اگر تا به حال با سیستم‌های انتقال سیال سر و کار داشته‌اید - چه در حال تولید چسب‌ها، کار با پوشش‌ها یا کار با مواد شیمیایی صنعتی باشید - احتمالاً اصطلاح "کاویتاسیون" را شنیده‌اید، و اگر تا به حال یک پمپ روتوری به‌طور غیرمنتظره‌ای کار نمی‌کند، یا متوجه صدای عجیب و غریب شده‌اید، تقریباً جریان پمپ را کاهش می‌دهد یا حتی باعث کاهش جریان می‌شود. بیایید این را به زبان ساده بشکنیم، هیچ اصطلاح مهندسی خفه‌کننده‌ای که چشمان شما را خیره می‌کند، به خصوص که ما بچه‌های پمپ روتور هستیم (ما سال‌ها این پمپ‌ها را عرضه می‌کنیم، بنابراین شاهد بوده‌ایم که کاویتاسیون تعداد زیادی را از بین می‌برد و مقدار زیادی محصول را هدر می‌دهد).
اول، چهاستکاویتاسیون دقیقا؟ به بیان ساده، زمانی است که فشار کم در یک سیال کمتر از فشار بخار آن سیال می‌شود، بنابراین حباب‌های ریز (به نام حفره‌های بخار یا حفره‌ها) در مایع ایجاد می‌شود. سپس، هنگامی که آن حباب ها به قسمتی از پمپ با فشار بالاتر منتقل می شوند، فرو می ریزندفوق العادهسریع-مانند، سریع میکروثانیه. این فروپاشی امواج ضربه ای را از طریق سیال و قطعات پمپ می فرستد و به مرور زمان، حفره ها، نویزها و قسمت های داخلی پمپ آسیب دیده می شود. مخصوصاً برای پمپ‌های روتور، این درد بسیار بزرگ است، زیرا آنها برای حرکت سیال به فاصله‌های تنگ بین قطعات در حال چرخش (مانند چرخ دنده‌ها، روتورها یا لوب‌ها) متکی هستند، بنابراین کاویتاسیون می‌تواند این فاصله‌ها را سریع‌تر از هر چیز دیگری خراب کند.
صبر کنید، بیایید این را به نحوه عملکرد یک پمپ روتوری بپردازیم، زیرا بدون دانستن اصول اولیه عملکرد پمپ خود نمی توانید کاویتاسیون را درک کنید. یک پمپ روتور (به هر حال، ما یک تن از اینها را می فروشیم - ما را بررسی کنیدپمپ دنده روتور با دقت بالاخط برای تمام مصارف معمول صنعتی) از یک یا چند عنصر دوار (مثل دو چرخ دنده درهم آمیخته در یک پمپ دنده ای یا یک روتور تک با لوب) برای ایجاد یک ناحیه کم فشار در سمت ورودی پمپ استفاده می کند. این فشار کم، سیال را به داخل محفظه مکش پمپ می کشد، سپس قطعات چرخان آن سیال را در اطراف محفظه به سمت خروجی می برند، جایی که فشار بیشتر است، بنابراین سیال به سمت خط فرآیند شما رانده می شود.
بنابراین فشار ورودی در اینجا کلیدی است. اگر فشار ورودی خیلی کم باشد، یا اگر دبی پمپ بیشتر از مقدار سیالی باشد که می تواند به اندازه کافی سریع به ورودی برسد، در آن زمان است که فشار کم را دریافت می کنید که باعث ایجاد کاویتاسیون می شود. بیایید مثالی بیاوریم که فوق‌العاده قابل ربط است - اگر بخواهید یک میلک شیک را از طریق یک نی بسیار نازک خیلی سریع بنوشید، آنقدر محکم می‌کشید که خلاء ایجاد می‌شود و نی کمی خرد می‌شود، یا هوا را می‌مکید، درست است؟ این همان ایده برای پمپ روتور است: اگر خط مکش خیلی کوچک باشد، یا پیچ خوردگی داشته باشد، یا هوا به ورودی نشت کند، یا سیال خیلی چسبناک باشد (ضخیم، مانند چسب یا شربت)، پمپ نمی تواند مایع کافی را به ورودی بکشد، بنابراین فشار افت می کند و آن حباب ها تشکیل می شود.
