پروژه بررسی عملکرد انواع پمپ و کمپرسور



موضوع تحقیق:
بررسی عملکرد انواع پمپ و کمپرسور

فهرست مطالب:
فصل اول
مقدمه ای بر پمپاژ و انواع پمپ ها
هدف از به کارگیری پمپها
دسته بندی پمپها
الف : پمپهای جابجایی مثبت
ب : پمپهای گریز ار مرکز
دبی
ارتفاع ( Head )
ارتفاع استاتیکی
ارتفاع اصطکاکی
از دست رفت ناشی از ورود و خروج مایع
ارتفاع سرعتی
منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز
دسته بندی منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز
دسته بندی منحنی های توان مصرفی
توان مصرفی
فصل دوم
تئوری عملکرد پمپهای گریز از مرکز
منحنی مشخصه ( H – Q ) پمپهای گریز از مرکز در شرایط ایده آل
از دست رفت ارتفاع در پمپ های گریز از مرکز
از دست رفت ناشی از اصطکاک
از دست رفت ناشی از جریان گردابی
جریان گردشی
نقطه بهترین راندمان
تاثیر ویژگیهای پروانه بر روی شکل ظاهری منحنی مشخصه پمپ
راندمان پمپ
یاتا قانها
یاتاقانهای لغزشی
یاتاقانهای غلتشی
بررسی معایب یاتاقانهای لغزشی نسبت به غلتشی
بررسی علل خرابی یاتاقانهای لغزشی
مزایای عمده یاتاقانهای غلتشی
معایب یاتاقانها غلتشی
روانکاری یاتاقانهای غلتشی
معایب ناشی از روغنکاری نامناسب
مزایای گریس
معایب گریس کاری
مزایای عمده روانکاری با روغن
معایب روغن
دسته بندی پمپ ها
فصل سوم
دسته بندی پمپ های گریز از مرکز
اجزای تشکیل دهنده الکتروپمپ گریز از مرکز
مزایا و معایب پمپ گریز از مرکز
نابالانسی در پمپ های گریز از مرکز
فصل چهارم
پروانه ها
انواع مختلف شیرها
شیرهای صنعتی
پمپ ها
اساس کار توربو پمپ ها
تقسیم بندی توربوپمپ ها
پمپهای گریز از مرکز (سانتریفوژ)
اساس کار پمپهای جابجایی مثبت
مشخصات اصلی پمپهای رفت و آمدی
کمپرسور ها
تقسیم بندی کلی کمپرسورها وتفاوتهای عمده آنها
کاربردهای کمپرسورها
کمپرسورهای رفت وبرگشتی
کمپرسور های گریز از مرکز یا سانتریفوژ
فصل پنجم
سرعت مخصوص و کاربرهای آن
مشخصات اصلی پمپ های رفت و آمدی
پمپ های گردشی
انواع پمپ های گردشی
توربو پمپ ها
تقسیم بندی توربو پمپ ها
مشخصات اصلی توربو پمپ ها
معرفی اصطلاحات
فصل ششم
کاویتاسیون
عوامل موثر در ایجاد کاویتاسیون :
انواع کاویتاسیون
کاویتاسیون خنثی
کاویتاسیون غیر خنثی ( موثر )
مشکلات
کاربردهای مفید کاویتاسیون
کاربرد زیست پزشکی
انواع کاویتاسیون در پمپ ها
کاویتاسیون در موتورها
گیاهان آوندی
موارد مهم دیگر راجع به کاویتاسیون
بازنگری
درجه بندی کاویتاسیون
اصل کاویتاسیون
تاثیر گازهای محلول
اثرات کاویتاسیون بر فیلد جریان
صدمات ناشی از کاویتاسیون
کاویتاسیون جزئی و ارتباط آن با فرسایش
کاویتاسیون پیشرفته
تسهیلات و تکنیکهای بررسی کاویتاسیون
لوپهای آزمایش پمپ ها و توربین ها
تسهیلات آزمایش فرسایش کاویتاسیون
کاویتاسیون در عمق
آزاد سازی انرژی
انواع کاویتاسیون در پمپهای سانتریفوژ
مکشی و دهشی ( تخلیه ای )
کاویتاسیون چرخشی مکشی
کاویتاسیون چرخشی دهشی ( تخلیه ای )
کاویتاسیون اولیه
تعریف کاویتاسیون اولیه
عبور پره ها از سندرم کاویتاسیون
افزایش فرسایش شیمیایی در اثر کاویتاسیون
انتخاب مواد ( جنس تجهیزات مقاوم به کاویتاسیون )
عوامل موثر در انتخاب مواد مقاوم نسبت به کاویتاسیون
پایداری مواد
تشخیص کاویتاسیون به وسیله صدا
تشخیص کاویتاسیون
سطوح عمومی صدا
جلو گیری از کاویتاسیون

