کاویتاسیون

کاویتاسیون
آشنایی با پدیده کاویتاسیون

کاویتاسیون تشکیل ذرات ریز حباب در مایع است. کاویتاسیون بر گرفته از کامه Cavity به معنای حفره می باشد و کاویتاسیون (Cavitation) به معنای ایجاد حفره یا حفره سازی می باشد. پدیده کاویتاسیون صرفا مختص سیال مایع است.


با توجه به وضعیت اقتصادی موجود در صنعت باید بکوشیم که در عین حفظ و ارتقاء کیفیت، اقتصادی بودن یا اقتصادی تر شدن پروژه ها را نیز در دستور کار قرار دهیم. لذا قصد داریم که دو عامل مخرب در تمام ادوات و تجهیزات هیدرولیکی، یعنی « کاویتاسیون » و « ضربه قوچ » که هر دو منجر به خردگی و فرسودگی تجهیزات میشوند را در طی این مقاله و مقالات آینده بیان کنیم.

پدیده کاویتاسیون کاربردهای مفیدی دارد که در انتها به آن اشاره ای خواهیم نمود. لازم به ذکر است که تمرکز این مقاله و اکثر مقالات موجود، بر مضرات کاویتاسیون در صنعت و تجهیزات هیدرولیک و راه کارهای پیشگیری و جلوگیری از آن می باشد.

کاویتاسیون باعث ایجاد فرسودگی در اجزای سازنده تجهیزات هیدرولیکی میشود و در تجهیزاتی مانند پمپ ها، باعث کاهش طول عمر مفید پروانه و دیگر اجزای پمپ میشود.

در حالت کلی پدیده کاویتاسیون طی دو مرحله صورت میگیرد:

    1- تشکیل حباب در سیال مایع

    2- تخریب سطح، در اثر از بین رفتن و ترکیدن حباب ها

برای درک بهتر این دو مرحله کافیست تا کمی با قوانین ترمودینامیکی مرتبط با کاویتاسیون آشنا شویم. لذا به بررسی این قوانین می پردازیم؛ همانطور که میدانید دما و فشار دو عامل موثر در تبخیر مایعات میباشد؛ هر چه دما افزایش و فشار کاهش یابد، مایع به حالت اشباع (یعنی در آستانه تبخیر قرار گرفتن) نزدیک تر میشود. بنابراین طبیعی است که فهم تاثیر فاکتور دما بر فرایند تبخیر برایتان ملموس تر باشد اما نباید از فاکتور فشار نیز غافل شویم.

تاثیر فشار بر فرایند تبخیر به گونه ای است که با کاهش فشار، در واقع فشار از روی سطح مایع برداشته شده و سریع تر به حالت اشباع نزدیک شده و به تبع آن راحت تر تبخیر میشود. و اگر فشار افزایش و دما کاهش یابد،طبیعی است که مایع از حالت اشباع فاصله گرفته و بنابراین تبخیر نیز صورت نخواهد گرفت.

حال میتوان به بیان مرحله اول کاویتاسیون، یعنی تشکیل حباب ها را در اثرچرخش پروانه پمپ پرداخت.

زمانی که جسمی را با سرعت در مایعی حرکت میدهیم (مانند پروانه پمپ ) در حین برخورد با ذرات مایع، تغییراتی در فشار ذرات به وجود می آید. برای مثال به شکل زیر دقت کنید؛

فلش جهت چرخش را نشان میدهد.

در اثر چرخش پروانه، ناحیه ی نشان داده شده با رنگ آبی دچار خلا شده  و به بیان دیگر فشار آن کاهش یافته و مایع به حالت اشباع می رود و باعث تشکیل حباب هایی میشود که در بالا به آن ها اشاره نمودیم. تا این جا با مرحله اول آشنا شدیم. در ادامه به بیان آنچه در مرحله دوم اتفاق خواهد افتاد می پردازیم:

حباب های تشکیل شده در مرحله اول در اثر چرخش پروانه و در ادامه حرکت خود، به سمت ناحیه ای که با رنگ قرمز نشان داده شده است حرکت میکنند.

همانطور که در بالا گفته شد زمانی که فشار افزایش می یابد؛ مایع از حالت اشباع دور شده و همین امر باعث از بین رفتن حباب ها میشود. (در ناحیه قرمز رنگ دقیقا چنین اتفاقی رقم خواهد خورد.) پس از ترکیدن و از بین رفتن حباب ها، سیالات اطرف حباب هایی در حال حاضر دیگر وجود ندارند، سعی در حفظ پیوستگی سیال دارند لذا سریعا به محل تشکیل حفره هجوم می آورند که نتیجه این امر تشکیل یک باریکه با فشار زیاد از مایع به نام میکروجت ها هستند.

شکل زیر گویای اتفاقاتی است که در بالا بیان شد.

در اثر برخورد میکروجت ها به سطح قطعه، تخریب بسیار محدودی در سطح جسم به وجود آید که با فلش قرمز نشان داده شده است. با گذشت زمان وافزایش تعداد دفعات، قطعه کاملا تخریب میشود و شکل اولیه خود را از دست میدهد.