حالا چرا کاویتاسیون اینقدر بد است؟به طور خاصبرای پمپ های روتوری و نه مثلاً پمپ گریز از مرکز؟ از آنجا که پمپ‌های گریز از مرکز، سیال را با پروانه‌ای فشار می‌دهند که سیال را به بیرون می‌چرخاند، بنابراین دینامیک فشار متفاوتی دارند، اما پمپ‌های روتور در فاصله‌های کمتری کار می‌کنند (مثل هزارم اینچ محکم، برای جلوگیری از نشت مایع). وقتی آن حباب‌های حفره‌ای درست در آن فاصله‌های تنگ فرو می‌روند، موج ضربه‌ای فقط به سیال آسیب نمی‌زند، بلکه مانند ضربه‌های کوچک چکش است که بارها و بارها به دندان‌های چرخ دنده یا لوب‌های روتور برخورد می‌کند. شما شروع به دیدن فرورفتگی (خردهای کوچک و دهانه مانند) روی قطعات فلزی خواهید کرد، که این فاصله ها را حتی بزرگتر می کند، بنابراین پمپ جریان و فشار خود را از دست می دهد. در نهایت، پمپ ممکن است مسدود شود، یا در مایع خود شیویک های فلزی ایجاد کنید، که هر چیزی را که می سازید خراب می کند (ما این اتفاق را باپمپ یونیورسال چسب پلی اورتان یک جزء- چسب به فلز آلوده می شود که یک توقف کامل تولید است).
همچنین، کاویتاسیون یک علامت فوق العاده قابل توجه ایجاد می کند: سر و صدا. اگر پمپ روتور شما با صدای بلند کار می کند - مانند صدای بلندتر از زمزمه کم معمولی - تقریباً قطعا حفره ایجاد می کند. برخی از مردم فکر می کنند که صدای بلند فقط پمپ است که به سختی کار می کند، اما در واقع حباب ها در حال فرو ریختن هستند، یعنی همان صدای تیز و ترقه ای که می شنوید. نشانه دیگر کاهش سرعت جریان است—اگر پمپ شما قبلاً 10 گالن در دقیقه حرکت می کرد و اکنون فقط 7 گالن در دقیقه حرکت می کند، حتی اگر تنظیمات فرآیند خود را تغییر نداده اید، کاویتاسیون توانایی پمپ را برای حرکت سیال از بین می برد. و اگر بعداً پمپ را باز کنید، آن چرخ دنده‌ها یا روتورهای حفره‌دار را می‌بینید که یک هدیه مرده است.
چه چیزی باعث ایجاد کاویتاسیون در پمپ های روتور می شود؟ بیایید موارد رایجی را که هر روز به عنوان تامین کننده می بینیم فهرست کنیم، تا بتوانید قبل از اینکه فرآیند شما را به هم بزند، آن را شناسایی کنید. اول، NPSH ناکافی (سر مکش مثبت خالص). NPSH اساساً مقدار فشار در ورودی پمپ بالاتر از فشار بخار سیال است. اگر NPSH خیلی کم باشد، کاویتاسیون اتفاق می افتد. به عنوان مثال، اگر پمپ را بالای مخزن سیال نصب می کنید (بالابر مکش)، فشار منفی در ورودی ایجاد می شود - بنابراین اگر مخزن زیر پمپ باشد، بهتر است، زیرا گرانش سیال را به ورودی فشار می دهد و NPSH را افزایش می دهد. دوم، ویسکوزیته سیال بالا. سیالات غلیظ (مانند لیوان آب گرم یا چسب های سنگین) به راحتی جریان نمی یابند، بنابراین نمی توانند به اندازه کافی سریع به ورودی برسند تا بتوانند تقاضای پمپ را تامین کنند. ما در واقع مشتریانی داشته ایم که به خاطر آنها به ما مراجعه می کنندپمپ اندازه گیری دنده یونیورسال واتر گلس با کیفیت بالاحفره می‌کرد، و معلوم شد که آنها آن را با سرعت جریانی به کار می‌بردند که برای ویسکوزیته لیوان آب بسیار بالا بود - آنها فقط باید کمی سرعت پمپ را کاهش دهند یا به یک خط ورودی بزرگتر بروند. سوم، نشت هوا در خط مکش. اگر سوراخ کوچکی در لوله مکش وجود داشته باشد، هوا به داخل کشیده می شود که فشار کم و حباب های بخار ایجاد می کند. چهارم، کارکردن پمپ با سرعت بسیار بالا. پمپ‌های روتور برای یک سرعت جریان معین در یک دور در دقیقه مشخص اندازه‌گیری می‌شوند—اگر آن را سریع‌تر از آن بچرخانید، سیال بیشتری نیاز دارد، بنابراین ورودی نمی‌تواند ادامه یابد. پنجم، مسدود شدن خطوط مکش یا فیلترها. اگر ورودی مسدود شود، مایع نمی تواند وارد شود، بنابراین فشار کاهش می یابد.