فصل اول
مقدمه ای بر پمپاژ و انواع پمپ ها
هدف از به کارگیری پمپها
پمپ به ماشینی اطلاق می شود که از آن برای جابجایی سیالات تراکم ناپذیر نظیر مایعات استفاده می شود و پمپاژ عبارت است از افزایش انرژی پتانسیل مایعات جهت انتقال آن از نقطه ای به نقطه دیگر ، افزایش فشار مایعات در فرآیند پمپاژ ، می تواند به دلایل زیر باشد :
الف : غلبه بر اصطکاک موجود در سیستم ( شبکه های آب رسانی شهری )
ب : غلبه بر مقاومت موجود در مقابل جریان مایع ( پمپ تغذیه دیگ بخار )
ج : ذخیره سازی مایعات در سطح انرژی پتانسیل ( ارتفاع یا فشار ) بالاتر ( منابع هوایی آب )
د : انجام کار مکانیکی ( سیستم های هیدرولیک )
دسته بندی پمپها
پمپها بر حسب مکانیزم عملکرد آن به دو دسته تقسیم می شوند :
الف : پمپهای جابجایی مثبت
در پمپهای جابجایی مثبت ، مقدار معینی از مایع در لای دو قطعه گیر انداخته شده و سپس با جابجایی قطعه ( یا قطعات ) متحرک پمپ ، مایع مورد پمپاژ تحت فشار خروجی از پمپ به خارج رانده می شود . در این پمپها ، لقی بین قطعات متحرک و پوسته بسیار ناچیز بوده و لذا جابجایی مایع در جهت روبه جلو صورت می پذیرد . پمپهای جابجایی مثبت خود به دو دسته تقسیم می شوند:
الف : تناوبی Reciprocating
ب : دورانی Rotary
به کارگیری پمپهای جابجایی جنبه عمومی نداشته و فقط در شرایط ویژه ای مورد استفاده قرار می گیرند . به عنوان مثال در مواقعی که فشار خروجی بالا مورد نظر بوده و یا اینکه مایع مورد جابجایی دارای ویسکوزیته زیاد باشد ، ترجیح داده می شود که ازپمپهای دورانی استفاده شود . از سوی دیگر به علت حساسیت شدید دبی جریان در پمپهای گریز از مرکز به ارتفاع کلی موجود در سیستم ، در مواردی که ثبات نسبی دبی در سیستم مورد نظر باشد ، به علت تغییرات اندک دبی جریان در پمپهای جابجایی مثبت و عدم وابستگی نسبی آن به فشار سیستم ، ترجیحا ً باید از پمپهای جابجایی مثبت استفاده شود .
ب : پمپهای گریز ار مرکز
به علت ویژگی های مطلوب پمپهای گریز از مرکز ، امروزه بیش از 60 % پمپهای مورد استفاده در دنیا از نوع گریز از مرکز می باشند . پمپهای گریز از مرکز جزء ماشین های جنبشی بوده ، چرا که در اثر حرکت دورانی پروانه انرژی جنبشی مایع به طور عمده و انرژی پتانسیل آن به طور جزئی افزایش یافته ، آنگاه بخش اعظمی از انرژی جنبشی اعمال شده در یک مجرای گشاد شونده به نام حلزونی به انرژی پتانسیل تبدیل می شود . از آنجایی که انرژی داده شده به مایع به سرعت آن بستگی دارد ، لذا افزایش انرژی پتانسیل مایع ، با دبی آن تغییر می کند . بر همین اساس ، عملکرد پمپها با منحنی مشخصه آن که معرف تغییرات دبی در مقابل مقاومت موجود در سیستم فشار یا ارتفاع می باشد ، نشان داده می شود .
همانطوری که از شکل فوق پیداست ، دبی پمپهای گریز از مرکز در مقابل تغییرات مقاومت موجود در سیستم بشدت تغییر نموده و بر همین اساس می توان ظرفیت آن را با تغییر مقاومت در سیستم کنترل کرد . حال آنکه دبی پمپهای جابجایی مثبت تقریبا ً ثابت بوده و هر چند که ظرفیت آن را نمی توان با تغییر مقاومت در سیستم تغییر داد ، ولی در عوض ویژگی فوق اجازه می دهد تا در مواردی که لازم باشد ، سیستم پمپاژ با ظرفیت تقریبا ً ثابت کارکرده و با تغییر شرایط موجود در سیستم ، دبی پمپ تغییر چندانی نکند ، پمپهای جابجایی مثبت ( به ویژه پمپهای دیافراگمی ) انتخاب مناسبی می باشند .
پمپهای گریز از مرکز را می توان از نظر مکانیکی ماشینی ساده و از نظر هیرولیکی ماشین پیچیده ای دانست که از قسمتهایی نظیر پروانه که در داخل پوسته یا پیچک می چرخد ، سیستم آب بند کننده یا طاقانها و شافت تشکیل شده است .
گشتاور داده شده به شافت از طریق تیغه های پروانه به مایع مورد پمپاژ منتقل شده و باعث افزایش سرعت مایع می گردد . ولی از آنجایی که هدف از به کارگیریب پمپها ، افزایش فشار معایعات است و نه سرعت آن ، بنابراین لازم است که حتی الامکان ، انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل شود . این امر در یک مجرای گشاد شونده به نام حلزونی صورت می پذیرد . در شکل ( 2-1 ) تغییرات سرعت مطلق مایع در مسیر جریان از درون پوسته پمپ ( از دهانه مکش تا دهانه خروجی ) نشان داده شده است .
مایع مورد پمپاژ با سرعت کم و تحت تاثیر فشار مکش ( عموما ً فشار جو ) وارد پروانه شده و با چرخش پروانه ، شتاب ، سرعت و تا حدودی فشار آن افزایش می یابد ، به نحوی که در قسمت لبه تیغه ها سرعت آن به حداکثر خود رسیده و بعد از خروج از پروانه ، وارد پوسته شده و به تدریج سرعت آن کاهش و فشار آن افزایش می یابد . هرچند که راندمان پمپهای گریز از مرکز از پمپهای جابجایی مثبت کمتر می باشد ولی پایین بودن قیمت اولیه آن عیب فوق را می پوشاند . در بعضی از پمپهای جابجایی مثبت ( به ویژه پمپهای تناوبی ) مایع خروجی از پمپ دارای ضربان است ، ولی مایع خروجی از پمپهای گریز از مرکز دارای جریان پیوسته و یکنواخت بوده و فاقد ضربان می باشد .
در طی 80 سال گذشته دامنه بهره برداری از پمپهای گریز از مرکز چه از نظر فشار و چه از لحاظ دبی قابل دسترس ، گسترش وسیعی پیدا نموده است . بزرگترین پمپ گریز از مرکز با دبی 417600متر مکعب در ساعت با ارتفاع 387 متر و توان مصرفی 410 مگاوات در آمریکا در حال بهره برداری می باشد . در یک ایستگاه فضایی واقع در سیاتل آمریکا از یک پمپ گریز از مرکز با دبی 3400 متر مکعب در ساعت با ارتفاع 56700 متر جهت تامین سوخت مورد استفاده قرار می گیرد . این پمپ با سرعت دورانی 37000 دور در دقیقه و توان مصرفی 52 مگاوات در حال بهره برداری است . هر چند که دامنه به کار گیری پمپهای گریز از مرکز در زمینه ظرفیت بسیار وسیع می باشد ولی نامحدود نیست . در یک جمع بندی کلی پمپهای گریز از مرکز برای دبی زیاد و ارتفاع کم تا زیاد و پمپهای جابجایی مثبت برای دبی کم و ارتفاع زیاد مناسب می باشند .
دبی
بنابر تعریف مقدار حجمی از مایع که در واحد زمان توسط پمپها جابجا می شود را دبی یا ظرفیت پمپ می نامند . دبی پمپ که عموما ً با Q نشان داده می شود ، دارای واحد های مختلفی بوده که عمده ترین آنها عبارت است از متر مکعب در ساعت ، متر مکعب در ثانیه ، لیتر در ثانیه و گالن در دقیقه ( GPM ) . در جدول تبدیل واحدهای ظرفیت به یکدیگر ارائه شده است .
ارتفاع ( Head )
سازندگان پمپهای گریز از مرکز همواره علاقه مندند که منحنی مشخصه پمپها را طوری تهیه و در اختیار خریداران قرار دهند که به خواص فیزیکی مایع مورد پمپاژ ( به ویژه وزن مخصوص ) بستگی نداشته باشد . برای این منظور بجای استفاده از فشار ، از اصطلاحی به نام ارتفاع استفاده می شود .
در پمپهای گریز از مرکز ، در صورت ثابت بودن قطر و سرعت دورانی پروانه ، مقدار انرژی که به واحد وزن مایع داده می شود ، مقداری ثابت بوده و مستقل از وزن مخصوص آن می باشد . به همین خاطر ، در بیان عملکرد پمپهای گریز از مرکز ، منحنی مشخصه آن به صورت منحنی H- Q ( دبی – ارتفاع ) ارائه می گردد . فرض می شود که ستونی از آب سرد ( با وزن مخصوص واحد ) ساخته شود . برای اعمال یک بار فشار ، ستون فوق باید حدود 2/10 متر ارتفاع داشته باشد . بدیهی است که اگر وزن مخصوص مایع از آب بیشتر باشد ، ارتفاع فوق کاهش می یابد ( و بر عکس ) . برای تبدیل فشار به ارتفاع برای مایعی با وزن مخصوص SG می توان از رابطه مربوط به آن استفاده کرد .
لازم به ذکر است که منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز ( منحنی H – Q ) عموما ً برای آب تهیه می شود . هر چند که منحنی فوق به وزن مخصوص مایع مربوط نمی باشد ولی با توجه به تاثیر ویسکوزیته بر روی عملکرد دینامیکی پمپهای گریز از مرکز منحنی مشخصه ارائه شده برای مایعاتی با ویسکوزیته بیشتر از ویسکوزیته آب صادق نبوده و فقط در نقطه Q = 0 ( shut off point ) که سیستم حالت استاتیکی دارد ارتفاع قابل دسترس برای مایعات مختلف یکسان می باشد ، ولی در سایر مقادیر دبی ، به لحاظ عملکرد دینامیکی پمپ ، منحنی مشخصه آن با منحنی مشخصه پمپ در حالت انتقال آب مغایرت داشته و در این صورت کارائی پمپ کاهش یافته که به طور مفصل در بخش های بعدی مورد اشاره قرار خواهد گرفت .
با توجه به موارد فوق می توان نتیجه گرفت :
1 – منحنی مشخصه H – Q هر پمپ گریز از مرکز با قطر و سرعت دورانی ثابت ، برای تمامی مایعات مستقل از وزن مخصوص آن می باشد .
2 – در صورت مغایرت ویسکوزیته مایع مورد پمپاژ با ویسکوزیته آب ، منحنی مشخصه پمپ دارای شکل نزولی خواهد بود ( در Q ≠ 0 به ازاء دبی ثابت ، پمپ برای مایعات با ویسکوزیته بیشتر ، ارتفاع کمتری را اعمال می کند . )
فرض می شود که پمپی باید فشاری برابر با 9/6 بار ( psi 100 ) را در قسمت دهش اعمال نماید . اگر سیال مورد پمپاژ آب باشد ، ارتفاع خروجی پمپ معادل 4/70 متر ( 261 فوت ) بوده ، ندر صورتی که برای ایجاد فشار فوق توسط آب نمک با وزن مخصوص 2/1 ، ارتفاع ستون به 8/58 متر ( 193 فوت ) کاهش می یابد . در عوض همین فشار با ستونی به ارتفاع 96 متر ( 308 فوت ) توسط نفت سفید ( با وزن مخصوص 75/0 ) ایجاد می شود .
ارتفاع سیستم System Head ارتفاع کلی هر سیستم شامل اجزاء زیر می باشد :
1 – ارتفاع استاتیکی
2 – ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین منبع مکش و دهش
3 – ارتفاع اصطکاکی
4 – از دست رفت ارتفاع ناشی از ورود و خروج مایع به درون لوله
5 – ارتفاع سرعتی
ارتفاع استاتیکی
ارتفاع استاتیکی ، همان اختلاف ارتفاع سطح مایع در دو منبع و دهش سیستم پمپاژ می باشد .
ارتفاع استاتیکی خود از دو بخش تشکیل می گردد ، ارتفاع استاتیکی دهش و ارتفاع استاتیکی مکش . در چنین حالتی ، دهانه مکش پمپ به عنوان خط مرجع در نظر گرفته می شود .
اگر سطح مایع در منبع مکش پایین تر از پمپ قرار داشته باشد ، اصطلاحا ً Lift نامیده و اگر بالاتر از پمپ قرار گرفته باشد ، اصطلاحا ً آن را Head می نامند . از تفاع استاتیکی برابر است با :
( 2-1 )
Hst = Hsd ± H
H st = ارتفاع استاتیکی کل که در آن :
H sd = ارتفاع استاتیکی دهش
H ss = ارتفاع استاتیکی مکش
در حالت Lift علامت بین دو بخش مثبت و در حالت Head منفی در نظر گرفته می شود .
در مورد نحوه تاثیر گذاری Hs بر روی ارتفاع استاتیکی سیستم دو نظریه مختلف وجود دارد . برخی اعتقاد دارند که برای انتقال مایعبه منبع ، ارتفاع Hs نیز باید منظور گردد ولی از آنجایی که ارتفاع فوق در اثر پدیده سیفون قابل بازیابی می باشد ارتفاع فوق نباید در محاسبه استاتیکی کل منظور گردد .
اما بنظر می رسد که تصمیم گیری نهایی در این زمینه به شرایط سیستم انتقال مایع بستگی خواهد داشت . اگر ارتفاع استاتیکی سیستم و تاثیر آن بر روی عملکرد پمپ حالت تعیین کننده ای داشته باشد ، با توجه به اینکه به هر حال در زمان راه اندازی ، پمپ باید قادر باشد که مایع را به منبع برساند ، Hs باید در محاسبه ارتفاع استاتیکی منظور شود . هرچند که این امر باعث می شود تا بعد از راه اندازی پمپ ، ارتفاع استاتیکی واقعی سیستم در اثر بازیابی انرژی در اثر پدیده سیفون کاهش یافته و همین امر موجب افزایش دبی در سیستم انتقال مایع می گردد .
در سایر موارد که پمپ قابلیت لازم را در زمان راه اندازی جهت تامین ارتفاع Hs دارا می باشد ، بهتر است که مقدار آن را در محاسبه ارتفاع استاتیکی منظور نکرده و بدیهی است که دبی پمپ در هنگام شروع بهره برداری از مقدار مورد انتظار کمتر بوده ولی در مدت کوتاهی به لحاظ بازیابی انرژی داده شده به مایع ، به حالت عادی بر می گردد .
ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین منبع مکش و دهش
10.2 ( Pd ± Ps )
SG
اگر فشار ئر منبع مکش پمپ Ps و در منبع دهش پمپ Pd باشد ، ارتفاع ناشی از اختلاف فشار در دو منبع مکش و دهش ( Hp ) بر اساس رابطه ( 3-1 ) برابر است با :
Hp = ( 3-1 )
10.2 ( Pd ± Ps )
SG
از آنجایی که ارتفاع استاتیکی و ارتفاع ناشی از اختلاف فشار بین دو منبع مکش و دهش هر دو مستقل از دبی جریان می باشند ، لذا می توان جمع آن دو را ارتفاع استاتیکی کل منظور کرد . در این صورت ارتفاع استاتیکی کل برابر است با :
Hst = ( Hsd ± Hss ) + ( 4-1 )
ارتفاع اصطکاکی
ارتفاع اصطکاکی ، مقدار انرژی لازم برای غلبه بر اصطکاک موجود در لوله و اتصالات ( شیر ، زانوئی ، سه راهی و … ) می باشد که علامت Hd نشان داده می شود . مقدار Hd به عوامل متعددی نظیر دبی ، قطر لوله ، جنس لوله ، طول لوله ، تعداد اتصالات ، نوع اتصالات ، ویسکوزیته مایع ، وزن مخصوص مایع و … بستگی دارد . رابطه Hd با دبی به صورت زیر می باشد :
Hd = KQª
که در آن K مقداری ثابت بوده و به عوامل ذکر شده در بالا ( بجز دبی ) بستگی دارد . N تابعی از رژیم جریان مایع در سیستم بوده که به صورت زیر تعریف می شود :
جریان آشفته n = 1/85-2
N = جریان آرام
از دست رفت ناشی از ورود و خروج مایع
بجز در موارد خاص ، اغلب پمپها ، مایع مورد پمپاژ را از یک منبع ذخیره دریافت می کنند . در محل ورود مایع به درون لوله مکش ، همواره مقداری از دست رفت انرژی وجود داشته که آن را از دست رفت ناشی از ورود مایع به لوله ( Entrance Loss ) می نامند و مقدار آن به طراحی دهانه ورودی مایع به درون لوله بستگی داشته و با اصلاح آن می توان آن را کاهش داد .
به همین ترتیب ئر قسمت خروجی مایع از لوله دهش ، مقداری از انرژی مایع به هدر رفته که آن را از دست رفت خروجی می نامند . در قسمت خروجی ، مایع دارای سرعتی مانند V بوده و ارتفاع معادل با آن به هدر خواهد رفت . در بعضی از مراجع ترجیح می دهند که از دست رفت های ورودی و خروجی را جزء از دست رفت ناشی از اصطکاک منظور نمایند . البته بهتر است که جهت تعیین نقش آنها در از دست رفت انرژی در سیستم هر یک را به طور جداگانه محاسبه و در ارتفاع کل سیستم منظور نمود . در بعضی از طرحها سعی می شود که با استفاده از تبدیل مخروطی طولانی ، سرعت را به مقدار زیادی کاهش داده و از این طریق بخش اعظمی از انرژی را قبل از به هدر رفتن بازیابی کرد
ارتفاع سرعتی
V²
2g
ارتفاع سرعتی ، بیانگر انرژی جنبشی مایع مورد پمپاژ بوده که بر حسب ژول بر کیلوگرم ( یا متر) بیان می شود . اگر مایعی با سرعت V به سمت بالا پرتاب شود ، تا ارتفاعی مانند Hv بالا خواهد رفت ، رابطه Hv با V به صورت زیر می باشد :
Hv =
ارتفاع مایع در هر نقطه از لوله برابر است با ارتفاع سرعتی بعلاوه ارتفاع فشاری ، لازم به ذکر است که فشار سنجها فقط فشار اضافی مایع را نشان داده ، در صورتی که انرژی واقعی مایع جمع انرژی های پتانسیل و جنبشی آن می باشد . در پمپهای با ارتفاع زیاد ، ارتفاع سرعتی ناچیز بوده ولی در پمپهای با ارتفاع کم نمی توان از ارتفاع سرعتی صرف نظر کرد .
منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز
برخلاف پمپهای جابجایی مثبت ، پمپهای گریز از مرکز اگر با سرعت ثابتی کار کنند ، نمی توانند دبی ثابتی را در سیستم بر قرار کنند و مقدار آن می تواند از صفر تا مقدار معینی که به اندازه ، طراحی و شرایط پمپ بستگی دارد ، تغییر کند . ارتفاع کلی قابل دسترس ، توان مصرفی و راندمان نیز با دبی پمپ تغییر می کند
البته غالبا ً منحنی های فوق برای پروانه های با قطر مختلف و در مواردی برای سرعتهای مختلف پمپ از سوی شرکت سازنده پمپ تهیه می شود .
بعضی از شرکتها جهت سهولت در انتخاب یک پمپ ، منحنی مشخصه دسته ای از پمپهای هم خانواده را در یک مجموعه گرد آوری و در اختیار مشتریان قرار می دهند . مجموعه فوق می تواند در انتخاب پمپ مناسب در کمترین مدت ممکن مورد استفاده قرار گیرد . بعد از انتخاب پمپ مورد نظر ، اطلاعات تکمیلی را می توان از منحنی مشخصه پمپ استخراج کرد .
این امر به خریداران پمپ کمک می کند تا از به کارگیری پمپ در دبی زیاد که می تواند باعث وارد شدن بار اضافی بر الکتروموتور گردد ، خودداری کنند .
دسته بندی منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز
منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز ( منحنی دبی – ارتفاع ) را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد :
الف : منحنی های صعودی
در پمپهای با منحنی صعودی با افزایش ارتفاع سیستم ، دبی پمپ به طور پیوسته کاهش می یابد .
ب : منحنی های نزولی
در پمپهای با منحنی مشخصه نزولی ، ارتفاع قابل دسترس در نقطه Q = 0 حداکثر ارتفاع نبوده و گاهش اوقات آن را منحنی Looping می نامند .
ج : منحنی های تیز
منحنی تیز نوعی منحنی صعودی بوده که تغییرات ارتفاع بین نقطه کار و شرایطی که شیر خروجی کاملا ً بسته باشد ( Q = 0 ) بسیار زیاد است . البته این امر می تواند فقط در یک دامنه خاصی از منحنی مشخصه پمپ مثلا ً بین دبی برابر 50 تا 100 درصد دبی طراحی وجود داشته باشد .
د : منحنی های تخت
در این پمپها تغییرات ارتفاع در یک دامنه وسیعی از دبی بسیار ناچیز می باشد . این نوع منحنی ها می توانند نزولی و یا صعودی باشند . در تمامی منحنی های نزولی همواره در قسمتی از آن ، ارتفاع قابل دسترس تقریبا ً ثابت بوده و به همین خاطر آن را تخت می نامند .
ه : منحنی های پایدار
در پمپهای با منحنی مشخصه پایدار همواره به ازاء ارتفاع معین ، می توان یک ظرفیت برای پمپ قائل شد .
به عبارت دیگر اگر خطی با ارتفاع ثابت ( موازی محور طولها ) رسم شود ، منحنی مشخصه پمپ را فقط در یک نقطه قطع می کند . اساسا ً این منحنی ها از نوع صعودی می باشند .
و : منحنی های ناپایدار
در بعضی از پمپها ممکن است به ازاء ارتفاع مهعین ، پمپ در بیش از یک دبی کار کند ، یا به عبارت دیگر اگز خطی به موازات محور طولها رسم شود ، منحنی مشخصه پمپ را در بیش از یک نقطه قطع می نماید . البته ناپایدار بودن منحنی فقط در یک دامنه معینی از ارتفاع صادق بوده ، لذا باید دقت شود که از این پمپها فقط در منطقه پایدار استفاده شود .
دسته بندی منحنی های توان مصرفی
اگر منحنی توان مصرفی به صورتی باشد که در دبی های کم شکل صعودی داشته و بعد از رسیدن به نقطه با حد اکثر راندمان مجددا ً شکل نزولی را بخود بگیرد اصطلاحا ً آن را غیر بار اضافی می نامند . در حالی که اگر منحنی توان مصرفی با افزایش دبی به طور پیوسته شکل صعودی داشته باشد ، منحنی با وضعیت بار اضافی نامیده می شود .
تغییرات توان مصرفی با دبی به سرعت مخصوص پمپ بستگی دارد . در انتخاب پمپ ، نوع غیر بار اضافی به علت آنکه در هر شرایطی ، توان مصرفی آن از یک حداکثر معینی تجاوز نمی کند ازجعیت داشته و لذا مشکلی در زمینه توان مصرفی و بار وارده برای الکتروموتور انتخاب شده وجد ندارد .
توان مصرفی
SG.Q.H
368n
برای محاسبه توان مصرفی در پمپ می توان جدا از منحنی P – Q ارائه شده از سوی شرکت سازنده پمپ از رابطه ( 8-1 ) استفاده کرد .
P =
P = توان مصرفی کیلو وات
Q = متر مکعب در ساعت دبی
H t = متر ارتفاع کل
n = اعشاری راندمان
SG = وزن مخصوص
لازم به ذکر است که توان به دست آمده از رابطه فوق توان ترمزی بوده و برای انتخاب الکتروموتور لازم است که اولا ً قدرت الکتروموتور بر مبنای حداکثر توان مصرفی در دامنه دبی مجاز تعیین گردیده ضمنا ً ضرائب اطمینان زیر برای انتخاب نهائی آن منظور شود .
20 % کیلووات 5/7 – 0
15 % کیلووات 40 – 5/7
10 % کیلووات 40 <