 
مسائلی که باعث ایجاد پدیده کاویتاسیون می شوند:

  • افت فشار بیش از حد در دهانه ورودی پمپ که سبب تبخیر مایع و تشکیل حباب می شود.
  • افزایش دمای مایع داخل پمپ
  • زیاد بودن ارتفاع مکش پمپ در حالتی که مخزن ورودی پمپ پایین تر از پمپ قرار گرفته باشد.
  • زیاد بودن دور پمپ که منجر به افزایش دبی و افزایش سرعت مایع در ورودی پمپ و در نهایت کاهش فشار در ورودی پمپ میشود.

 
پیشگیری از پدیده کاویتاسیون :

شناسایی وقوع کاویتاسیون امر دشواری نیست؛ زیرا همانطور که گفته شد کاویتاسیون باعث ایجاد یک موجی در سیال می شود که این موج خود باعث ارتعاشات مکانیکی زیادی شده که همراه با سر و صدای زیادی است که قابل شنیدن میباشد.

نکته اساسی برای جلوگیری از صدمات این چنینی به سیستم، توجه به برنامه زمان بندی تعمیر، سرویس و نگهداری به موقع تجهیزات و پمپ ها میباشد.

اما نکات و اقداماتی نیز هستند که در مرحله طراحی سیستم، نصب و راه اندازی باید به آنها توجه کرد که از بروز کاویتاسیون جلوگیری کرد یا حتی الامکان آن را به تاخیر انداخت:

  • کاهش سرعت مایع در ورودی پمپ
  • پرهیز از بکاربردن بیش از حد شیر ها، زانویی ها و سایر اتصالاتی که باعث افت فشار در مسیر ورودی پمپ می شوند.
  • افزایش فشار مخزن(مخزن تحت فشار)
  • بالا بردن ارتفاع مخزن
  • افزایش سطح مایع در مخزن
  • جلوگیری از به وجود آمدن توربولانس در جریان سیال وکمک به حرکت سیال با سرعت ثابت
  • کاهش دمای سیال، هر چه دما کاهش یابد؛ سیال از حالت اشباع بیشتر فاصله می گیرد.
  • استفاده از مکمل های خنک کننده و تزریق آنها به ورودی پمپ
  • عایق بندی صحیح لوله ها
  • کارکرد پمپ در شرایط طراحی

و …



باید توجه داشت که کمتر فلزی در مقابل تخریب کاویتاسیون میتواند مقاومت کند. الیاژ فولاد و کروم مقاومت بهتری دارد به نسبت سایر فلزات مانند برنز،برنج،چدن و فولاد معمولی و…

 
کاربرد های مفید پدیده کاویتاسیون :

همانطور که در ابتدای مقاله بیان کردیم، کاویتاسیون اگر چه بیشتر به سبب مضرات و نکات منفی اش مورد بحث قرار میگیرد؛ اما نکات مثبت و فوایدی هم در صنایع مختلفی مانند صنایع شیمیایی، صنایع خوراکی، صنایع دفاعی و تجهیزات زیر دریایی، تجهیزات پزشکی و… دارد.برای مثال در تجهیزات پزشکی از این پدیده برای تخریب سنگ کلیه،رفع مسدودی مجاری کلیه و مجاری قلبی عروقی استفاده می شود.


در صنایع شیمیایی برای مخلوط کردن مواد و همگن سازی بهتر مایعات از پدیده کاویتاسیون بهره میبرند. برای مثال در مرحله فرآوری شیر برای همگن سازی شیر و چربی آن از کاویتاسیون بهره میبرند. همان طور که مستحضر هستید چربی شیر در حالت عادی روی سطح شیر قرار میگیرد که برای رفع این مشکل از روش کاویتاسیون استفاده میشود.

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

مقالات


نقشه خوانی P&ID

نقشه خوانی P&ID

کاویتاسیون

کاویتاسیون

پروژه ها


پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)
پرس هیدرولیک (Hydraulic Press)
کاردینگ (Carding Machine)

اطلاعات تماس


ساعات کاری


شنبه
8:00 تا 16:00
یک شنبه
8:00 تا 16:00
دو شنبه
8:00 تا 16:00
سه شنبه
8:00 تا 16:00
چهار شنبه
8:00 تا 16:00
پنج شنبه
8:00 تا 14:00
جمعه
تعطیل

مقالات


درباره ما


گروه صنعتی نوین کنترل با بهرمندی از هسته مهندسی در زمینه مشاوره، طراحی، ساخت و اجرای سیستم های برق قدرت،اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق فعالیت می کند.

ایمیل:NovinControl.Co@yahoo.com

تلفن: 55239280-9831+

پروژه ها


پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)
پرس هیدرولیک (Hydraulic Press)
کاردینگ (Carding Machine)

تمامی حقوق مادی و معنوی این سایت برای گروه صنعتی نوین کنترل محفوظ می باشد.