کاویتاسیون یا همان حفرگی

[ریپورتر]

كاويتاسيون پديده اي است كه در سرعتهاي بالا باعث خرابي و ايجاد گودال مي گردد . گاهي در يك سيستم هيدروليكي به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه اي پائين مي ايد و ممكن است اين فشار به حدي پائين بيايد كه برابر فشار سيال در آن شرايط باشد و يا در طول سرريز يا حوضچه خلاءزايي در اثر وجود ناصافيها و يا ناهمواريهاي كف سرريز خطوط جريان از بستر خود جدا شده و بر اثر اين جداشدگي فشار موضعي در منطقه جداشدگي كاهش يافته و ممكن است كه به فشار بخار سيال برسد . در اين صورت بر اثر اين دوعامل بلافاصله مايعي كه در آن قسمت از مايع در جريان است به حالت جوشش درامده و سيال به بخار تبديل شده و حبابهايي از بخار بوجود ميايد . اين حبابها پس از طي مسير كوتاهي به منطقه اي با فشار بيشتر رسيده و منفجر ميشود و توليد سر وصدا مي كند و امواج ضربه اي ايجاد مي كند و به مرز بين سيال و سازه ضربه زده و پس از مدت كوتاهي روي مرز جامد ايجاد فرسايش و خوردگي ميكند . تبديل مجدد حبابها به مايع و فشار ناشي از انفجار آن گاهي به ١٠٠٠ مگا پاسكال ميرسد . از انجايي كه سطوح تماس اين حبابها با بستر سرريز بسيار كوچك مي باشند نيروي فوق العاده زيادي در اثر اين انفجارها به بسترهاي سرريز ها و حوضچه هاي آرامش وارد مي كند . اين عمل در يك مدت كوتاه و با تكرار زياد انجام مي شود كه باعث خوردگي بستر سرريز مي شود و به تدريج اين خوردگيها تبديل به حفره هاي بزرگ مي شوند . اين مرحله را : Cavitation erosion or cavitation pitting مي نامند. در سرريز هاي بلند چون سرعت سيال فوق العاده زياد مي باشد ‚در نتيجه نا صا فيهاي حتي در حد چند ميليمتر هم مي تواند باعث ايجاد جدا شدگي جريان شود . هر نوع روزنه با برامدگي تعويض ناگهاني سطح مقطع هم مي تواند باعث جدايي خطوط جريان شود . اين پديده معمولا در پايه هاي دريچه ها بر روي سرريز ها‚در قسمت زير دريچه هاي كشويي و انتهاي شوتها رخ دهد . شرايطي كه موجب كاويتاسيون مي گردد اغلب در جريانهاي با سرعت بالا پديد مي ايد . بطور مثال سطح آبروي سريز كه ٤٠ تا ٥٠ متر پايين تر از سطح تراز آب مخزن مي باشد بطور حاد در معرض خطر كاويتاسيون قرار دارد . پديده كاويتاسيون در جريانات فوق اشفته در پرش هيدروليكي در مكانهايي مثل حوضچه هاي خلاءزايي مشكلات فراواني ايجاد مي كند . صدمه كاويتاسيون به سازه هاي طراهي شده براي سرعتهاي بالا و در سد هاي بلند و سرريزهاي بزرگ يك مشكل دائمي است .

فاكتورهاي موثر در پديده كاويتاسيون :

در طي حداقل ٢٠سال تجربه و بررسي عملكرد سرريزها ( شامل مدل و آزمايش بر روي پروتوتيپ ) اين طور نتيجه گيري شده كه كاويتاسيون در اثر عملكرد مجموعه اي از عوامل و شرايط است . معمولا يك عامل به تنهايي براي ايجاد مسئله كاويتاسيون كافي نيست ولي تركيبي از عوامل هندسي و هيدروديناميكي و فاكتورهاي وابسته ديگر ممكن است منجر به خسارت كاويتاسيون گردد . از مهمترين عواملي كه مي توانند در اين زميه ممكن است دخيل باشند مي توان به موارد زير اشاره كرد :
1.عوامل هندسي : كه شامل موارد زير مي شود .