فصل دوم
تئوری عملکرد پمپهای گریز از مرکز
منحنی مشخصه ( H – Q ) پمپهای گریز از مرکز در شرایط ایده آل
بررسی تئوری عملکرد پمپهای گریز از مرکز مبحث پیچیده ای از علم مکانیک سیالات بوده که به طور مفصل در کتابها و مقالات بدان اشاره شده است . لئونارد اولر ( Leonard Euler ) دانشمند و ریاضیدان نامی سوئیسی ( 1783- 1707 ) در تحلیل های خود در این زمینه و با فرض اینکه پروانه قطعه ای است که از تعداد زیادی تیغه شعاعی با عرض ناچیز و فاصله نزدیک به صفر ساخته شده ، ثابت کرد که اگر پروانه ای به شعاع r و عرض b ، با سرعت زاویه ای ( رادیان بر ثانیه ) در پوسته پمپی بچرخد ، به طوری که زاویه بین لبه تیغه پروانه وخط مماس بر دایره ای که لبه پروانه روی آن دوران می کند 2ß باشد .
که در آن g شتاب ثقل زمین ، A و B مقادیر ثابت می باشند . برای90 > 2ß ، پروانه را اصطلاحا ً روبه عقب و برای 90<2ß پروانه را رو به جلو می نامند . همانطوری که از رابطه ( 1- 2 ) پیداست ، H و Q با هم رابطه خطی داشته بر حسب مقادیر مختلف 2ß می تواند نزولی ، صعودی و یا موازی محور طولها باشد .
مقدار 2ß برای پمپهای واقعی می تواند بین 15 تا 35 درجه تغییر کند ولی غالبا ً آن را بین 20 تا 25 درجه در نظر می گیرند . در طراحی پروانه ، زاویه ورودی مایع به درون پروانه (1 ß) نیز غالبا ً بین 15 تا 50 درجه منظور می گردد . انرژی داده شده به مایع با رابطه کلی ( 2- 2 ) نمایش داده می شود .
اسب بخار
K 1 , K 2 = مقادیر ثابت که به طراحی پمپ بستگی دارند