صبر کن در مورد چی صحبت کنیمنمی کندفقط برای رفع سردرگمی باعث ایجاد کاویتاسیون شود. معمولاً فشار خروجی نیست - مگر اینکه خروجی کاملاً مسدود شده باشد که یک مشکل متفاوت است (این فشار خروجی پمپ است که بد است، اما حفره ندارد). کاویتاسیون تقریباً همیشه یک مسئله در سمت ورودی است، زیرا فشار کم در اینجاست. این یک اشتباه متداول است که اپراتورهای جدید مرتکب می شوند - آنها فشار خروجی را در هنگام کاویتاسیون پمپ بررسی می کنند، اما مشکل تقریباً همیشه در سمت مکش است.
حال، خبر خوب: کاویتاسیون قابل تعمیر است و راه هایی برای جلوگیری از آن در پمپ های روتور وجود دارد. بیایید راه حل هایی را که به مشتریان خود توصیه می کنیم مرور کنیم، زیرا ما با انواع صنایعی که از پمپ های روتوری استفاده می کنند کار می کنیم. ابتدا NPSH را بهینه کنید. این بدان معناست که پمپ را در زیر مخزن سیال نصب کنید (با استفاده از نیروی جاذبه برای کمک به تغذیه ورودی)، از یک خط مکش بزرگتر برای کاهش مقاومت جریان استفاده کنید، و مطمئن شوید که فیلتر روی ورودی خیلی کوچک یا گرفتگی نیست. دوم، پمپ را با ویسکوزیته سیال خود مطابقت دهید. اگر با یک سیال غلیظ مانند شیشه آب یا چسب با ویسکوزیته بالا کار می کنید، از پمپ های درجه بندی شده برای سیالات نازک استفاده نکنید - ما پمپ هایی را برای ویسکوزیته های مختلف می سازیم، از جمله پمپ اندازه گیری دنده فولادی ساختاری کربن با کیفیت بالا برای رزین فوران، که برای کنترل سیالات ضخیم تر و ساینده تر بدون حفره سازی ساخته شده است. سوم، سرعت پمپ را تنظیم کنید. اگر در یک دور در دقیقه خاصی کاویت می کنید، سرعت آن را کم کنید—اکثر پمپ های روتوری این روزها دارای سرعت متغیر هستند، بنابراین این یک راه حل آسان است. چهارم، هوا را از خط مکش خارج کنید یا خود پمپ کنید. برخی از پمپ ها دارای یک دریچه تهویه برای خروج هوای محبوس شده هستند که نشت هوا را که باعث فشار کم می شود برطرف می کند. پنجم، نوع پمپ مناسب را انتخاب کنید. برای کاربردهای کم جریان، پمپ اندازه‌گیری مینی دنده خارجی ما عالی است، زیرا اندازه آن برای دبی‌های کوچک‌تر است، بنابراین سیال زیادی از ورودی نمی‌خواهد و احتمال ایجاد کاویتاسیون را کاهش می‌دهد.
