رفتن به مطلب

پست های پیشنهاد شده

1228318-b.jpg

 

کاویتاسیون:

 

کاویتاسیون را می توان رفتار خلل و حباب هایی دانست که در سیال بوجود می آیند. از نظر رفتاری کاویتاسیون را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:

 

کاویتاسیون غیر فعال (گذرا)

کاویتاسیون فعال

 

کاویتاسیون غیرفعال: فرایندی است که یک خلل یا حباب در سیال به سرعت از بین می رود و یک موج ضربه بوجود می آورد. این نوع کاویتاسیون اغلب در پمپ ها، پروانه های کشتی، پروانه های موتور و در بافت های آوندی گیاهان رخ می دهد. (شکل6- اثر مخرب کاویتاسیون)

 

کاویتاسیون غیر فعال ابتدا در اواخر قرن نوزدهم توسط Lord Rayleigh وقتی از بین رفتن یک خلل کره ای را در یک سیال مشاهده نمود، بررسی شد. وقتی یک حجم مایع در معرض یک فشار کم کارامدی قرار می گیرد، مایع می ترکد و یک حفره تشکیل می دهد. این پدیده آغاز کاویتاسیون نامیده می شود و می تواند در پشت تیغه یک ملخ یا پروانه که به سرعت می چرخد یا هر سطح دیگری که در زیر آب با اندازه و شتاب کافی ارتعاش می کند، رخ دهد. چنین حباب کاویتاسیون با فشار کم درون مایع، به خاطر فشار بالاتر محیط از بین می رود. همانطور که حباب از بین می رود، فشار و دمای بخار درون آن افزایش می یابد. در نهایت حباب به کسر کوچکی از اندازه اصلی خود تبدیل می شود که در این نقطه گاز درون حباب به محیط مایع پراکنده شده و یک مقدار انرژی زیادی را به شکل موج ضربه صوتی و نور مرئی رها می سازد. در نقطه فروپاشی کلی دمای بخار درون حباب می تواند چندین هزار درجه کلوین و فشار آن چند صد اتمسفر باشد.

 

کاویتاسیون غیرفعال می تواند در حضور یک میدان صوتی نیز رخ دهد. حباب های گاز میکروسکوپی که عموما در یک مایع حضور دارند بدلیل بکار گرفتن میدان صوتی مجبور به نوسان می شوند. اگر چگالی صوتی به مقدار کافی بالا باشد، حباب ها ابتدا از لحاظ اندازه رشد می کنند و سپس به سرعت فروپاسیده می شوند. بنابراین کاویتاسیون غیر فعال حتی اگر کاهش فشار مایع برای خلل مشابه مشاهده Rayleigh کافی نباشد، می تواند رخ دهد. حمام های فراصوتی معمولا از کاویتاسیون غیرفعال حباب های گاز میکروسکپی برای فرسایش چرک از مواد استفاده می کنند.

 

عمل کاویتاسیون بسیار شبیه به جوشش می باشد. اما تفاوتی که بین این دو فرایند وجود دارد بصورت زیر است. جوشش وقتی رخ می دهد که انرژی مایع به حدی برسد که بر فشار محیط غلبه کند و به عبارتی افزایش فشار دارد. اما در کاویتاسیون مایع افت فشار را تا حدی ادامه می دهد تا به فشار اشباع رسیده و شروع به تبخیر نماید.

 

کاویتاسیون فعال: فرایندی است که حباب های کوچک در یک مایع به نوسان در حضور یک میدان صوتی، وقتی شدت میدان صوتی برای فروپاشی کلی حباب ناکافی باشد، واداشته می شوند. این شکل از کاویتاسیون فرسایش بسیار کمتری نسبت به کاویتاسیون غیرفعال را سبب می شود و اغلب برای پاک کردن مواد ظریف مانند قطعات پنجره ای سیلیکون استفاده می شوند.

 

معایب کاویتاسیون در برخورد حباب های کوچک شده با دمای بسیار بالا و دارای موج ضربه با سطوحی مانند پروانه کشتی و پمپ ها می باشد.

 

کاویتاسیون :

صدای زیادی تولید می کند

اجزاء را تخریب می کند

ارتعاشات تولید می نماید

راندمان را کاهش می دهد.

 

مزایا:

با وجود آنکه کاویتاسیون در بسیاری از محیط ها مطلوب نمی باشد، اما همیشه بدین صورت نیست. از کاویتاسیون نیز می توان سود برد. به عنوان مثال از کاویتاسیون در ابزارهای پاک کننده فراصوتی استفاده می شود. این ابزارها کاویتاسیون را با امواج صوتی تولید کرده و از فروپاشی حباب ها برای تمییز کردن سطوح بهره می گیرند. این کاربرد مفید نیاز به مواد شیمیایی مضر را در برخی موارد از بین می برند. همچنین از کاویتاسیون در برخی مایعات برای هموژنیزه کردن استفاده می کنند. و در نهایت در تصفیه و خالص سازی آب نیز می توان از کاویتاسیون بهره برد.