Q = متر مکعب در ساعت دبی پمپ
اگر 90 = 2ß باشد تغییرات توان داده شده به مایع نسبت به دبی پمپ یک خط مستقیم بوده که از مرکز مختصات می گذرد . برای 90<2ß ، منحنی توان مصرفی ، سهمی شکل و مماس بر خط فوق که در قسمت فوقانی آن قرار داشته و برای 90 > 2ß منحنی توان مصرفی سهمی شکل و مماس بر خط فوق که در قسمت زیر آن قرار می گیرد .
همانطوری که از رابطه ( 1- 2 ) پیداست ، ارتفاع ایجاد شده توسط پمپ گریز از مرکز مستقل از وزن مخصوص مایع مورد پمپاژ بوده ، در صورتی که فشار مایع به وزن مخصوص بستگی دارد . به همین دلیل برای راه اندازی پمپهای گریز از مرکز نخست باید آن را هواگیری کرد . اگر در هنگام راه اندازی پمپ ، پوسته آن پر از هوا باشد ، فشار دهش پمپ به نسبت وزن مخصوص هوا به آب کاهش یافته و به همین خاطر قادر به غلبه بر مقاومت موجود در قسمت دهش پمپ نبوده و پمپ نمی تواند مایعی را جبجا نماید .
از دست رفت ارتفاع در پمپ های گریز از مرکز
در تحلیل هایی که در قسمت قبل بر روی عملکرد پمپهای گریز از مرکز انجام شد ، پمپ گریز از مرکز یک ماشین ایده آل فرض گردیده و از دست رفت انرژی در آن ناچیز در نظر گرفته شد .
ولی در پمپهای واقعی همواره مقداری از انرژی در داخل آن به شکل های مختلف بهدر رفته و موجب می شود تا منحنی مشخصه H – Q واقعی پمپ در زیر منحنی مشخصه تئوریک پمپ گریز از مرکز در شرایط ایده آل قرار گیرد .
شناخت عوامل موثر در از دست رفت ارتفاع در پمپ ، ضمن اینکه می تواند در شناخت منحنی مشخصه واقعی آن کمک کند ، بلکه در زیمنه اعمال اصلاحات لازم در طاحی و ساخت پمپ و کاهش از دست رفت ارتفاع و افزایش راندمان آن نیز نفید واقع شود . به طوری که امروزه راندمان پمپهای گریز از مرکز به بیش از 90 درصد رسانیده شده است . عمده ترین عوامل از دست رفت ارتفاع در پمپهای گریز از مرکز عبارتند از :
از دست رفت ناشی از اصطکاک
همانطوری که در قسمت ( 3-5-1 ) اشاره شد ، از دست رفت ناشی از اصطکاک در اثر عبور مایع از درون مجاری ( پوسته پمپ ) تابعی از دبی بوده که با رابطه ( 5-1 ) نشان داده شده است .
Kf = KQª ( 5-1 )
که در آن a به نوع جریان بستگی داشته ( غالبا ً a = 2 در نظر گرفته می شود ) و K تابعی از طول مسیر مایع در پمپ ، شعاع هیدرولیکی ( نسبت سطح جریان مایع به محیطتر شده توسط آن ) سطح مقطع های جریان مایع در پمپ و نسبت آنها و ضریب اصطکاک ( و عوامل موثر بر روی آن نظیر زبری سطح ، ویسکوزیته مایع و … ) بستگی دارد .
از دست رفت ناشی از جریان گردابی
پروانه عبارت است از تعدادی تیغه که به صورت منحنی در آمده تا جریان مایع در پمپ آرام و بدون اغتشاش صورت پذیرد . با افزایش تعداد تیغه ها ، هدایت جریان مایع در پمپ به نحو مطلوبتری صورت پذیرفته ، در صورتی که با کاهش آن ، از دست رفت انرژی در اثر جریان گردابی و گردشی در پروانه افزایش می یابد . همانطوری که بعدا ً به آن اشاره خواهد شد ، زاویه لبه تیغه پروانه تاثیر بسزایی بر روی عملکرد پمپهای گریز از مرکز می گذارد .
در هنگام طراحی پروانه و تعیین زاویه های ورودی و خروجی تیغه های آن ، دبی معینی به نام ( دبی طراحی ) در نشر گرفته شده و به دنبال آن مشخصه های ابعادی پروانه محاسبه و در ساخت آن مورد استفاده قرار می گیرد . بدیهی است که اگر دبی واقعی پمپ با دبی طراحی مغایرت داشته باشد ، مختلف و از جمله بهم خوردن زاویه بردار سرعت نسبی در قسمت های ورودی و خروجی پروانه یا به عبارت دیگر بروز پدیده جریان گردابی خود را نشان می دهد . میزان جریان گردشی در دوسمت BEP غیر قابل چشم پوشی بوده ولی در BEP به صفر می رسد . اساسا ً هرگونه انحراف در زوایای ورودی و خروجی مایع در پروانه در مقایسه با زوایای 2ß و 1ß یا به عبارت دیگر تغییر بردار سرعت نسبی مایع به پروانه می تواند موجب بروز جریان گردابی شده که اصطلاحا ً از دست رفت شوکی نیز نامیده می شود .
جریان گردشی
اولر در تحلیل عملکرد پمپهای گریز از مرکز ، فرض نمود که تعداد تیغه های پروانه بینهایت باشد . اجرای فرضیه فوق در عمل غیر ممکن بوده و تعداد تیغه های پروانه بین 3 تا 10 ( عموما ً 5 تا 7 ) می باشد . کاهش تعداد تیغه های پروانه باعث می شود تا زاویه واقعی بردار سرعت مایع خروجی از پروانه 2΄ß نتواند با مقدار فرض شده 2ß یکسان گردد . مغیرت فوق باعث می شود تا مثلث سرعت در لبه خروجی پروانه تغییر کرده و مقداری مایع قبل از خروج پروانه به قسمت مکش آن برگشت می یابد . پدیده فوق می تواند باعث کاهش بردار سرعت خروجی از پروانه و نهایتا ً کاهش ارتفاع قابل دسترس در پمپهای واقعی در مقایسه با پمپهای ایده آل گردد .
بدیهی است در دبی های کم به علت بالا رفتن اختلاف فشار بین قسمتهای مکش و دهش و وجود لقی بین پروانه و پوسته پمپ ، میزان جریان گردشی در مقایسه با مواردی که دبی پمپ بیشتر است ، زیاد تر می باشد .
نقطه بهترین راندمان
در یک نقطه معینی از دبی بهره برداری از پمپ ، اختلاف فاصله بین دو منحنی واقعی و ایده آل که همان از دست رفت ارتفاع در پمپ می باشد به هر یک از عوامل فوق در BEP حداقل نمی باشد ، ولی به لحاظ کاهش شدید از دست رفت ارتفاع ناشی از پدیده جریان گردابی ، کل از دست رفت ارتفاع در پمپ در BEP به حداقل رسیده و به همین خاطر مغایرت ارتفاع تئوریک و واقعی کمترین مقدار خود را نشان می دهد .
تاثیر ویژگیهای پروانه بر روی شکل ظاهری منحنی مشخصه پمپ
شکل ظاهری منحنی آن نظیر پروانه و پوسته در اختیار خریداران قرار دهد . مثلا ً تخت یا تیز بودن منحنی مشخصه پمپ می تواند ناشی از ویژگیهای خاصی در طراحی پروانه باشد ، که عمده ترین آنها بشرح زیر می باشد :
الف : عرض پروانه :
با افزایش عرض پروانه دبی پمپ افزایش یافته و منحنی مشخصه آن تخت تر می شود .
ب: زاویه خروجی تیغه پروانه :
همانطوری که قبلا ً گفته شد ، یکی از عوامل موثر بر روی منحنی مشخصه پمپهای گریز از مرکز زاویه تیغه های آن می باشد . با تیز شدن تیغه ها ، منحنی مشخصه پمپ تخت تر می شود .
ج : تعداد تیغه ها :
افزایش تعداد تیغه های پروانه موجب تخت شدن منحنی مشخصه پمپ می گردد . حداقل تعداد تیغه های پمپ های گریز از مرکز 3عدد بوده و بجز شرایط خاص در اغلب پمپها تعداد تیغه ها را بین 5 تا 7 عدد در نظر می گیرند .
د : تیز کردن لبه تیغه ها :
بارگیری از لبه زیرین تیغه های پروانه ( Underfling ) نامیده می شود می تواند با عث تغییر منحنی مشخصه پمپ گردد . بر حسب شرایط طراحی پروانه ، تغییرات ارتفاع پمپ می تواند حتی تا 10 درصد ارتفاع در نقطه BEP و یا نقاط نزدیک به آن صورت پذیرد . لازم به ذکر است که بررسی ویژگی های پروانه و تاثیر آن بر عملکرد و منحنی های مشخصه پمپهای گریز از مرکز به کمک پارامتر سرعت مخصوص صورت می گیرد که در قسمتهای بعد به طور مفصل بدان اشاره خواهد شد.
از دست رفت انرژی در پمپ توان داده شده به شافت پمپ را توان ترمزی یا به اختصار BHP می نامند . البته تمامی انرژی فوق مستقیما ً به مایع مورد پمپاژ داده نمی شود ، بلکه مقداری از آن به لحاظ وجود از دست رفت های هیدرولیکی ( جریان گردشی ، اصطکاک و پدیده شوک ) و بخشی نیز در اثر پدیده های مکانیکی نظیر نشتی ، اصطکاک مکانیکی ( یا طاقانها ، آب بند کننده ) و اصطکاک دیسکی به هدر می رود .
راندمان پمپ
فرض می شود که از کل دبی پمپ ( Qt ) مقداری از آن ( Ql) به لحاظ وجود لقی بین لبه نافی چشمه پروانه و پوسته پمپ از قسمت فشار قوی به قسمت فشار ضعیف ( چشمه پروانه ) برگشت نماید . در این صورت دبی واقعی پمپ ( Qp ) برابر است با :
Qp = Qt – Ql ( 3-2 )
بنا بر تعریف راندمان حجمی پمپ برابر است با نسبت دبی واقعی به دبی کل :
QP/Qt
همانطوری که قبلا ً گفته شد به لحاظ وجود مغایرت هایی بین شرایط بهره برداری و شرایط طراحی و حتی به صورت دقیقتر مغایرت با پیش فرضهای اولر ، ارتفاع واقعی پمپ از ارتفاع تئوریک آن کمتر بوده که نسبت آنها را راندمان هیدرولیکی پمپ می نامند .
BHP – FHP
BHP
راندمان مکانیکی پمپ برابر است با :
Em =
Hp
Hl
Eh =
که در آن FHP از دست رفت انرژی ناشی از اصطکاک در یاطاقانها ، سیستم آبند کننده و اصطکاک دیسکی می باشد .
WHP
BHP
راندمان کلی پمپ عبارت است از نسبت توان داده شده به مایع مورد پمپاژ ( WHP ) به توان داده شده به شافت پمپ ( BHP ) که برابر است با حاصلضرب راندمان های حجمی ، هیدرولیکی و مکانیکی .
Ep = = Ev. Eh . Em
پمپ­ها، فن­ها و کمپرسورها از جمله بارهای بسیار مورد استفاده در صنایع نفت و انتقال سیالات هستند. عموما برای تغییر میزان دبی جریان در صنایع نفت و بسیاری از پروسه­های صنعتی به کنترل جریان، دور و یا گشتاور نیاز است. در طی زمان روش­های کنترل از روش­هایی نظیر محدود کردن خروجی با تلفات انرژی بالا و کنترل دور به وسیله ادوات مکانیکی تا جدیدترین این روش­ها که درایوهای دور متغیر هستند استفاده شده است.
درایوهای دور متغیر علاوه بر توانایی کنترل بهتر پروسه می­توانند مصرف انرژی را نیز کاهش دهند. به علاوه باعث بهبود مشخصه­های الکتریکی نظیر ضریب توان و کاهش جریان راه­اندازی و بنابراین فشار وارد شده به شبکه طی راه­انداری تجهیزات نیز می­شوند. در انتخاب برای استفاده از درایو دور متغیر، مسایل اقتصادی ونیازهای خاص پروسه باید در نظر گفته شود و سنجیده شود که آیا مزایای اقتصادی و صرفه­جویی­های حاصل، قیمت اولیه بالای درایو را جبران می­کند یا نه.
یاتا قانها
یاتاقانها تکیگاه اصلی اجزائ چرخنده پمپ بوده ومعیوب شدن آنها ممکن است موقعیت اجزاء چرخشی پمپ را تغییر دهد که در این صورت باعث برخورد قطعات ثابت ومتحرک پمپ می شود معیوب شدن کلی یاتاقانها ممکن است موجب خم شدن محور پمپ شود و در نهایت موجب شکستگی محور شود و در سایر موارد باعث داغ شدن موضعی قطعات پمپ شود .
یاتاقانهای لغزشی :
این یاتاقانها برای تکیه نمودن وحفظ کردن اجزاء چرخشی در هر دو جهت شعاعی و محوری بکار می روند محافظ شعاعی معمولا شامل پوستهای سیلندر شکل از مواد و ابعاد مناسب می باشد که در محفظه صلب نصب وثابت شده اند.محافظ محوری معمولا ریگهای صلبی است که در محفظه یاتاقان نسب شده اند و بوشهای متحریکی را بصورت سفت ومحکم به اجزاءچرخشی سوار شده ، تحمل می کند گاهی اوقات این بوشها را بصورت کروییا مخروطی می سازند تا محافظت محوری و شعاعی را مهیا سازند .
یاتاقانهای غلتشی :
یاتاقانهای غلتشی در واقعه شامل دو عدد ریگ یا حلقه و یک سری ساچمه هستند که بصورت مماس و به اندازهبین حلقه ها قرار گرفته اند ساچمه ها توسط قفسی که از صفحات موازی برنجی پلاستیکی یا هر ماده مناسب دیگر ساخته شده اند جدا از هم نگه داشته می شوند .
roller bearing: 1 outer race, 2 cage, 3 roller, 4 inner race
مزایای یاتافانهای لغزشی نسبت به غلتشی :
1 – زمانی که محور تحت بارهای مداوم و ثابت قرار می گیرد قسمتهای تحت بار یاتاقان تحت تنش ثابت قرار می گیرند که موجب کاهش خطر معیوب شدن در اثر خستگی می شوند
2 – چناچه یاتاقانهای لغزشی از مواد مناسب ساخته شده باشند قادر خواهند بود در داخل مایع مورد پمپاژ کار نموده و روانکاری و خنک کاری شوند .
3 – توسط روانکاری و روغنکاری مناسب در سرعت های بالا یاتاقانهای لغزشی نسبت به یاتاقانهای غلتشی می توانند بارهای بیشتری را تحمل کنند .
بررسی معایب یاتاقانهای لغزشی نسبت به غلتشی :
1 – ضریب اصطکاک انها 10 تا 15 برابر یاتاقانهای غلتشی است و این امر موجب اتلاف پر هزینه می شود
2 – غالب ضریب اصطکاک بیشتر دمای روانسازی را تا حدی افزایش می دهد که نسب سیستمهای دقیق وپرهزینه خنک کاری را اجتناب ناپذیر می سازد .
بررسی علل خرابی یاتاقانهای لغزشی
1 – روغنکاری نامناسب :این پدیده شامل کیفیت روانساز مورد استفاده و همچنین دفعات تعویض روغن میباشد.
2 – خنک کاری نا مناسب روانساز :این پدیده در اثر اشکال در سیستم خنکاری یا قصور اپراتور در باز کردن شیر مستقیم مایع خنک کننده قبل از راه اندازی پمپ بوجود می اید
3 – عدم هم محوری چناچه پمپ جهت تعمییر یا نگهداری پیاده شود این اشکال بعد از سوار نمودن آشکار می شود عدم هم محوری می تواند در اثر ماندن آلودگی بین پایه یاتاقان و محفظه پمپ ویا با توجه به ناهمواریها در اثر ضربه یا سفت نمودن غیر یکسان مهره ها حاصل شود همچنین ممکن است در اثر بار های اضافی وارده بر یاتاقانها ،خم شدن محور یا برخورد فلزی بین قطعات ثابتوچرخیدن که غالبا منجر به سایش زیاد و گیر پاژ می شود حاصل گردد. عدم هم محوری، از بیرون خود را توسط حرارت زیاد و محفظه یاتاقانآشکار می سازد
4 – پیچهای شل: منبع دیگر مشکلات که توسط یاتاقان بوجود می آید زمانی است که پیچهای نگهدارنده پایه یاتاقان بطور یکسان و کافی سفت نشده اند و یا در حین کار پمپ شل شده اند در این موارد ممکن است یاتاقان انقدر از محور خود جابجا شود که تمام بار ها برروی رینگهای پروانه یا آب بند وارد شود .
مزایای عمده یاتاقانهای غلتشی :
1 – هزینه اولیه کم می باشد
2 – آنها میتوانند بدون مراقبت با پریودهای طولانی کار کنند
3 – انها معمولا نیبت به یاتاقانهای لغزشی با وظیفه مشابه محفظه های کوچکتر و کم هزینه ای لازم دارند
4 – بمنظور تعویض سریع می توان از منابع متنوعی استفاده کرد .
5 – موجب صرفه جویی انرژی می شوند .تعویض روانساز بدلیل ضریب اصطکاک کم به دفعات بسیار کمتری نسبت به یاتاقانهای لغزشی انجام می شود و بیشتر یاتاقانهایغلتشی توسط روانکار داخلی با درپوش آببند تهیه شده که برای عمر کاری انها کافی است .
معایب یاتاقانها غلتشی :
1 – حلقه و تمام اجزائ چرخشی در معرض تنشهای متناوب و سریع می باشند که باعث عیب ناشی از خستگی می شود .
2 – بسیاری از یاتاقانهای لغزشی هنگام منتاژ و دمنتاژ نیازمند احتیاط زیاد و مراقبتهای ویژه ای هستند
3 – نیازمند مراقبتهای ویژهای از نظر میزان روانساز می باشند (نه کم نه زیاد)
روانکاری یاتاقانهای غلتشی:
روانکاری نا مناسب باعث می شود یاتاقانها خیلی سریع فرسوده شوند بطور مثال روانکاری بیش از حد می تواند باعث کوتاه شدن عمر یاتاقان گردد.روانکاری بیش از حد سبب داغ شدن یاتاقانها می گردد و در نتیجه میزان اکسید اسیون روانساز افزایش پیدا می کند و این پدیده موجب معیوب شدن زودرس یاتاقانها می شود .
معایب ناشی از روغنکاری نامناسب خود را به چند روش نشان میدهد :
1 – نبود روانساز در محفظه یاتاقانها
2 – وجود آب در روانسازو محفظه یاتاقانها
3 – تغییر جلای حلقه ساچمه ها
4 – پریدگی بر روی شیارها و ساچمه ها
5 – خراشهای موئین بر روی حلقه ها
6 – و حرارت ایجاد شده در اثر نبود روانساز
برای جلوگیری از این موارد بسیاری از کارخانه های سازنده روانکاری با گریس و روغن را توصیه می کنند.
مزایای گریس:
1 – گریس میتواند بدون محفظه خاصی ابقاء شود حتی در محورهای عمودی
2 – بعضی گریسها با پایه کلسیم می توانند عایقی برای رطوبت باشند.
3 – بعضی گریسها با پایه لیتیم می تواند یاتاقان را از خوردگی شیمیای حفظ کنند
4 – گریسهای سنگین، پوششی در برابر مواد آلوده کننده هستند
5 – گریسها نسبت به روغنها به دفعات کمتری نیاز به تجدید گریسکاری دارند.
معایب گریس کاری:
1 – خنک کاری موثر یاتاقانهای که با گریس روانکاری می شوند مشکل است و این پدیده مانعی برای استفاده از گریس در دورهای بالا می باشد
2 – انتخاب گرانروی گریس با توجه به استفاده ان در دماهای متغییر قابل توجه می باشد و در نتیجه گریسها را برای محیطهایی که نوسانات دمایی زیادی دارند مناسب نمی باشد .
3 – مشخص کردن میزان واقعی گریس برای یاتاقانها بسیار مشکل است و باعث روانکاری زیاد یا کم یاتاقانها می گردد.
روغن : مزایای عمده روانکاری با روغن:
1 – سطح روغن را براحتی می توان کنترل نمود و ثابت نگه داشت.
2 – روغن می تواند براحتی خنک شود و در واقه استفاده از روغن در دورهای بالا بسیار مفید است برای خنک کاری.
3 – عمده روغنها دارای گرانروی بالای هستند و این امر باعث استفاده انها در رنجهای متغییر دمای می شود.
4 – تعویض روغن به مراتب اسان تر از تعویض گریس است
5 – برخی روغنها ضریب اصطکاک کمتری نسبت به گریس دارند و این خاصیت باعث کارکرد مناسب انهادر سرعتها بالا می شود .
معایب روغن:
1 – بسیار پر هزینه است چون نیاز به مکتنیکال سیل دارد
2 – نیازمند تعویضهای بسیار بیشتر از گریس می باشد
3 – برای محورهای عمودی نیازمند طراحی دقیق و پرهزینه محفظه یاتاقان می باشد
4 – برای محیطهای مرطوب و خورنده نسبت به گریس از مرغوبیت کمتری برخودار است.
دسته بندی پمپ ها
پمپها دارای انواع مختلفی هستند. دسته بندی های گوناگون، پمپ ها را بر پایه ویژگی های گوناگون طبقه بندی می کنند. در یکی از رایج ترین این طبقه بندی ها، برپایه نحوه انتقال انرژی از پمپ به سیال، پمپ ها به دودسته تقسیم می شوند:
پمپ های دینامیکی: در این پمپ ها انتقال انرژی به سیال به طور دایمی است. انواع پمپ های دینامیکی عبارت اند از:
پمپ های گریز از مرکز
پمپ های محیطی
پمپ های خاص
پمپ های جابجایی مثبت: در این پمپ ها انتقال انرژی به سیال به صورت متناوب یا پریودیک صورت می پذیرد. انواع پمپ های جابجایی مثبت عبارت اند از:
پمپ های رفت و برگشتی
پمپ های گردشی
پمپ گریز از مرکز
یک پمپ گریز از مرکز بر اساس تبدیل انرژی جنبشی یک سیال جاری به فشار ایستا کار می کند. این نحوه عمل بوسیله قانون برنولی توصیف می شود. قاعده عملکرد پمپ گریز از مرکز را می توان با ملاحظه تاثیر تکان دادن یک سطل آب بر روی یک مسیر دایره ای شکل توسط یک طناب، نشان داد. نیرویی که آب را به کف سطل فشار می دهد، نیروی گریز از مرکز است. اگر یک سوراخ در کف سطل تعبیه شود، آب از طریق این سوراخ جریان می یابد. از این گذشته اگر یک لوله ورودی در بالای سطل تعبیه شود، جریان آب به بیرون سوراخ منجر به تولید یک خلاء موضعی در داخل سطل خواهد شد. این خلاء آب را از یک منبع در سمت دیگر لوله ورودی به داخل سطل خواهد کشید. بدین روش یک جریان پیوسته از منبع و به بیرون سطل بوجود می آید.
در رابطه با پمپ های گریز از مرکز، سطل و سرپوش آن متناظر با قاب پمپ، سوراخ و لوله ورودی متناظر با ورودی و خروجی پمپ هستند و طناب و بازو متناظر کار پروانه را انجام می دهد.
پمپ گریز از مرکز پمپی است که از یک پروانه گردان بمنظور افزودن فشار یک سیال استفاده می نماید. پمپ های گریز از مرکز عموما برای جابجا کردن سیال از طریق یک سیستم لوله کشی کاربرد دارد. سیال در امتداد یا نزدیک محور چرخان وارد پروانه پمپ گشته و بوسیله این پروانه شتاب می گیرد و به سرعت به سمت بیرون و به داخل یک پخش کننده یا محفظه حلزونی جریان می یابد که از آنجا به درون سیستم لوله کشی پائین جریان خارج می گردد.
تیغه های روی پروانه بطور تصاعدی از مرکز پروانه پهن می شوند که سرعت را کاهش داده و فشار را افزایش می دهد. این امکان به پمپ گریز از مرکز اجازه می دهد تا جریان های پیوسته با فشار بالا ایجاد نماید.
پمپ های سانتریفوﮊ دارای یک محفظه هستند که حلزونی شکل است و پوسته یا کِیسینگ نامیده می شود و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می باشد. انتقال انرﮊی به سیال در این قسمت انجام می شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کِیسینگ پمپ سیالی خارج نشود و اصطلاحا نشتی به خارج نداشته باشیم از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپها هواگیری یا پرایم کردن پمپ پیش از روشن کردن آنها می باشد. یعنی پس از لاین آپ نمودن پمپ و اطمینان از ورود سیال به داخل پمپ، باید از خروج کامل هوا یا گاز حبس شده در داخل پمپ نیز اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپها در ابعاد و اندازه های مختلف برای مصارف گوناگون ساخته می شوند.

