تبلیغات
وبسایت مهندسین مكانیك ایران - اثرات کاویتاسیون

وبسایت مهندسین مكانیك ایران
 
IRANIAN WEBSITE OF MECHANICAL ENGINEERS‏

 

اثرات کاویتاسیون

 

 -متلاشی شدن حباب ها:

متلاشی شدن حباب های کاویتاسیون ممکن است فشاری به بزرگی 100 اتمسفر را ایجاد کنند نیروهای با این بزرگی میتوانند باعث تغییر شکل پلاستیکی در بسیاری از فلزات شوند.خسارت حبابی ناشی از تاثیر هم زمان خوردگی و تنش های مکانیکی است و بدین ترتیب متلاشی شدن حباب های بخار پوسته های سطحی محافظ را از بین میبرد شکل 1 این موضوع را به صورت شماتیکی نشان داده است.

مراحل طی این پدیده به صورت زیر است.

1-        روی پوسته محافظ حباب تشکیل میشود.

2-        حباب ترکیده و پوسته را از بین میبرد.

3-        سطح جدید فلز در معرض محیط خورنده قرار میگیرند و پوسته محافظ مجددا تشکیل میشود.

4-        در همان محل یک حباب دیگر تشکیل میگردد.

5-        حباب ترکیده و پوسته را از بین میبرد.

6-        سطح جدید فلز در معرض محیط خورنده قرار میگیرد و پوسته محافظ مجددا تشکیل میشود.

تکرار این عمل منجر به ایجاد حفره های عمیق میشود و میزان خوردگی افزایش میابد.

 

-قابلیت کاویتاسیونی :

برای مشخص کردن قابلیت کاویتاسیون سیستم در سیال در حال جریان از پارامتر کاویتاسیون استفاده میشود این پارامتر به صورت زیر تعریف میشود.

(P-Pv)/(PV^2/2)

که در آن P برابر فشار مطلق وPv برابر فشار بخار مایع وp چگالی مایعV و برابر سرعت مرجع یا سرعت غیر همگن میباشد.پارامتر کاویتاسیون شکلی از ضریب فشار است. در دو سیستم مشابه هندسی باید مایل به کاویتاسیون یا درجه کاویتاسیون ایجاد شده برای مقادیر یکسان دلتا برابر باشد. وقتی دلتا مساوی صفر است فشار مایع به فشار بخار رسیده و جوشیدن اتفاق می افتد. ضریب دلتا مشخص کننده ظرفیت مکش حد اکثر در نقطه بهره برداری است.شکی دیگر ضریب به صورت روبه رو است.

Delta=H-hv/h=[(Ha-Hl)HV]/H=NpsH/H

 

کهHa فشار هوا وHl فشار بخار آب وH هد کل تامینی توسط پمپ میباشد.

این فرمول نتیجه تحلیلی معادله برنولی است به طوری اگر معادله مذکور را ( با صرفه نظر کردن از افت در لوله ها بین نقطه 1 و مخزن) بین قسمت خروجی نقطه 2 و سطح آزاد آب بنویسم داریم:

H=[P2-P1]/Pg=H2-H1

P2/Pg-V2/2g+hs=Pa/Pg-0-0

 

اگر در معادله برنولی بالا طرفین را برH ارتفاع نظیر (انرژی کل داده شده از طرف پمپ به سیال) تقسیم کنیم خواهیم داشت:

V2/2g=Pa/Pg-Pv/Pg-hs

V2/2g=[Pa/Pg-Pu/Pg-hs]/H

 

و اگر به جایHs در معادله فوقHl (هد مکش پمپ) قرار دهیم معادله زیر بدست می آید:

Delta=V2/2gh=[Ha-h1-Hu]/H=npsh/H

 

 

 -مشخصه کاویتاسیونی:

فاکتورHs-Hl-Hv  را ارتفاع کلی مکش (NPSH) میگویند که مقدار آن بیش تر از ارتفاع فشار  بخار مایع یا ماکسیمم فشار نقطه 2 میباشد.باید در نظر داشت که حداکثر سرعت دورانی پمپ ها بوسیله ارتفاع مکش مثبت تعیین میشود.البته ضریب دلتا یک اندازه بحرانی هم دارد که آنرا با نماد دلتاc نمایش میدهند.

