کاویتاسیون چیست؟ + آسیب های کاویتاسیون بر عملکرد و عمر پمپ آب

احتمالاً شما هم زمانی که برای خرید پمپ کمی جستجو کرده‌اید با اصطلاحی به نام کاویتاسیون برخورد کرده باشید و شاید ندانید که کاویتاسیون چیست و باعث چه اتفاقاتی می‌شود.

کاویتاسیون چیست؟

کاویتاسیون در واقع اتفاقی است که به دلیل منفجرشدن حباب‌های هوا عموماً در نزدیکی بدنه و پروانه پمپ رخ می‌دهد و نه‌تنها باعث آسیب رساندن به بدنه و پروانه پمپ می‌شود؛ بلکه عملکرد و راندمان آن را نیز تا حد زیادی مختل می‌کند و به دنبال آن پمپ با سروصدای زیادی کار می‌کند.

چه زمانی کاویتاسیون رخ می‌دهد؟

زمانی می‌توانیم بگوییم که کاویتاسیون ایجاد شده است که فشار مطلق در قسمت محفظه ورودی پمپ آب مساوی و یا حتی کمتر از فشار تبخیر مایع باشد. در این حالتی که مستعد ایجاد کاویتاسیون هست در حقیقت مایع بخار می‌شود و این بخار آب که با هوا ترکیب شده است به همراه جریان سیال وارد محفظه فشار بالای پمپ آب می‌شود و به‌خاطر چرخش و سرعت پروانه پمپ و همچنین فشاری که پس از آن وجود دارد این حباب‌های بخار یا هوا منفجر می‌شوند و انفجار آن‌ها در نزدیکی پروانه پمپ باعث ایجاد آسیب‌های شدید در پروانه پمپ و یا حتی در بدنه پمپ می‌شود. در این حالت معمولاً شاهد این هستیم که پمپ با لرزش و صدای زیادی کار می‌کند و راندمان آن کاهش پیدا کرده است و در صورت کارکرد طولانی‌مدت به این شکل شاهد ایجاد خوردگی‌های از نوع Pitting در بدنه و پروانه پمپ هستیم.

عوامل زمینه‌ساز ایجاد کاویتاسیون

به‌صورت کلی معمولاً پنج عامل مهم است که باعث زمینه‌سازی برای ایجاد کاویتاسیون می‌شود که در ادامه این موارد را به‌صورت کامل شرح خواهیم داد.

1. افت فشار بیش از حد در قسمت ورودی پمپ: این مورد معمولاً به‌این‌علت رخ می‌دهد که ممکن است صافی‌ها و یا لوله‌ها دچار گرفتگی شده باشند البته عوامل دیگری ممکن است باعث ایجاد این موضوع شده باشند که از بحث این مقاله خارج است. این مورد باعث می‌شود که مایع در این ناحیه تبخیر شده و حباب ایجاد شود؛ بنابراین با مستعدشدن شرایط برای تبخیر مایع بستری برای ایجاد کاویتاسیون محیا می‌شود و کاویتاسیون ایجاد می‌شود.
2. بالارفتن دمای سیال پمپاژ شونده: این مورد نیز در ایجاد کاویتاسیون نقش مؤثری دارد چرا که زمانی که دمای سیال پمپاژ شونده بالا می‌رود این امر منجر به بالارفتن فشار بخار مایع می‌شود. با بالاتر رفتن فشار بخار مایع، در حقیقت مایع یا همان سیال پمپاژ شونده در ورودی پمپ زودتر تبخیر می‌شود و یک شرایط کاملاً مساعد برای ایجاد کاویتاسیون فراهم می‌کند.
3. زیادشدن ارتفاع مکش پمپ: این عامل کاملاً مشخص است و نیازی به توضیح ندارد. چرا که هر چه مسیری که سیال تا ورودی پمپ طی می‌کند بیشتر باشد عامل تبخیرشدن سیال در قسمت ورودی پمپ قوت پیدا می‌کند و با تبخیرشدن سیال کاویتاسیون اتفاق می‌افتد.
4. کارکرد پمپ آب در شرایط خارج از طراحی: این پدیده معمولاً زمانی رخ می‌دهد که پمپ با جریان آب بیش از حد مواجه شود. اگر شرایط،  خارج از شرایطی باشد که عملکرد پمپ در آن صحیح است این اتفاق می‌افتد که به دلیل افزایش دور پمپ یا بالابودن بیشتر از میزان قطر پروانه فشار خروجی آن قدر بالا می‌رود که در قسمت ورودی پمپ شاهد افت فشار بیش از حد قابل‌قبول هستیم و به دلیل افت فشار بیش از حد در ورودی پمپ باز هم شرایط برای ایجاد کاویتاسیون فراهم می‌گردد.
5. پمپاژ سیالاتی که متناسب با شرایط ساخت پمپ نیست: متأسفانه گاهی با تغییر شرایط عملیاتی پمپ به شکل غیرصحیح مواجه می‌شویم و مشاهده می‌کنیم که برای مثال از یک تاریخی به بعد در یک مجموعه‌ای برای پمپاژ یک سیال که ویسکوزیته آن پایین‌تر است یا جز مایعات سبک‌تر از حد مجاز پمپاژ صحیح پمپ است از پمپ استفاده می‌شود  و این امر نیز دقیقاً باعث ایجاد افت فشار سیال در محفظه ورودی پمپ و زمینه‌ساز ایجاد کاویتاسیون می‌شود.