فصل سوم
دسته بندی پمپ های گریز از مرکز
پمپ های گریز از مرکز را می توان به چند صورت دسته بندی نمود. یک شیوه دسته بندی، بر پایه جریانی است که بوجود می آورند. در این شیوه پمپ های گریز از مرکز به سه دسته تقسیم می شوند:
پمپ های جریان شعاعی: در این پمپ ها فشار سیال تنها با اعمال نیروی گریز از مرکز افزایش می یابد. پمپ های این دسته، با یک سری پروانه های ورودی دارای سرعت مخصوص کمتر از 4200 و با دو سری پروانه های مکشی دارای سرعت مخصوص کمتر از 6000 هستند. در این پمپ ها سیال به طور معمول از طریق توپی وارد پروانه شده و به صورت شعاعی به محیط جریان می یابد.
پمپ های جریان مختلط: در این پمپ ها فشار تا حدودی با اعمال نیروی گریز از مرکز و تا حدودی نیز با اعمال نیروی بالابری (lift) که از جانب تیغه ها اعمال می شود افزایش می یابد. این دسته از پمپ ها دارای یک سری پروانه ورودی با جریان خروجی محوری هستند و تخلیه در راستاهای محوری و شعاعی انجام می شود. پمپ های این دسته به صورت معمول دارای سرعت مخصوصی مابین 4200 تا 9000 هستند.
پمپ های جریان محوری: پمپ های این دسته که گاه پمپ های پروانه ای هم نامیده می شوند بیشترین افزایش فشار سیال را از طریق اعمال پروانه ها و یا عملیات بالابری تیغه ها اعمال می کند. این گروه یک سری پروانه ورودی به همراه جریان ورودی محوری و خروجی تقریبا محوری دارند. پمپ های این گروه غالبا دارای سرعت مخصوص هایی بیش از 9000 هستند. در حالت کلی از پمپ های جریان محوری هنگامی که افزایش فشار لازم باشد استفاده می کنند و از پمپ های جریان شعاعی بمنظور تولید دبی سود می برند.
اجزای تشکیل دهنده الکتروپمپ گریز از مرکز
قسمت های اساسی یک الکتروپمپ گریزازمرکز عبارتند از:
الکتروموتور: که شامل قسمت الکتریکی پمپ است.
کوپل یا هم محور سازی :که متصل کننده الکترومتر به شافت (محور )پمپ است.
هاوس برینگ: که محل قرار گیری برینگها می باشد.
مکانیکال سیل: که محل آب بندی پمپ و جدا کننده سیال پمپاژ شده و قسمت مکانیکی پمپ است.
پره های پمپ: که با توجه به نوع کاربرد دارای انواع گوناگون هستند.
دو جزء اصلی پمپ های گریز از مرکز پروانه و تیغه هستند.
پروانه: نقش پروانه ها در پمپ گریز از مرکز تامین انرژی لازم برای سیال می باشد. در پمپ ها دو نوع پروانه پایه ای وجود دارند:
مارپیچی
توربینی
پروانه های توربینی با تیغه های پخش کننده ای احاطه شده اند که مسیرهای بتدریج پهن شونده ای فراهم می آورند تا سرعت آب را به آهستگی کاهش دهند. بنابراین هد سرعت به هد فشار تبدیل می شود.
پروانه مارپیچی با ویژگی نداشتن تیغه های پخش کننده مشخص می شوند. در عوض پروانه آن درون محفظه ای که حلزونی شکل است قرار گرفته و سرعت آب به دلیل ترک کردن پروانه کاهش می یابد که همراه با افزایش فشار می باشد.
انتخاب بین این دو نوع پروانه بسته به شرایط استفاده تغییر می کند. نوع مارپیچی بدلیل ظرفیت بالا و هد مصرفی پائین در چاه های کم عمق معمولاً ترجیح داده می شوند. نوع توربینی در چاه های آب عمیق استفاده می شود.
تیغه: تیغه نقش راندن مایع به خروجی پمپ را دارد که سرعت را به فشار تبدیل می نماید. جزء تیغه در داخل پمپ که معمولاً به پروانه متصل است به نوبه خود دارای شکل های گوناگونی است. دسته بندی شکلی تیغه ها را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم نمود:
صاف
مارپیچ
که این دسته بندی نیز می تواند منجر به دسته بندی کلی در مورد پروانه ها گردد.
مزایا و معایب پمپ گریز از مرکز
از مزایای پمپ گریز از مرکز می توان به ویژگی تولید یک جریان هموار و یکنواخت اشاره نمود. برخی انواع پمپ های گریز از مرکز مقداری شن نیز پمپ می کنند و در کل مطمئن و دارای عمر کاری خوبی می باشند.
از معایب این پمپ های می توان به از دست دادن سطح کیفی راه اندازی اشاره نمود که بعد از راه اندازی رخ می دهد. همچنین راندمان این پمپ ها وابسته به کار تحت هد و سرعت طراحی می باشد.
در راه اندازی یک پمپ گریز از مرکز از آنجاییکه این پمپ ها از مکش استفاده می کنند قابلیت پمپ کردن هوا را ندارند. پس بعنوان یک نتیجه پمپ و لوله بایستی از آب پر باشند تا مشکلی در پمپ آب بروز نکند.
نابالانسی در پمپ های گریز از مرکز
وقتی اجزای چرخان پمپ نابالانس باشند، ارتعاش حاصل از عضو چرخان نابالانس می تواند ترسناک باشد. این ارتعاش می تواند موجب لرزش سطح زمینی که دستگاه روی آن قرار گرفته است شود، دستگاه های اطراف آن در جای خود تکان می خورند، پیچ های نگه دارنده شل می شوند و قطعات می شکنند. یک عضو چرخان نابالانس یر روی یاتاقان های خود نیرو اعمال می کند و آنرا از طریق سازه خود به بیرون منتقل می نماید و نهایتا این نیرو به فندانسیون می رسد. دلایل بروز نابالانسی:
خمش یا قوس برداشتن بین یاتاقان های تکیه گاهی
وزن معلق تحت نیروی ثقل محور محرک را خمیده می کند
ماده یا سیال غیریکنواخت توزیع شده در روتور
قطعات هرز و لق شده بر روی روتور
قطرهای مختف المرکز بر روی روتور که ناشی از ساخت می باشد و قطعات روی روتور هم مرکز نشده اند
هم تراز نبودن مسیر رانش با محور روتور
کوپلینگ های راننده لق از پشت هم پرش می کنند
از بین رفتن تلرانس های بین قطعات مونتاژ شده بر روی روتور
شانه ای های روی روتور خارج از میدان محور دوران ساخته شده اند
خلل و حفره های روی روتور
هم تراز نبودن یاتاقان ها به محور نیرو وارد کرده و آنرا قوس می دهد