مشتریان زیادی داشتیم که ناامید به ما مراجعه کردند، زیرا پمپ روتور آنها حفره داشت، و پس از بررسی سریع خط ورودی، تنظیم دور در دقیقه، یا انتخاب پمپ مناسب برای مایع خود، مشکل برطرف شد. به عنوان مثال، ماه گذشته، یکی از مشتریان در صنعت چسب با آنها مشکل داشتپمپ یونیورسال چسب پلی اورتان یک جزءایجاد حفره در طول دوره های تولید بالا آنها پمپ را با سرعت کامل با یک خط مکش 1 اینچی کار می کردند و چسب بسیار چسبناک بود. ما پیشنهاد ارتقاء به یک خط مکش 1.25 اینچی و کاهش 20 درصدی پمپ را دادیم و آنها گفتند که جریان آنها به حالت عادی برگشته است، دیگر صدایی وجود ندارد و دیگر حفره ای روی دنده ها وجود ندارد. این همان چیزی است که ما همیشه می بینیم - کاویتاسیون قابل رفع است، فقط باید علت اصلی را بدانید.
بیایید یک افسانه را نیز روشن کنیم: برخی افراد فکر می کنند که کاویتاسیون فقط برای پمپ های فشار بالا مشکل دارد، اما این درست نیست. حتی پمپ‌های روتور کم فشار نیز می‌توانند حفره‌ای ایجاد کنند، اگر ورودی به درستی تنظیم نشود. به عنوان مثال، اگر آب را از مخزنی که 10 فوت زیر پمپ قرار دارد پمپاژ می کنید، این یک NPSH خوب است، اما اگر پیچ خوردگی در خط مکش دارید که مقاومت را افزایش می دهد، NPSH واقعی را کاهش می دهد و منجر به کاویتاسیون می شود، حتی اگر فشار خروجی تنها 50 PSI باشد.
نکته دیگری که باید به آن توجه کنید: کاویتاسیون فقط به پمپ آسیب نمی رساند، بلکه به محصول شما نیز آسیب می رساند. اگر حباب ها در سیال فرو بریزند، می توانند باعث ایجاد کف، جریان ناهموار یا حتی تجزیه مواد حساس شوند، به ویژه برای کاربردهای اندازه گیری که در آن نرخ جریان دقیق مهم است (مانند صنایع شیمیایی یا غذایی). برای مثال، اگر از چسب متری استفاده می کنید، کاویتاسیون می تواند به اندازه مهره های ناسازگار منجر شود که محصول نهایی را خراب می کند. به همین دلیل است که انتخاب یک پمپ روتوری با دقت بالا مهم است—پمپ دنده ای روتوری با دقت بالا برای به حداقل رساندن نوسانات فشار در ورودی طراحی شده است، بنابراین حتی با وجود سیالات چالش برانگیز احتمال ایجاد حفره در آن بسیار کمتر است.
بنابراین، برای تکمیل این موضوع، کاویتاسیون در پمپ‌های روتور نتیجه فشار کم ورودی است که باعث ایجاد حباب‌های بخار می‌شود که به شدت فرو می‌ریزند، به قطعات پمپ آسیب می‌رسانند، جریان را کاهش می‌دهند و فرآیند شما را خراب می‌کنند. این یک مشکل رایج است، اما با راه اندازی صحیح، انتخاب پمپ و تنظیمات جزئی سیستم شما کاملاً قابل پیشگیری و رفع است.
اگر با کاویتاسیون در پمپ روتور خود سر و کار دارید - چه چسب پلی اورتان، شیشه آب، رزین فوران یا هر سیال دیگری را پمپاژ کنید - و می خواهید سر و صدا را متوقف کنید، جریان را برطرف کنید و پمپ خود را روشن نگه دارید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. ما در تهیه پمپ های روتوری با کیفیت بالا برای انواع کاربردهای صنعتی تخصص داریم و می توانیم به شما کمک کنیم پمپ مناسب را انتخاب کنید، سیستم خود را تنظیم کنید یا هر گونه مشکل کاویتاسیون را که دارید عیب یابی کنید. فقط کافی است با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خود چت کنید و راه حل عالی را بیابید.
مراجع
- Pump Handbook (ویرایش چهارم)، Karassik، IJ، و همکاران، McGraw-Hill، 2008
- کتابچه راهنمای قدرت سیالات صنعتی، Esposito، AS، Delmar Cengage Learning، 2010
- پمپ های گریز از مرکز و دوار: اصول و کاربردها، Garay، LN، CRC Press، 2006
- مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی کاربران پمپ 2021، موسسه هیدرولیک، 2021
- فشار بخار سیال و کاویتاسیون، مقاله فنی TP-15، انجمن تولیدکنندگان دنده آمریکا، 2019
