چه عاملی باعث بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها میشود و چگونه میتوان از آن جلوگیری کرد؟

زمان مطالعه: 3 دقیقه

پمپ‌­ها،کمپرسورها و پروانه‌­ها بخشی اساسی از زیرساخت­‌های روزمره هستند. آنها نیروگاه­‌ها، قایق‌­ها و تأسیسات تولید توان را در سراسر جهان، فعال نگه میدارند. مهم­‌ترین چالش برای مهندسانی که این ماشین آلات را طراحی و استفاده میکنند، اجتناب از پدیده کاویتاسیون است – جایی که مایع دچار تغییرات فازی ناگهانی میشود و میتواند به سیستم آسیب برساند. برای جلوگیری از این امر، مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که تجهیزات مناسب در سیستم نصب شده است. شبیه سازی­‌ کاویتاسیون به کمک فلوئنت یک راه حل مقرون به صرفه برای بهینه سازی طرح­‌ها و پیکربندی­ پمپ­‌ها برای جلوگیری از تغییر فازهای سهوی میباشد.

چه عاملی باعث بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها میشود و چگونه میتوان از آن جلوگیری کرد؟- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ میتواند به مکانیزم‌های داخلی آسیب برساند.

چه چیزی باعث بروز کاویتاسیون میشود؟

کاویتاسیون زمانی اتفاق می‌­افتد که  یک سری حباب یا حفره درون مایع ایجاد میشود که علت آن پایین بودن فشار نسبت به فشار بخار است. وقتی حباب‌ها فشارهای بیشتری را تجربه میکنند، فروپاشی می‌شوند و عامل ایجاد موج‌های کوچک در سطح شده که با گذشت زمان، به قطعات آسیب میرسانند. وقتی این امواج به سوراخ­های کوچکی ضربه وارد میکنند باعث میشوند این سوراخ­های کوچک به ندرت بزرگتر شوند. به این اتفاق سوراخکاری می­گویند.

چه عاملی باعث بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها میشود و چگونه میتوان از آن جلوگیری کرد؟- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
سوراخ‌های ایجاد شده بر روی پروانه‌ها در اثر کاویتاسیون

سر و صدا، لرزش و کاهش عملکرد شاخص‌­های مساعدی برای شروع پدیده کاویتاسیون در پمپ­‌ها هستند. هنگامی که این علائم هشدار دهنده شروع میشود، مهندسان باید تجهیزات را بررسی کنند تا ببینند آیا حفره‌­هایی ایجاد شده است یا خیر. حفره­‌ها یکی از نگرانی‌­های اصلی مهندسان است. این بدان دلیل است که با رشد و تکثیر حفره­‌ها، از عمر و کارایی پمپ کاسته میشود. اما دلایل دیگری نیز وجود دارد که مهندسان خواهان کاهش تشکیل حباب در تجهیزات خود هستند. به عنوان مثال، امواج فشاری میتوانند ارتعاشاتی ایجاد کنند که ممکن است باعث خرابی سایر قطعات شود – مانند یاتاقان­‌ها. مهندسان برای اینکه پمپ­‌ها از نظر عملکرد دچار افت نشوند، باید کار ورودی به سیستم را افزایش دهند؛ چرا که کاویتاسیون بر نرخ جریان و کارایی نیز تأثیر می­گذارد. این امر منجر به افزایش گازهای گلخانه‌ای و همچنین هزینه­‌های سوختی می­شود.

چگونه از بروز کاویتاسیون در پمپ جلوگیری کنیم؟

بهترین راه برای جلوگیری از بروز کاویتاسیون در پمپ­‌ها، افزایش فشار بالادستِ پروانه پمپ است. این فشار به عنوان هِد خالص مثبت مکشی (Net Pressure Suction Head) شناخته میشود.

چه عاملی باعث بروز پدیده کاویتاسیون در پمپ‌ها میشود و چگونه میتوان از آن جلوگیری کرد؟- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
با کمک نرم افزار Ansys EnSight حجمی از روغن در پمپ ژیروتور که دچار پدیده کاویتاسیون (نواحی قرمز رنگ) میشود به تصویر درآمده است.

برخی از روش‌­هایی که مهندسان میتوانند هِد خالص مثبت مکشی را افزایش دهند:

  • افزایش سطح آب مخزن بالادست
  • اضافه کردن القا کننده در ورودی پمپ (عملکرد القا کننده افزایش هِد ورودی به مقدار کافی برای جلوگیری از کاویتاسیون است.)
  • بهینه کردن طراحی پروانه
  • به حداقل رساندن تلفات جریان بالادست
  • کار کردن پمپ در جریان­‌های با نرخ پایین

در مرحله طراحی، بعید است مهندسان بدانند که یک پمپ چگونه در یک سیستم خاص نصب میشود. بنابراین، آن‌ها از محاسبات و شبیه سازی­‌ها برای تست کردن پیکربندی­‌های مختلف استفاده میکنند تا بتوانند هِدهای خالص مثبت مکشی بدست آمده را دسته­ بندی کنند و این اطلاعات را در اختیار مهندسانی که سیستم را راه اندازی میکنند قرار دهند. این دسته­ بندی کمک میکند پمپ مناسب برای یک تاسیسات انتخاب شود.

به طور سنتی، مهندسان از معادله Rayleigh-Plesset برای شبیه سازی تشکیل حباب استفاده میکنند. چالش این است که این نتایج، تجربی هستند و اگر پارامترهای ورودی به طور نادرست تنظیم شوند ممکن است نتایج به دست آمده اختلاف فاحشی با آنچه که در واقعیت اتفاق میافتد، داشته باشند. روش دیگر، مهندسان می توانند از مدل تغییر فاز تعادلیِ ANSYS CFX یا ANSYS Fluent برای شبیه سازی کاویتاسیون استفاده کنند. ANSYS CFX از خواص مواد برای پیش بینی تشکیل حباب­‌ها استفاده میکند و نیازی به داده­‌های تجربی ندارد. در نتیجه، برای تولید نتایج دقیق، نیازی به تنظیم معادله Rayleigh-Plesset نیست. در نتیجه مهندسان میتوانند شبیه سازی خود را پارامتری کرده تا بتوانند به سرعت پیکربندی های مختلف را جهت بدست آوردن هِدهای خالص مثبت مکشی، مورد بررسی قرار دهند. آن‌ها همچنین می‌توانند یک نمودار ایجاد کنند که نشان میدهد چگونه کاهش هِد خالص مثبت مکشی، باعث کاهش هِد تولید شده توسط پمپ به دلیل تغییر فاز ناگهانی میشود.


برای آموزش مفاهیم پدیده کاویتاسیون و شبیه سازی آن در نرم افزار فلوئنت دوره‌ی آموزشی ” شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت”  پیشنهاد می‌شود.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
WordPress PopUp Plugin
error: محتوا محافظت شده است
با خرید هر محصول آموزشی و ثبت نظر در خصوص آن، یک کد تخفیف ویژه هدیه بگیرید.
+ +
پیمایش به بالا