فصل چهارم
پروانه ها
انواع مختلف شیرها :
شیرهای صنعتی به سه دسته تقسیم می شوند :
1 – شیرهای دستی که با نیروی انسانی کار می کنند ( Manual valves )
2 – شیرهای خودکاری که با نیروی هوا، مایعات وگازهای کنترل شونده کار می کنند . Control valves
3 – شیرهای خودکاری که با نیروی برق کار می کنند (Solenoid valves )
انواعی از شیرها به شرح زیر می باشند :
1 – شیرهای سوزنی (NEEDLE VALVES )
2 – شیرهای سماوری (PLUG OR COCK VALVES )
3 – شیرهای کروی (CLOBE VALVES )
4 – شیرهای کشوئی (CATE VALVES )
5 – شیرهای دیافراگمی (DIAFHEAGM VALVES )
6 – شیرهای یکطرفه( NON RETURN OR CHECK VALVES )
7 – شیرهای پروانه ای (BUTTERFLY VALVES )
8 – شیراطمینان (SAEFTY VALVES )
9 – شیرهای خودکار (CONTROL VALVES )
10 – شیرهای که محرک آنها الکترو موتور می باشد (ELECTRIC MOTOR OPERATED ALVES )
11 – شیرهای که محرک آنها سولنویید می باشد (SOLNOID VALVES)
پمپ ها PUMPS :
بطور کلی پمپ به دستگاهی اطلاق می شود که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی دریافت کرده وبه سیالی که از آن می گذرد ، انتقال دهد بر این اساس انرژی سیال پس از خروج از پمپ افزایش می یابد از پمپ جهت انتقال سیال به یک ارتفاع هندسی معین ویا حرکت سیال در مدارهای مختلف هیدرولیکی وسیتسم های لوله کشی وبطور کلی انتقال سیال از نقطه ای به نقطه دیگر استفاده می شود .
متداولترین نحوه تقسیم بندی پمپ ها براساس نحوه انتقال انرژی به سیال است در این روش پمپها به دو دسته اصلی تقسیم بندی می گردند :
دسته اول ، پمپهای هستند که انتقال انرژی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می گیرد که این پمپ ها را ، پمپهای دینامیکی می نامند .
دسته دوم، پمپهایی می باشند که انتقال انرژی از آنها به سیال به صورت متناوب می باشد وپمپهای جابجایی مثبت نام گرفته اند.
اساس کار توربو پمپ ها :
در این پمپ ها چرخش پراونه باعث می شود که مایع بصورت شعاعی از طریق لبه های پروانه به طرف درون محفظه حلزونی شکل پرتاب گردد ونتیجه پرتاب مایع خروجی از چشم پروانه کاهش فشار در چشم پروانه است بنابراین مایع بیشتری از قسمت ورودی به سمت پروانه جریان می یابد وبه طور کلی کار اصلی یک پمپ بالا بردن فشار مایع وتلمبه ان به یک مخزن ثانوی می باشد .
تقسیم بندی توربوپمپ ها :
متداولترین روش تقسیم بندی توربو پمپ ها از دیدگاه طراحی ومسیر حرکت سیال در چرخهای پمپ است واز این نظر توربو پمپ ها را می توان به سه دسته اصلی زیر تقسیم بندی نمود .
1 – توربو پمپها سانتریفوژ ( Centripugal pumps ) یا پمپهای جریان شعاعی
2 – توربو پمپهای محوری ( Axial flow Pumps )
3 – توربو پمپهای نیمه سانتر یفوژ یا جریان مختلط ( Mixed Flow Pumps ) یا پمپهای جریان محوری وشعاعی .
پمپهای گریز از مرکز (سانتریفوژ) :
همانطور که از اسم این پمپ ها بر می آید کار انها براساس نیروی گریز از مرکزی است که به جسم دوران کننده وارد می شود. این پمپ ها مشتمل بر پروانه ای می باشند که در داخل محفظه ای دوران می کند ، سیال به صورت محوری وارد چشمه یا مرکز پمپ شده ودرداخل پرههای پروانه ای بصورت شعاعی ومماسی می چرخد وبه طرف میدان هدایت می شود تا اینکه از محیط پروانه خارج شده وارد قسمت دیفیوز حلزونی می شود سیال در حال عبور از پروانه هم سرعت گرفته و هم فشارش اضافه می شود .
اساس کار پمپهای جابجایی مثبت :
پمپهای PDP دارای جریان تناوبی وپریودیک می بانشد ودر آنها حجم محفظه ای باز شده و جریان سیال وارد آن شده و سپس محبوس وفشرده می شود وانرژی آن افزایش یافته وبرای انتقال وخروج از پمپ آماده می گردد .
مزیت اصلی این پمپ ها کار با هر سیال وبا هر ویسکوزیته ای می باشد ؛ این پمپ ها دارای فشار زیاد و بی نسبتاً کم ولی یکنواخت هستند .
مشخصات اصلی پمپهای رفت و آمدی :
مشخصات اصلی پمپهای رفت و آمدی را می توان بشرح زیر خلاصه کرد :
سرعت کم
ظرفیت کم تا متوسط (حداکثر تا حدود 200 متر مکعب در ساعت)
فشار خروجی بسیار بالا
جریان غیر یکنواخت
راندمان بالا در صورت سرویس مرتب
گران بودن نسبت به پمپهای گریز از مرکز
کمپرسور ها COMPRESSORS :
یکی از موارد استفاده از کمپرسورها ، جهت افزایش فشار گازها تا یک حد معین برای کاربردهای صنعتی می باشد .
تقسیم بندی کلی کمپرسورها وتفاوتهای عمده آنها :
از عمده معیارهای تقسیم بندی کمپرسورها می توان به تقسیم بندی براساس مکانیزم واصول کارکرد ونحوه اعمال انرژی به سیال ، اشاره داشت که براین اساس تقسیم بندیهای زیر را برای کمپرسورها خواهیم داشت :
1 – کمپرسورهای رفت وبرگشتی یا جابجایی مثبت یا جریان منقطع
2 – کمپرسورهای سانتریفوژ یا دینامیک یا جریان پیوسته
تفاوتهای مهم این دو گروه فوق را می توان در موارد زیر خلاصه نمود :
1 – کمپرسورهای رفت وبرگشتی برای فشارهای زیاد ومتوسط وشدت جراینهای پایین بکار می رود در حالیکه کمپرسورهای سانتریفوژبرای فشارهای متسوط وپایین جیا جریانهای متوسط وبالا بکار می رود .
2 – فشارهای ایجاد شده در کمپرسورها سانتریفوژ مقدار محدود ومثبتی دارد در حالیکه ،در کمپرسورهایی رفت وبرگشتی این فشارهای می توان تغییر وقابل تنظیم بوده واصولاً تابع نیاز سیستم می باشد .
3 – همانطوری که از نامگذاری این دو گروه ملاحظه می شود جریان در کمپرسورهای رفت وبرگشتی ناپیوسته بوده ؛ به گونه ای که مقداری گاز به دورن کمپرسور کشیده شده وعمل تراکم روی آن انجام می شود سپس تخلیه شده ودوباره سیکل تکرار می گردد. ولی در کمپرسورهای سانتریفوژ سیکلی وجود نداشته وجریان پیوسته و ممتد می باشد.
4 – کمپرسورهای دینامیکی (سانتریفوژ ) براساس نیروی گریز ازمرکز که روی قطعه ای به نام پره ایملپیراعمال می کند، ایجاد انرژی می نماید واین انرژی که از نوع انرژی جنبشی می باشد در خروجی کمپرسور به فشار مبدل می شود در حالیکه کمپرسورهای رفت وبرگشتی مستقیماً فشار گاز را توام با کاهش حجم افزایش می دهند .
کاربردهای کمپرسورها :
بطور کلی کمپرسورها جهت افزایش فشار سیالات قابل تراکم (گاز وبخار ) تا یک حد معین، مورد استفاده قرار می گیرد این فشار ممکن است نیازهای مختلفی را تامین کند از قبیل : غلبه بر اصطکاک وتلفات مسیر، تاثیر در یک واکنش معین در نقطه تحویل گاز وبهبود خواص ترمودنیامیکی گاز.
به بیان ساده تر، کمپرسورهای کاری مشابه پمپ ها دارند با این تفاوت که سیال آنها بخار با گاز می باشد.

کمپرسورهای رفت وبرگشتی :
کمپرسورهای رفت وبرگشتی قدیمی ترین ورایج ترین نوع کمپرسورها بوده وعمل تراکم گازها با کاهش اجباری حجم توسط حرکت پیستون در داخل یک سیلندر صورت می گیرد ورود گاز به سیلندر وخروج از آن بوسیله سوپاپهایی اتوماتیک انجام می گیرد که این سوپاپ ها براساس اختلاف فشار ما بین خط لوله ودرون سیلندر، باز وبسته می شوند.
کمپرسور های گریز از مرکز یا سانتریفوژ :
هر جا که ظرفیت وقدرت بالا مد نظر باشد بدون شک، کمپرسور های سانتریفوژ حرف اول را میزنند از نظر تعداد مورد استفاده در صنعت نیز این ماشین ها در مقایسه با نوع رفت و برگشتی در مقام دوم هستند طی چهار دهه گذشته کمپرسورهای سانتریفوژ بخاطر حجم ، وزن ونیروهای اینرسی کم شان، عمومیت بیشتری پیدا کرده اند راندمان آنها در مقایسه با کمپرسورهای رفت وبرگشتی پایین بوده ولذ ا منبع انرژی ارزانی را طلب می کنند .

فصل پنجم
بخش پنجم : سرعت مخصوص و کاربرهای آن
مشخصات اصلی پمپ های رفت و آمدی
مشخصات اصلی پمپ های رفت و آمدی را می توان به شرح زیر خلاصه کرد :
– سرعت کم
– ظرفیت کم تا متوسط " حداکثر تا حدود دهها متر مکعب در ساعت "
– فشار خروجی بسیار بالا
– جریان غیر یکنواخت
– گران بودن نسبت به پمپ های گریز از مرکز
پمپ های جابجایی نوع دوم
پمپ های گردشی
اساس کار پمپ های گردشی شباهت زیادی به کار پمپ های رفت و آمدی دارد . این پمپ ها از دو قسمت متمایز تشکیل شده اند ، یکی جداره ثابت و دیگری قسمت دوار که شامل یک محور گردان با چرخ دنده یا پره یا پیچ یا بادامک و غیره می باشد . برخلاف پمپ های گریز از مرکز که مایع را با سرعت از قسمت خروجی پمپ هدایت می کنند در پمپ های گردشی مقداری از مایعبین دنده های چرخ دنده پمپ به اصطلاح به تله می افتد و در اثر چرخیدن چرخ دنده ها و یا با دامک ها و یا پیچ ها این مایع به قسمت خروجی تلمبه رانده می شود .
در این پمپ ها یش همانند پمپ های رفت و آمدی چنانچه شیری در مسیر لوله های خورجی بسته باشد فشار بالا فته یا خود پمپ از بین می رود و یا این که می شکند " چنانچه شیر اطمینانی در مسیر خروجی تعبیه نشده باشد یا اگر شده باشد عمل نکند " . فاصله بین اجزاء گردنده و جداره ثابت بسیار کم می باشد و ساختمان آنها غالباً طوری است که اجزاء گردنده در دو جهت می توانند دوران نمایند و در نتیجه پمپ بسته به نوع کار ممکن است عوض شود .
انواع پمپ های گردشی
مهمترین پمپ های گردشی که در صنعت به کار می روند عبارت هستند از :
– پمپ های گردشی با چرخ دنده خارجی
– پمپ های گردشی با چرخ دنده داخلی
– پمپ های گردشی با چرخ دنده پیچی شکل
مشخصات اصلی پمپ هی گردشی
– جریان کم " کمتر از 20 گالن در دقیقه "
– فشار خروجی متوسط " 200 ft – 150 فوت "
– ه مایعات غلیظ " یعنی مایعات با ویسکوزیته بالا " 650 سانتی استوک به بالا "
– مایعات غیر ساینده
توربو پمپ ها
توربو پمپ ها که در زبان انگلیسی به پمپ های چرخشی معروف هستند ، در بین کلیه انواع پمپ ها ، به علت شکل ساده ساختمانی ، نسبت پایین حجم به قدرت مصرفی و تنوع فراوان موارد مصرف ، نسبت به سایر پمپ ها از اهمیت بیشتری برخوردار می باشند .
ساختمان اصلی این پمپ ها از اجزاء زیر تشکیل شده است :
پخش کننده : که وظیفه آن هدایت سیال از محیط خارج تا ورود به پمپ است .
یک چرخ دنده :که هر یک دارای تعدادی پره می باشد . انتقال به سیال را به انرژی پتانسیل تبدیل می کند .
جمع کننده یا ظرف حلزونی : که در ضمن پوسته پمپ را نیز تشکیل می دهد . سیال پس از خروج از کاهش دهنده وارد این قسمت شده و سپس به خارج از پمپ هدایت می شود .
در بعضب از کتب کلمه پمپ های سانیریفیوژ به جای توربو پمپ ها به کار رفته است . لازم به تذکر است که در همه پمپ ها قسمت کاهش دهنده لزوماً به صورت یک قسمت مستقل وجود ندارد و در بسیاری از مواقع این قسمت حذف می شود . نوع سیال عبوری از توربو پمپ ها مایع خالص یا مایع همراه با مقداری مواد جامد وگاز است . از این نظر توربو پمپ ها برای عبور سیالات یک یا چند فازه ساخته می شوند .
تقسیم بندی توربو پمپ ها
الف – توربوپمپ های سانتر یفیور با جریان شعاعی .
ب – توربو پمپ های محوری .
ج – توربو پمپ های نیمه سانتریفیوژ یا با جریان مختلط .
در نوع اول سیال موازی محور وارد چرخ پمپ شده و عمود بر آن از چرخ خارج می شود . این پمپ ها بیشتر برای ایجاد فشارهای بالا در دبی های به کم به کار می روند .
در نوع دوم ، سیال موازی با محور وارد چرخ شده و موازی با آن خارج می گردد . از این پمپ ها برای ایجاد فشار ها و دبی های متوسط به کار م روند .

توربو پمپ ها از نظر سیال عبوری نصب ، شرایط کاربرد و سرانجام تعداد طبقات نیز تقسیم بندی می شوند که به ترتیب می توان نمونه های زیر را در هر مورد نام برد :
– پمپ های لجن کش و شیمیایی " از نظر سیال عبوری "
– پمپ های افقی , عمودی ، و پمپ های روی خطی " از نظر نحوه ساخت و نصب "
– پمپ – توربین ها
– پمپ های تغذیه دیگ های بخار " از نظر نوع مصرف "
– پمپ های یک طبقه و چند طبقه که تعداد طبقات آنها با توجه به فشار مورد لزوم تعیین می شود .
مشخصات اصلی توربو پمپ ها
– قسمت ارزان واحد پمپ نسبت به یک کیلووات قدرت مفید تولیدی
– دارای هیچ گونه قسمت رفت و آمدی نیستند و سرعت چرخشی ماشین محرک مستقیماً پروانه پمپ را به دوران در می آورد .
– جریان سیال به طور یکنواخت و دائم است .
– فضای کمتری را متناسب با قدرت تئلیدی اشتغال می کند .
– هزینه نگهداری آنها نسبتاً کم می باشد
– راندمان بالا .
– دامنه کاربرد آنها در پروژه های صنعتی ، کشاورزیو آبرسانی فوق العاده بالاست ، زیرا از نظر دبی و ارتفاع تولیدی این پمپ ها وسعت زیادی را پوشش می دهند .
– حداکثر از جهت سیال بسته به نوع پمپ از حدود 520 تا 760 سانتی استوک نمی تواند تجاوز نماید . بالاتر از این حد برای سیالات لزج از پمپ های جابجایی باید استفاده کرد .
– این پمپ ها به جزء در طرح های خالص ، خود راه انداز نیستند . یعنی لزوماً لوله مکش پمپ از آب باید پرشود .
معرفی اصطلاحات
در مهندسی و کاربرد پمپ ها اصطلاحات رایج را به قرار زیر معرفی می کنیم:
1)هد پمپ، هد موثر پمپ ها یا هد کل دینامیک (Total Head) یا (Effective Head):
عبارت است از میزان انرژی که توسط پمپ به واحد وزن مایع اعمال می شود بنابراین اختلاف انرژی مایع در خروج و ورود همان هد موثر پمپ خواهد بود:

: هد استاتیک خروجی
: هد استاتسک ورودی
: هد سرعت در خروجی ( هد دینامیک)
: هد سرعت در ورودی
: ارتفاع گیج در خروجی نسبت به سطح مبناء ( دهنه ایمپیلر)
: ارتفاع گیج در ورودی نسبت به سطح مبناء ( دهنه ایمپیلر)
در وضعیتهایی که سطح مخزن مکش پایینتر از دهنه ایمپیلر باشد هد استاتیک مکش منفی بوده و آنرا ارتفاع مکش یا Suction Lift نامند. در چنین وضعیتی اگر از ارتفاع گیج ها و معادل سرعت صرف نظر کنیم، هد موثر برابر خواهد بود با:

