاً چیست؟

کاویتاسیون پدیده‌ای است که در آن فشار سیال در پمپ به کمتر از فشار بخار آن کاهش می‌یابد و منجر به تشکیل و ترکیدن حباب‌های بخار می‌شود. این ترکیدن‌ها به قطعات داخلی پمپ آسیب وارد می‌کنند.

آیا کاویتاسیون فقط در دمای بالا اتفاق می‌افتد؟

خیر. دمای بالا احتمال بروز کاویتاسیون را افزایش می‌دهد، اما حتی در دماهای معمول هم اگر فشار به زیر فشار بخار برسد، کاویتاسیون رخ می‌دهد.

مهم‌ترین علامت هشداردهنده کاویتاسیون چیست؟

صدای غیرعادی (مانند چکش یا کوبش) و لرزش پمپ، اولین و واضح‌ترین نشانه‌های کاویتاسیون هستند.

آیا کاویتاسیون باعث کاهش عملکرد پمپ می‌شود؟

بله. کاویتاسیون باعث افت راندمان، کاهش دبی خروجی، افزایش مصرف انرژی و در نهایت کاهش طول عمر پمپ می‌شود.