 

کاویتاسیون در پمپ ها و پروانه ها:

بیشترین جایی که کاویتاسیون رخ می دهد در پمپ ها، روی پروانه های کشتی می باشد.

 

همانطور که یک تیغه پروانه در یک پمپ یا پروانه کشتی یا زیردریایی در سیال حرکت می کند فشار در اطراف آن تیغه کاهش می یابد. با افزایش سرعت تیغه این کاهش فشار به جایی می رسد که فشار تبخیر سیال تامین می شود. در این حالت سیال تبخیر شده و حباب تشکیل می شود. حال کاویتاسیون رخ داده است. وقتی این حباب ها فروپاشی می شوند، امواج ضربه قوی در سیال بوجود می آید که قابل شنیدن است و حتی تیغه ها را از بین می برد. کاویتاسیون در پمپ ها به دو صورت رخ می دهد:

 

کاویتاسیون در مکش:

 

این کاویتاسیون بدلیل فشار کم در مکش رخ می دهد که سبب ایجاد حباب در ورودی پروانه پمپ گشته و تا خروجی پمپ ادامه می یابد. در خروجی بدلیل فشار زیاد سیال خروجی این حباب ها از بین می روند. در پمپ هایی که تحت این نوع کاویتاسیون عمل می کنند، مقدار زیادی از سطح پروانه ها از بین رفته و در نتیجه پمپ بطور ناگهانی از کار می افتد.

 

کاویتاسیون در خروجی:

 

در این نوع کاویتاسیون فشار خروجی پمپ بسیار بالا است و این بدلیل کار کردن پمپ در کمتر از 10 درصد راندمان آن می باشد. فشار خروجی بالا سبب برقراری یک چرخه از سیال درون پمپ می شود تا اینکه آن سیال را به جریان وادار سازد. همانطور که سیال در اطراف پروانه جریان می یابد در اثر سرعت سیال خلا ایجاد شده و حباب تشکیل می شود. در نتیجه کاویتاسیون موجب بروز اثرات مخرب در پمپ می گردد. این اثرات عبارتند از: از بین رفتن تیغه ها، از کار افتادگی کامل یاتاقان ها و آب بندهای پمپ تحت فشارهای بالا، در شرایط بحرانی تر می تواند محور پروانه را بشکند.

 

نتیجه گیری:

در راه اندازی پمپ های گریز از مرکز حتما باید به این نکته توجه داشت که لوله و پمپ از آب پر باشند، زیرا که این پمپ ها بدلیل ایجاد مکش نمی توانند هوای باقی مانده در لوله را پمپ نمایند. بهمین دلیل همیشه در راه اندازی شیر خروجی بسته است و شیر ورودی باز می ماند. از طرف دیگر آمپر راه اندازی پمپ کاهش می یابد و در نتیجه به موتور آسیبی نمی رسد.

در پمپ های گریز از مرکز اگر پمپ کردن دبی بیشتر از سیال مورد نظر باشد، از پمپ های نوع جریان شعاعی بهره میگیریم.

در پمپ های گریز از مرکز اگر فشار سیال دارای اهمیت باشد، از پمپ های محوری کمک می گیریم.

تیغه های منحنی شکل در درون پروانه پمپ راندمان بالاتری از تیغه های کاملا صاف و شعاعی دارند.

نابالانسی در پمپ های گریز از مرکز به هر دلیلی که رخ دهد می تواند باعث آسیب رساندن به پمپ و مخصوصا روتور و قطعات سوار شده بر روی آن گردد.

در پمپ ها از بروز کاویتاسیون باید جلوگیری نمود که این کار را می توان با روش های مذکور انجام داد:

دور کردن خم ها و شیرها از محل ورودی پمپ تا میزان تجربی حداقل 3 برابر قطر لوله

جلوگیری از پائین آوردن میزان کار پمپ تا کمتر از 10 درصد راندمان آن تا از ایجاد فشار بیش از اندازه در محلی بعد از پروانه پمپ جلوگیری شده و احتمال بروز خلاء و در نتیجه کاویتاسیون کم شود.

در نظر گرفتن قطر مناسب لوله ورودی تا از افت فشار در قبل از ورودی پمپ و در نتیجه بروز خلاء و کاویتاسیون اجتناب نمود.

از کاویتاسیون می توان در جهت بهره گرفتن از آن استفاده نمود و نیاز به مواد شیمیایی مضر را در برخی موارد حذف نمود.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

تصاویری از پدیده کاویتاسیون

 

centrifugalpumps14b.gif

 

prop_cav.gif

 

pumpCutaway_01.jpg

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...