1. NPSH (Net Positive Duction Head) یا هد مکش مثبت خالص
اختلاف هد مطلق در ورود و با هد معادل فشار بخار در درجه حرارت ورودی مایع می باشد یعنی:

: فشار مطلق در ورود
: فشار بخار مایع در دمای ورودی
: هد معادل سرعت در ورود
: وزن مخصوص مایع
که فشار مطلق بصورت زیر تعریف می شود:

: فشار نشان داده شده توسط گیج
: فشار اتمسفریک
2. :Net Positive Suction Head Available
یعنی هد مکش مثبت خالص موجود که مشخصه سیستم می باشد.
3. : Net Postive Suction Head Required یا هد مکش مثبت خالص لازم.
این پارامتر مشخصه ذاتی پمپ می باشد و مقدار هد مکشی است که پمپ برای عملکرد مطمئن خود بدان نیاز دارد.
4. shut-off-head
هد پمپ به ازای جریان صفر ( شیر خروجی بسته)
5. cut-off-head
هد کل پمپ به از شدت جریان حداکثر مجاز پمپ
6. B.E.P ( Best Efficiency Point)
نقطه بهترین راندمان پمپ که معمولاً نقطه کارکرد نرمال پمپ طبق طراحی می باشد.
7. : Frictional head
هد معادل تلفات اصطکاکی
8. : هد معادل تالفات طولی یا اتصالات
9. : Gravitational head
هد ناشی از اختلاف سطح ما بین مخزن تخلیه و مکش ( سطح مخزن پایینتر از سطح مخزن مکش) می باشد.
10. HP ( Hourse Power)
شامل W.HP و S.HP که به ترتیب بیانگر قدرت آبی hourse power water یا قدرت مفید خروجی از مپ بهمراه مایع و قدرت شافت hours power shaft یا قدرت داده شده به پمپ در کلوپلینگ آن می باشد.
11. B.H.P: Brake hourse power
همان قدرت شافت یا قدرت ورودی است که به قدرت ترمزی شهرت دارد.
12. راندمان پمپ ( pump Efficiency)
نسبت قدرت خروجی ( فدرت آبی) به قدرت ورودی ( فدرت شافت) را که بصورت درصد نمایش می دهند بعنوان راندمان می شناسند و با حرف نشان داده می دهند.

= راندمان
Q: مقدار شدت جریان پمپ
y: وزن مخصوص مایع
He: هد موثر
راندمان پمپ نمایانگر تلفات مختلفی به فرار زیر می باشد یعنی اختلاف قدرت ورودی و خروجی در پمپ به عوامل زیر بستگی دارد:
: افت قدرت اصطکاکی مکانیکی
: افت قدرت اصطکاکی مربوط به دیسک
: افت قدرت حاصل از نشت، لغزش و چرخش سیال
: افت قدرت هیدرولیکی
: افت قدرت آبی
: افت فدرت شافت

13. انواع پر.انه ( ایمپیلر) بر حسب مسیر جریان در پره
Radial Flow: جریان شعاعی
Mixed Flow: جریان مختلط
Axial Flow: جریان محوری
14. انواع ایمپیلر ها بر حسب شکل پره
Backward Flow: زاویه خروجی پره کوچکتر از 90 درجه
Radial Flow: زاویه خروجی پره برابر 90 درجه
Forward Flow: زاویه خروجی پره بزرکتر از 90 درجه
15. ایمپیلر های یک دهنه و دو دهنه
Single Suction: یک دهنه، ورودی جریان فقط از یک سمت ایمپلیمر
Double Duction: دو دهنه، ورودی جریان از دو سمت ایمپیلر
16. ایمپیلر های باز، نیمه باز و بسته
Closed Impeller, Demi Open, Open Impeller
17. End Suction,Side Suction
18. Bewn Type, Overhung
پمپ هائی که به ترتیب یاتاقانها در یک سمت ایمپیلر و در دو طرف آن قرار دارند .
19. پمپ های عمودی، افقی
بر اساس نحوه قرار گرفتن شافت پمپ بطور عمودی و یا افقی پمپ ها با این عنوان ها نام گذاری می شوند.
20. Vertical split, Horzontal split Casing
بر اساس برش پوسته پمپ که بصورت دو نقطه افقی و یا عمودی باشد به این نام ها شهرت دارند.
21. پمپ های شناور
در عمق های زیاد هم پمپ و هم موتور در داخل مایع (آب) قرار می گیرد که به پمپ های شناور معروفند.
اصطلاحاتی را که ذیلاً معرفی می کنیم به پمپ های جابه جائی مثبت و متفرقه اطلاق می گردد.
22. Positive Displacement
به تمام پمپ هائی رفت به برگشتی یا دورانی ( با دور کم) که اصولاً جریان نسبتاً ناپیوسته ای دارند گفته می شود.
23. Reciprocating یا رفت یا برگشتی
پمپ های دیافراگمی، پیستونی یا پلانجری را که در آنها حرکت دورانی میل لنگ به حرکت خطی تبدیل و به مایع منتقل می شود به این اسم می شناسیم.
24. Planger: پمپ های رفت و برگشتی که طول پیستون نسبت به قطر آنها بطور قابل ملاحظه ای بلندتر است.
25. Single acting: پمپ های رفت و برگشتی که عمل مکش و تخلیه مایع فقط در یک سمت پیستون صورت می گیرد.
26. Double acting: پمپ های رفت و برگشتی که عمل مکش و تخلیه مایع در دو سمت پیستون صورت می گیرد.
27. Stroke یا کورس: در پمپ های رفت و برگشتی فاصله نقاط قرار گرفتن پیستون در وضعیتهای آخر مکش و انتهای نقطه تخلیه را گویند. بعبارت دیگر حداکثر فاصله ای که پیستون از منتهی الیه سمت چپ تا منتهی الیه سمت راست طی می کند کورس پیستون نامیده می شود و این کورس معادل ک دور کامل میل لنگ می باشد.
28. دو تایی ، سه تایی. SEXTUPLEX.QUINTUPLEX.QUADRUPLE
پمپ های رفت و برگشتی که به تعداد دو تائی ( دو دستگاه سیلندر پیستون)، سه تائی، چهاتائی، پنج تائی، شش تائی با یک میل لنگ واحد به حرکت در می آیند.
29. Pulsation Damper : در ورودی و خروجی پمپ های رفت و برگشتی به منظور کنترل نوسانات جریان و یکنواخت کردن آن بکار می رود.
30. Air Lift,Thermal pump,Especial Effects
اجکتورها یا Jet pump ها، پمپ های مغناطیسی و انتقال دهنده مایعات توسط هوا یا گازهای دیگر را شامل می شوند.
32: Metering pumps:
پمپ های پلانجری، پیستونی- دیافراگمی و پلانجری و یا دیافراگمی می باشند که برای دقتهای زیاد در اندازه گیری جریان بکار مب روند. این پمپ ها هم چنین قابلیت تنظیم و تغییر جریان را دارا می باشند.
31. Vacuum pumps
ماشین هایی هستند که گازها و بخارات را از فشارهای پایین نزدیک به خلاء کشیده و به فشارهای نزدیک اتمسفر و کمتر از آن می رسانند و در حقیقت از خانواده کمپرسورها و بلورها هستند که بدین نام معروفند، این دستگاهها شامل Jet pumps,Liquid Ring,Piston pumps می باشند.