ناهمواريهاي سطحي سرريز‚خصوصا برامدگيها و فرورفتگيهاي موضعي
- شكافهاي دريچه هاي كشويي و پايه هاي دريچه هاي قطاعي
- ستونها piers
- درزهاي ساختماني
-جدا كننده جريان ودفلكتورها Flow splitter & deflector
- دهانه مجاري و لوله Ports of ducts & pipe
- تغير در شكل عبور جريان Change of water passage shape
- انحنا يا انحراف در مسير جريان در آبراهه Misalignment of conduit

2.عوامل هيدروديناميكي :


- دبي مخصوص
– سرعت جريان
- عملكرد دريچه
- توسعه لايه مرزي



3.عوامل متفرقه :


- انتقال حرارت در طي فروريختن
- درجه حرارت آب
- تعداد واندازه حبابهاي درون آب Diffusion of air
- پراكندگي هوا

[ریپورتر]

عملكرد پمپهاي سانتريفوژ در حالت بحراني مي تواند موجب اختلال سيستمهاي مربوطه شود. از جمله اين سيستمها نيروگاههاي حرارتي و صنايع پتروشيمي است. در بعضي مواقع تعيين علت دقيق عملكرد ناپايدار پمپ ممكن نيست. جريان توربولان و يا شرايط غير عادي جريان مي تواند موجب لرزشهاي شديد و خارج شدن پمپ از مدار شود. يكي از دلايل اوليه لرزشهاي پمپ سانتريفوژ كاويتاسيون است. در اين حالت در اثر كاهش فشار مايع و تبخير صورت گرفته در سمت مكش پروانه توده هاي حباب توليد و به خروجي پروانه جهت تخليه ارسال مي شوند. در اثر افزايش فشار، حبابهاي توليد شده فشرده مي شوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صداي ضربه به بادكنك) و ايجاد لرزش مي شود.
توليد حباب در پروانه وقتي رخ مي دهد كه NPSH موجود مكش پمپ كمتر از NPSH لازم پمپ شود. اين امر مي تواند به علت وجود مانع در مسير مكش، وجود زانوئي در فاصله نزديك ورودي پمپ و يا شرايط غير عادي بهره برداري مي باشد. عواملي مانند افزايش دما و يا كاهش فشار در سمت مكش نيز مي تواند شرايط فوق را ايجاد كند. البته انتخاب پمپ براي سيستمهايي كه در دبي هاي متفاوت و سرعت متغير كار مي كنند بايستي با دقت صورت گيرد تا از پديده كاويتاسيون جلوگيري گردد. با توجه به ملاحظه مراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است يك عامل رايج اين لرزشها پديده كاويتاسيون است و مي تواند مخرب نيز باشد.
چنانچه آب به بخار تبديل شود حجم آن مي تواند تا 50000 برابر افزايش يابد كه موجب تخليه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر كاويتاسيون شامل خوردگي پره ها در منطقه ضربه حباب و آسيب ديدگي ياتاقانها باشد.
بعضي نتايج نشان مي دهد، ارتعاشات مربوط به كاويتاسيون در فركانسهاي بالاي 2000 هرتز توليد يك پيك با طيف پهن مي نمايد. گزارش ديگر اثر كاويتاسيون بر فركانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فركانس دوران محور) را شرح مي دهد و ديگري اثر دامنه ارتعاشي پيك را در سرعت محور نشان مي دهد. البته دليل تفاوت در فركانسهاي فوق كه از طرف متخصصين مختلف پمپ ارائه شده تفاوت در طراحي پمپ، نصب و بهره برداري آن مي باشد. حتي اخيرا" لرزش در اثر كاويتاسيون با ظهورPeak با فركانس 60 % دور روتور در طيف مشاهده شده است كه اين در اثر تشديد فركانس طبيعي پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصه ديگر كاويتاسيون تغييرات و نوسان فشار خروجي پمپ است. يك روش سريع جلوگيري ازكاويتاسيون بستن آرام شيرخروجي وكاهش دبي پمپ است تاNPSH لازم كمتر از موجودشود.

[Aysajoon]

کاویتاسیون یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید .

آب یا هر مایع دیگری ، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود .

هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود ، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند .

اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد ، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند .

در چنین مکانی بسته به شدت برخورد ، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد .

این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند .



پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد .

بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد .

کاویتاسیون همواره با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد .

صدای کاویتاسیون مخصوص و مشخص بوده وشبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است .

همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید .

در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد .

این پدیده در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد .

گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت ، فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلأ زایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد .

در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید .

این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند .

تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .




منبع : فنی لرن (http://www.fannilearn.com/mainblog/entry/838-cavitation.html)