دلتای مقدار بحرانی موقعی بدست می آید که کاویتاسیون تقریبا شروع میشود.و این مقدار توسط آزمایش های عملی حاصل میشود.کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که ضریب کمتر از دلتای بحرانی باشد و لذا کنترل این پدیده میتواند توسط این پارامتر صورت پذیرد.لذا بایستی عدد کاویتاسیون کمتر از مقدار بحران تعیین شده نباشد.اگر فرمول فوق را بر حسبHl مرتب کنیم به معادله زیر میرسیم:

H1=Ha-Hv-MH

 

 

اگر به جای دلتا مقدار بحرانی آنرا قرار دهیم آنگاه میتوانیم ماکسیمم هد مکشی را تعیین کنیم.

H1=mu-hv-H*delta

 

با توجه به فرمول روبرو میتوان دریافت که هد مکشی فقط میتواند در محدوده ای تغییر کند.وجود این محدودیت خود از موارد نامطلوب در طراحی است.کاویتاسیون تابع سرعت مخصوص و راندمان و تعداد پره ها نیز است چنان چه میدانیم سرعت دورانی مخصوص به نحوی تعریف شده است که کلیه ابعاد هندسی چرخ توربو ماشین خیالی با پمپ مفروض مشابه باشد.به شرطی که به جای آب دهی Qو ارتفاع آب رسانیH پمپ مذکر قادر باشد دبی 1 متر مکعب بر ثانیه را به ارتفاع 1 متر بالا ببرد.که بایستی به محور آن پمپ بدهیم.برابر 1000 کیلو گرم متر بر ثانیه باشد.انگاه سرعت دورانی آن سرعت دورانی مخصوص است سرعت دورانی مخصوص یا با معلوم بودن مقادیرQ وH وN توسط فرمول زیر بدست می آید.و یا میتوان از طریق دیاگرام شکل 4 مقدار آنرا بدست آورد.

 

Ns=N=Q^.5/H^(3/4)

 

مقدارQ با سرعت دورانی متناسب است و قدرتی که توسط محور پمپ جذب میشود نیز با توان سوم سرعت دورانی متناسب میباشد بنابر این تعیین سرعت دورانی اپتیمم از این جهت حائز اهمیت است.

حال با این مقدمه مقدار بحرانی تعیین شده که توسط آزمایش تجربی صورت گرفته را میتوان برابر با معادله زیر در نظر گرفت:

Delta c=1.042*10^-3(Ns)^4/3

 

در واقع میتوان نتیجه گرفت که پارامتر کاویتاسیون با سرعت مخصوص پمپ رابطه مستقیم دارد.

 

 

 

 

 

پمپ های محوری پمپ هایی هستند که دبی زیاد را در هد های کم انتقال میدهند یعنی سرعت مخصوص زیاد دارند. لذا چنین استنباط میشود که پارامتر کاویتاسیون آنها تا حدودی از پارامتر کاویتاسیون انواع دیگر پمپ ها بیشتر باشد و خطر کاویتاسیون آنها به مرتب بیشتر باشد.

 -بررسی کاویتاسیون در عملکرد پمپ های محوری:

طراحی برای بهترین عملکرد در یک طبقه بندی باید تحت یک بررسی هایی که روی منحنی های دبی با توان و هد و راندمان صورت میگیرد.

منحنی هایی که رابطه هد تامینی و توان و راندمان پمپ را با دبی نشان میدهد بسیار حایز اهمیت هستند (شکلهای 5 و 6) زیرا این منحنی ها اطلاعات مفیدی را راجع به عملکرد بهینه پمپ ارائه میدهند.کاربرد پارامتر های اصلی پمپ به این جهت حائز اهمیت است که ماکسیمم راندمان فقط وقتی مطرح میشود که پارامتر ها اپتیمم مقدار خود را داشته باشند و پمپ میبایست در سرعت طراحی که روی خط طراحی شده قرار گرفته کار کند.

 

 

 

 

 -بحث روی منحنی های دبی نسبت به هد و توان خروجی و راندمان :

بهترین راندمان هیدرولیکی  در سرعت های مخصوص بالا بدست می آید و افت راندمان در آن سرعت های بالا عمدتا در قسمت های ورودی پمپ بوجود می آید.پمپ هایی که دبی زیاد را در هد کم انتقال میدهند (مانند پمپ محوری)  دارای سرعت مخصوص بالا خواهد بود و لذا اینگونه پمپ ها راندمان بیشتری نسبت به انواع دیگر پمپ ها خواهند  داشت.