چگونه می‌توان از ایجاد cavitation جلوگیری کرد؟

با تمام توصیفاتی که از کاویتاسیون انجام دادیم و طبق تعاریف آن و عواملی که باعث بروز آن می‌شوند را با هم بررسی کردیم، می‌توان با رعایت یک سری از موارد جلوی ایجادشدن آن را گرفت و از بروز آن جلوگیری کرد. این موارد مهم را در قسمت زیر به تفکیک شماره برایتان گردآوری کرده‌ایم که با رعایت این موارد می‌توانید سلامت پمپ و افزایش طول عمر آن و بازدهی پمپ را افزایش دهید.

1- فشار هوای محیط: یک عامل بسیار مهم که برای جلوگیری از ایجاد کاویتاسیون باید به آن توجه کرد فشار هوای محیط است. فشار هوای محیطی به دلیل تأثیر مستقیمی که بر روی ارتفاع مکش در قسمت ورودی پمپ دارد بسیار مهم است. قبل از نصب پمپ حتماً به این موردتوجه ویژه‌ای داشته باشید.

2- درجه حرارت سیال پمپاژ شونده: یک عامل بسیار مهم دیگر برای جلوگیری از این امر این است که به دمای کارکرد صحیح پمپ در مشخصات فنی پمپ توجه ویژه‌ای داشته باشیم. همیشه لزوماً پایین‌بودن دما خوب نیست، اما اگر سعی کنیم باتوجه‌به شرایط کارکرد پمپ حداقل میزان دما را برای سیال پمپاژ شوند داشته باشیم برای جلوگیری از ایجاد کاویتاسیون بسیار مؤثر است. البته باز هم تأکید می‌کنیم که پایین‌بودن دما بیشتر از یک حدی حتی برای پمپ می‌تواند مضر باشد و به آن آسیب برساند؛ بنابراین به این مورد هم توجه ویژه‌ای داشته باشید. بالابودن دمای سیال پمپاژ شونده همان‌طور که در بخش قبلی مطالعه کردید یکی از عواملی بود که باعث بخارشدن سیال در قسمت ورودی پمپ آب و ایجاد کاویتاسیون می‌شد که با دانستن این موضوع و توجه به آن می‌توان جلوی این امر را گرفت.

3- پایین آوردن سرعت ورود سیال به پمپ: با پایین آوردن سرعت سیال ورودی به پمپ می‌توانیم از این امر جلوگیری کنیم. برای پایین آوردن سرعت سیال در قسمت ورودی پمپ راهکارهای ساده‌ای وجود دارند که یکی از آن‌ها افزایش قطر لوله ورودی پمپ است. البته این مورد در حال حاضر در اکثر پمپ‌های جدیدی که در دنیا تولید می‌شوند رعایت شده است؛ ولی به‌صورت کلی باید این مورد را در نظر داشته باشید.

4- عدم استفاده از تعداد زیاد شیر، زانوها و مسیرهای لوله‌کشی طولانی: برای اینکه از ایجاد کاویتاسیون جلوگیری کنیم باید از افت فشار سیال در قسمت ورودی پمپ جلوگیری کنیم. وجود شیرهای زیاد، زانوها و تغییر مسیرها و طولانی‌بودن مسیرهای لوله‌کشی همه‌وهمه از جمله مواردی هستند که باعث ایجاد افت فشار در ورودی پمپ خواهند شد؛ بنابراین باید به این موارد توجه داشته باشیم.

5- سایزینگ صحیح لوله‌ها و مسیرهای صحیح لوله‌کشی: یکی از عواملی که باعث ایجاد افت فشار در ورودی پمپ می‌شود این است که سایزینگ لوله‌ها به‌درستی طراحی و اجرا نشده است و یا اینکه مسیرهای لوله‌کشی در طراحی و اجرا به‌درستی انجام نشده‌اند؛ بنابراین با طراحی و اجرای صحیح سیستم لوله‌کشی تا حد زیادی می‌توان از ایجاد کاویتاسیون جلوگیری کرد.

6- استفاده از reducer: استفاده صحیح از reducerها می‌تواند تا حد زیادی از ایجاد کاویتاسیون جلوگیری کند. منظور از استفاده صحیح این است که باید در جهت صحیح نصب شوند.

7- استفاده از صافی یا مش: اگر از صافی یا مش با اندازه متناسب استفاده کنیم می‌توانیم تا حد زیادی از این امر جلوگیری کنیم.

8- به باز بودن کامل ولو اصلی توجه داشته باشید: همیشه باید به این موضوع مهم توجه داشت که ولو اصلی ورودی به پمپ به‌صورت کامل باز باشد تا در قسمت ورودی پمپ با افت فشار سیال مواجه نشویم.

9- از کارکرد پمپ در شرایط طراحی اطمینان حاصل کنید: یکی از عوامل ایجاد کاویتاسیون که در بخش قبلی همین مقاله به آن اشاره کردیم عدم کارکرد پمپ در شرایط طراحی بود که باعث افت فشار در قسمت ورودی پمپ می‌شد؛ بنابراین اطمینان از اینکه پمپ در شرایط طراحی خودش کار می‌کند می‌تواند از این امر جلوگیری کند.

10- استفاده از بوستر پمپ قبل از پمپ اصلی: این کار تا حد بسیار زیاد و چشمگیری عوامل ایجادکننده کاویتاسیون را کاهش می‌دهد  و باعث می‌شود هیچ‌گونه افت فشاری در ورودی پمپ نداشته باشیم.