 

آزمایش های مختلف نشان میدهند که همیشه برای یک سرعت مخصوص یک نوع پمپ معین وجود دارد که داری بهترین بازده است یا به عبارت دیگر برای داشتن بهترین مشخصات تجربی پمپ یک دبی معین روی خطDesign Condition وجود د ارد از طریق دبی مذکور میتوان توسط دیاگرام شکل 4  سرعت مخصوص پمپ را بدست آوریم.نتایج حاصل از آزمایش ها ی تجربی که روی پمپ محوری صورت گرفته حاکی از آن است که با افزایش دبی هد تامینی رفته رفته کاهش مییابد ولی کاهش یا افزایش توان خروجی منظم نیست و چنانچه روی منحنی های مربوطه نشان داده شده است دبی اپتیمم روی خطDesign Condition قرار دارد و در بررسی های بعدی ملاحظه می کنیم که با افزایش درجه پروانه پمپ (مثلا از 15 درجه به 22 و به 29 درجه ) دبی اپتیمم در دبی های بالا بدست می آید نتیجه ای که از  این آزمایش تجربی میگیریم این است که سرعت مخصوص اپتیمم نیز با افزایش درجه پروانه پمپ افزایش خواهد داشت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

روش های مطالعه آثار کاویتاسیون در پمپ

 

در این قسمت سه روش که برای مطالعه کاویتاسیون وجود دارد را ذکر میکنیم

1-مشاهده غیر مستقیم توسط تعیین اثر کاویتاسیون در کارایی پمپ بر حسب افت هد یا افت در راندمان.

2- مشاهده مستقیم توسط ابزار دیداری و عکسبرداری(در این روش مطالعه به وسایل پیچیده فوتوگرافیکی نیاز است.)

3- مشاهده غیر مستقیم توسط اندازه گیری صدای تولید شده توسط کاویتاسیون در یک پمپ.(صدا در یک پمپ نوسانات فشار سکون در یک نقطه است.)

مطالعات نشان میدهد که با شدت گرفتن کاویتاسیون صدا ها با فرکانس بالا تولید میشود بنابر این وجود کاویتاسیون با اندازه گیری چنین صداهایی قابل تشخیص است.که در شکل 8 و 9 قابل تشخیص است.

برای اندازه گیری کارکرد پمپ ها در قبال کاویتاسیون تجهیزات ویژه مورد نیاز است.این تجهیزات عبارتند از :

{مخزن آب مناسب و با کیفیت مخصوص و فراهم نمودن انرژی مکانیکی لازم پمپ و اندازه گیری آن} و {تجهیزات لازم برای اندازه گیری لزجت جریان و مقدار فشار مکش پمپ و اندازه دما}و{بعضی وسایل مخصوص برای اندازه گیری صدا مثل دستگاه نشان داده شده در شکل8 }

 

 

 

شکل 10 تجهیزات مختلف یک دستگاه اندازه گیری را نشان میدهد که بوسیله آن مطالعه کاویتاسیون به روش غیر مستقیم میسر میشود.

 

 

 

 

 

 

اندازه گیری افت ناشی از پدیده کاویتاسیون

 

آزمایش های گوناگون نشان میدهد که پمپ در اثر پدیده کاویتاسیون مواجه با افت 1% در بازده  و 3% در هد تامینی خواهد بود. البته اندازه گیری این 2 کمیت نیاز به تجهیزات دقیق دارد.ضمنا اینگونه آزمایش ها که کالیبراسیون مداوم و مرتب نیاز دارد.بنابر این ضروری است که استاندارد های داخلی کالیبراسیون و سرویس های آزمایشگاهی را برای انجام کالیبراسیون به خدمت بگیریم.

 

 

 

 

نتیجه گیری کلی این مباحث عبارت است از :

1-        در اثر پدیده کاویتاسیون به دنبال 3% افت در هد 1% افت در راندمان خواهیم داشت.

2-        با افزایش Npsh  شیب منحنی(Npsh )تا حدی تند بوده ولی ا ز یک حد به بعد شیب منحنی مذکور حالت ملایم به خود میگیرد و اکثرا محدودیت در تغییرات دیده میشود.





طبقه بندی: حرارت و سیالات،  هیدرولیك وپنوماتیك، 
برچسب ها: اثرات کاویتاسیون،  
نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 5 اسفند 1389 توسط محمد محمل زاده
تمامی حقوق این سایت محفوظ است
قالب وبلاگ