فصل هفتم
کاویتاسیون :
کاویتاسیون پدیده ای نامطلوب در سیستم هیدرولیکی می باشد که در اکثر اوقات در قسمت مکش سیستم رخ می دهد .
زمانی که کاویتاسیون رخ می دهد ، فشار در سیال به سطحی تا زیر فشار هوای آزاد کاهش می یابد و همین عامل باعث ایجاد حفره های توخالی در سیال می شود . زمانی که فشار افزایش می یابد ، این حفره های توخالی در پمپ باز می شود . ضمن باز شدن حفره ها ، فشار به طور قابل توجهی افزایش می یابد و دما نیز در حدود 1100 درجه سلیسیوس بالا می رود .
فشار و دمای زیاد ، صدمات زیادی را به اجزاء هیدرولیکی وارد می کند . به طوری که یک پمپ حفاری ، ممکن است به طور کامل در عرض چند ساعت صدمه ببیند ، پس باید قسمت هائی از سیستم را که در معرض صدمات کاویتاسیون هستند ، بپوشانیم .
عوامل موثر در ایجاد کاویتاسیون :
– وجود شتاب در جریان روغن موجود در پشت دریچه کنترل یا ترکیب روغن با آب یا هوا
– دمای زیاد سیال
– وجود مقاومت در قسمت مکش سیستم
– وجود خط مکش ظریفی در قطر
– وجود لوله مکش با آستر داخلی آسیب دیده
– پر شدن صافی مکش از چرک و کثافات ( عامل تحریک کننده )
– ویسکوزیته زیاد روغن
– سرد شدن ناگهانی مخزن
کاویتاسیون ، اصطلاحی است که برای توصیف رفتار حفره ها یا حبابها در یک مایع استفاده می شود .
انواع کاویتاسیون :
کاویتاسیون از نظر ویژگی ها به دو دسته تقسیم می شود :
کاویتاسیون خنثی یا انتقالی و کاویتاسیون غیر خنثی
کاویتاسیون خنثی فرآیندی است که در محل سقوط حباب در مایع ایجاد می شود و مولد موجی تکان دهنده می باشد . این حباب پدیده ، اغلب در پمپها ، پروانه ها ، بالابرها و بافت آوندی گیاهان رخ می دهد ، کاویتاسیون غیر خنثی ( موثر ) فرآیندی است که در نقاطی رخ می دهد که حباب در سیال دچار نوسان در اندازه یا شکل می شود که این امر مستلزم دریافت مقداری انرژی می باشد مانند یک منطقه آکوستیک . این پدیده اغلب در پالاینده های اولتراسونیک ، پمپ ها ، پروانه ها رخ می دهد .
کاویتاسیون خنثی :
این پدیده اولین بار در اواخر قرن 19 توسط لرد رای لیف بررسی گردید ، وی فرض کرد که حبابهای کروی شکل در مایع سقوط می کنند .
زمانی که حجمی از یک مایع در معرض فشار کم ولی موثر قرار گیرد ممکن است مایع از هم گسیخته شده و حباب ایجاد شود . این پدیده ، اصطلاحاً اصل کاویتاسیون نامیده می شود که ممکن است در پشت پره های یک پروانه که سریع می چرخد رخ دهد یا در روی سطحی مرتعش در زیر سطح آب با فراوانی و شتاب کافی رخ دهد .
روش های دیگر تولید حبابهای کاویتاسیون عبارت است از تجمع موضعی انرژی مانند نیروی شدیدی که به صورت ضربات لیزری متمرکز می شود ( کاویتاسیون بصری ) یا تخلیه الکتریکی با ایجاد جرقه .
گازهای بخاری شکل به صورت حباب در اطراف بستر تبخیر می شوند ، پس حباب یک خلاء کامل نیست بلکه دارای فشار گازی نسبتاً کمی می باشد .
در کاویتاسیون با فشار کم ، حباب در مایع شروع به سقوط می کند که این امر مستلزم وجود فشاری بیشتر در اطراف بستر می باشد . در زمان سقوط حباب ، فشار و دمای بخار افزایش می یابد .
حباب نهایتاً تا یک دقیقه از جایگاه اصلی سقوط خواهد کرد و در همین لحظه گازها با مکانیسم نسبتاً شدیدی در اطراف مایع پراکنده می شوند و مقدار زیادی انرژی به شکل موج تکان دهنده صوتی و نور مرئی آزاد می شود .
در محل سقوط کامل ، ممکن است دمای بخار میان حبابها ، چند هزار درجه کلوین و فشار نیز چند اتمسفر باشد .
کاویتاسیون خنثی می تواند در منطقه صوتی رخ دهد . علت نوسان حبابهای گازی میکروسکوپی در یک مایع ، کاربرد منطقه صوتی می باشد . اگر شدت صوت موثر زیاد باشد ، در ابتدا اندازه حبابها افزایش می یابد و سپس به سرعت سقوط می کنند .
پس کاویتاسیون بی اثر می تواند رخ دهد حتی اگر شکاف در مایع برای ایجاد حباب ، ناکافی باشد . پالاینده های اولتراسونیک ، کاویتاسیون بی اثر حبابهای گازی میکروسکوپی را برای زدودن چرک و آلودگی از فلزات به کار می برند . فرآیند فیزیکی برای شروع کاویتاسیون ، شبیه به عمل جوشیدن است . تفاوت اصلی این دو پدیده ، در واکنشهای ترمودینامیک ما قبل فرآیند تشکیل بخار می باشد . عمل جوشیدن ، زمانی رخ می دهد که فشار موضعی بخار مایع از فشار موضعی هوای آزاد بالاتر رود و انرژی کافی برای تغییر فاز به حالت گازی شکل وجود داشته باشد .
شروع کاویتاسیون زمانی است که فشار موضعی به طور موثری تا زیر فشار بخار اشباع افت می یابد ، بخشی از کاویتاسیون ، مربوط به قدرت انبساط مایع می باشد . برای شروع کاویتاسیون ، حبابهای کاویتاسیون معمولاً به سطحی برای تجمع نیاز دارند ، این سطح می تواند کناره های مخزن باشد یا توسط ناخالصیهای مایع یا حبابهای کوچک نامحلول در مایع ایجاد شود .
این موضوع معمولاً پذیرفته شده است که سطوح آبگریز ، حبابهای کوچک را تثبیت می کنند ، این حبابهای از پیش آماده ، وقتی که در معرض فشاری زیر فشار ترشولد قرار گیرند ، شروع به رشد نامحدودی می کنند که این فشار اصطلاحاً ترشولد بلاک نامیده می شود .
کاویتاسیون غیر خنثی ( موثر ) :
کاویتاسیون موثر فرآیندی است که زمانی رخ می دهد که حبابهای کاویتاسیون در یک مایع در حضور یک منطقه صوتی وادار به نوسان می شوند و در این فرآیند ، شدت منطقه صوتی برای سقوط همه حبابها ناکافی می باشد .
این پدیده به طور قابل توجهی خوردگی کمتری نسبت به کاویتاسیون خنثی ایجاد می کند . و اغلب برای زدودن مواد خوشمزه نظیر شیرینی های سیلیکونی به کار می رود .
مشکلات :
کاویتاسیون ، غالباً پدیده ای نامطلوب می باشد . در تجهیزاتی نظیر پروانه ها و پمپها ، این پدیده مشکلات زیادی به دنبال دارد که عبارتند از : ایجاد صدا ، وارد کردن صدمه به اجزاء ، ایجاد ارتعاش و افت کارآیی .
زمانی که حبابهای کاویتاسیون سقوط می کنند ، انرژی مایع را در حجم های خیلی کوچک متمرکز می کنند به همین دلیل آنها نقاطی را با دمای زیاد ایجاد می کنند و امواج تکان دهنده ای پخش می کنند که این امواج ، منبع صوتی قلمداد می شوند .
صداهای ایجاد شده در اثر کاویتاسیون ، مشکل خاص زیر دریایی هامی باشد چرا که صوت به صورت پنهانی به زیر دریایی ، صدمه وارد می کند . اگر چه سقوط حبابها ، نیاز به انرژی نسبتاً کمی دارد ولی اکثراً پدیده به صورت موضعی است و حتی می تواند منجر به فرسایش فلزاتی نظیر فولاد شود . حفره ایجاد شده در اثر سقوط حبابها ، اکثر قسمتهای اجزا را فرا می گیرد و می تواند منجر به کاهش طول عمر پروانه ها یا پمپ ها شود .
کاربردهای مفید کاویتاسیون :
اگر چه کاویتاسیون در اکثر موارد ، پدیده ای نامطلوب است ولی این حالت ، همیشه صدق نمی کند به عنوان مثال ، بی حس کننده سوپر کاویتاسیون که در پوشش های نظامی به کار می روند ، در حباب بزرگ کاویتاسیون قرار می گیرند . این بی حس کننده ها ، با کاهش میزان تماس با آب یا حذف تماس با آب ، به طور موثری ، سریع تر از بی حس کننده های معمولی حرکت می کنند .
کاویتاسیون به عنوان یک دستورالعمل در پالاینده های اولتراسونیک می باشد . این پالاینده ها با کاربرد امواج صوتی بر کاویتاسیون تاثیر گذاشته و از سقوط حبابهای کاویتاسیون برای تمیز کردن سطوح استفاده می کنند . با کاربرد این روش ، نیاز به مواد شیمیایی که از نظر زیست محیطی مضرند با چند فرآیند صنعتی و تجاری کاهش می یابد بطوریکه عمل پالایش به عنوان یک مرحله مقرر می گردد .
هنوز جزئیات کاملی در مورد اینکه چگونه حبابها باعث زدودن آلودگی می شوند بدست نیامده است . در صنعت ، کاویتاسیون ، اغلب برای هموژنیزه کردن یا مخلوط کردن و شکستن ذرات معلق در ترکیبات کلوئیدی مایع نظیر ترکیبات رنگی یا شیر به کار می روند . دستگاههای مخلوط کننده صنعتی زیادی ، به همین منظور به کار می روند .
این عمل در این دستگاهها با کاربرد بالابرها یا مخلوط کن ها صورت می گیرد و این مخلوط کنها سالانه باز بوده و دارای یک اریفیس ورودی ظریف و یک اریفیس خروجی بزرگتر می باشد . با کاهش شدید فشار ، ضمن اینکه مایع در حجمهای بیشتر شتاب می گیرد ، پدیده کاویتاسیون نیز صورت می گیرد ، این عمل با وسایل هیدرولیکی کنترل می شود که این وسایل ، اندازه اریفیس ورودی را کنترل کرده و تنظیم فرآیند در موارد مختلف صورت می گیرد .
سطح بیرونی دریچه اختلاط ، به مجرد اینکه حبابهای کاویتاسیون در جهت مخالف به عقب رانده می شوند تا انفجار صورت گیرد ، دستخوش فشار زیاد می شود . و اکثراً از موادی بسیار سخت و محکم نظیر فولاد ضدزنگ ، استیل یا حتی الماس پلی کریستال (PCD ) ساخته می شوند .
تاکنون تجهیزات پالاینده آبهای دارای کاویتاسیون ، نیز طراحی شده اند به طوری که در شرایط شدید کاویتاسیون ، آلاینده ها و مولکولهای آلی شکسته می شوند .
آنالیز طبیعی نور پخش شده در واکنشهای شیمیایی صوتی مشخص می کند که مواد شیمیایی و پلاسما ، مکانیسم های اصلی انتقال انرژی می باشند . پخش نور از حبابهای کاویتاسیون اصطلاحاً درخشندگی صوتی نامیده می شود . مواد شیمیایی آبگریز ، در زیر سطح آب توسط حبابها جذب می شوند . در واقع اختلاف فشار بین حبابها و مایع آنها را وادار به ترکیب با یکدیگر می کند این موضوع ممکن است در مورد گروههای پروتئینی رخ دهد .
کاربرد زیست پزشکی :
کاویتاسیون نقش مهمی را در تخریب سنگ کلیه در لیتوتریسپی ( دارای موج شوک دهنده ) ایفا می کند . ( لیتوتریپتوز )
اگر کاویتاسیون به منظور انتقال مولکولهای بزرگ به داخل سلول های بیولوژیکی به کار رود ، باید مورد بررسی قرار گیرد ( sonoporatian )
پمپ ها و پروانه ها :
نقاط اصلی که کاویتاسیون رخ می دهد عبارتند از : پمپ ها و پروانه ها و یا محدود کننده های جریان مایع . در زمان حرکت پره های یک بالابر در سیال ( برای مثال در یک پمپ ) یا پروانه ( در کشتی یا زیردریایی ) مناطقی با افت فشار کم تشکیل می شوند به طوری که سیال در اطراف شتاب گرفته و پره ها به عقب رانده می شوند . حرکت سریع تر پره ها باعث ایجاد افت فشار کمتری در اطراف می شود . با رسیدن به فشار بخار، سیال تبخیر شده و حبابهای کوچک گازی تشکیل می شود این پدیده همان پدیده کاویتاسیون می باشد .
سقوط حبابها ،باعث ایجاد امواج تکان دهنده موضعی و قوی در سیال می شود، این امواج ممکن است قابل شنیدن باشند و حتی به پره ها صدمه برسانند .
انواع کاویتاسیون در پمپ ها :
کاویتاسیون مکشی : کاویتاسیون مکشی زمانی رخ می دهد که مکش پمپ در فشار پایین و شرایط خلاء زیاد رخ دهد تا جائی که مایع در مرکز بالابر پمپ تبدیل به بخار می شود . بخار ایجاد شده برای تخلیه در اطراف پمپ ، به بالا حمل شده ، تا جائی که خلاء بیشتری وجود نداشته باشد ، در اثر فشار ناشی از تخلیه در مایع ، به عقب فشرده می شود این عمل انفجاری ، شدیداً رخ داده و به سطح بالابر صدمه می رساند . وقتی که در یک بالابر ، شرایط کاویتاسیون مکشی برقرار باشد ، مقادیر قابل توجهی مواد از سطح آن حذف شده و این امر منجر به نقص نابهنگام پمپ می گردد .
وقتی که فشار تخلیه پمپ بینهایت زیاد باشد ، کاویتاسیون دهشی( تخلیه ای ) رخ می دهد . این پدپده در پمپ هایی رخ می دهد که از نظر عملکرد و کارائی کمتر از 10 درصد اختلاف با بهترین نقطه کارآیی داشته باشند .
فشار زیاد تخلیه باعث گردش جریان سیال در اطراف پمپ شده و نهایتاً جریان تخلیه می شود ضمن اینکه مایع در اطراف بالابر جریان دارد ، باید از موانع کوچک در حدفاصل بالابر و آبشکن پمپ با سرعت بی نهایت زیاد عبور کند . این سرعت ، خلائی را ایجاد می کند که در پایه پمپ بیشتر شده ( شبیه به آنچه در ونتوری رخ می دهد ) و نهایتاً مایع تبدیل به بخار می شود . پمپی که در این شرایط کار کرده ، قطعاً فرسایش نابهنگام پره های بالابر و آبشکن در آن مشاهده می گردد . علاوه بر آن ، در شرایط فشار زیاد نقص زودرس آب بندهای مکانیکی پمپ رخ داده و احتمال وقوع هر گونه وضعیت دیگری نیز می باشد . در شرایط شدید ، این امر منجر به شکستن پمپ می شود کاویتاسیون دهشی حتی منجر به شکستن اتصالات نیز می گردد .
کاویتاسیون در موتورها :
علت کاویتاسیون در موتورهای دیزلی بزرگ ، تراکم زیاد و ظریف بودن دیواره سیلندر می باشد . ارتعاشات دیواره سیلندر ، هرگونه تغییر در فشار (کم وزیاد) را در سرد کننده ، بر خلاف دیواره سیلندر کاهش می دهند . مختصر اینکه ، وجود سوراخ در دیواره سیلندر ، باعث سرد شدن سیال و نشت آن به داخل سیلندر می شود و گازهای احتراقی به داخل سرد کننده نشت می کنند . جهت جلوگیری از این امر ، مواد شیمیایی به سیال سرد اضافه شده ، که این مواد لایه محافظی را بر روی دیواره سیلندر تشکیل می دهد . این لایه در معرض کاویتاسیون قرار می گیرد و مجدداً بازسازی می شود .
گیاهان آوندی :
علت پدیده کاویتاسیون در گیاهان آوندی ، نیروی زیاد آب می باشد ، به طوری که هوای محلول در آب به منظور پر کردن سلولهای گیاهی و هر مجرا و آوندی منبسط می شود . گیاهان به طور معمول ، قادر به ترمیم صدمات ناشی از کاویتاسیون می باشند . برای مثال صدمات کاویتاسیونی که در اثر وارد شدن فشار به ریشه ایجاد می شود . اما در موارد دیگر ، این پدیده منجر به مرگ گیاه می شود . در بعضی درختان ، صدای کاویتاسیون به وضوح قابل شنیدن می باشد . کاهش دما در پائیز باعث افزایش میزان تشکیل حبابهای هوا در آوندهای ناقص برخی گونه های گیاهی می شود و نهایتاً ریزش برگها صورت می گیرد .
موارد مهم دیگر راجع به کاویتاسیون :
– حرکت اشیاء با سرعت زیاد در زیر آب در اثر پدیده سوپر کاویتاسیون
– پدیده سوپر کاویتاسیون در پروانه ها
– درخشندگی صوتی
– عدد کاویتاسیون
بازنگری :
کاویتاسیون به صورت تشکیل فاز بخار در مایع تعریف می شود اصطلاح کاویتاسیون ، از تشکیل نخستین حبابها ( شروع کاویتاسیون ) تا ایجاد مقادیر زیاد حبابها و چسبیدن حبابها ( سوپر کاویتاسیون ) به کار می رود . علت ایجاد حباب و افزایش میزان حبابهای به هم چسبیده و تشکیل ابرهای حبابی و غیره ، به طور مستقیم ، مربوط به کاهش فشار به حد بحرانی می باشد . این موضوع ، باعث ایجاد اثرات دینامیکی در جریان مایع یا در یک منطقه آکوستیک می شود .
هر نوع وسیله حمل مایعات در معرض کاویتاسیون می باشد . این پدیده بر عملکرد توربوماشینها تاثیر گذاشته و منجر به کاهش ارتفاع و کارآیی پمپ ها و کاهش بازده وکارآیی توربین های آبی می گردد . در سیستم های نیرو محرکه، کاویتاسیون باید قابل محدود شدن باشد چرا که صحت اندازه گیریها و سنجش های مربوط به سیال در اثر این پدیده کاهش می یابد . علاوه بر اثرات سوء کاهش عملکرد ، ایجاد صدا و ارتعاش نیز از صدمات احتمال کاویتاسیون به شمار می رود . حدود صدمات می تواند از ایجاد حفره موضعی بعد از سالها کارآیی تا ایجاد نقص فاجعه انگیز در یک دوره نسبتاً کوتاه زمانی باشد .
درجه بندی کاویتاسیون :
پارامتر اصلی برای توصیف کاویتاسیون ، شاخص کاویتاسیون می باشد که در واقع شکل خاصی از عدد اولر است .
در این فرمول ، و uo به ترتیب فشار مشخصه و سرعت می باشد . چگالی و pv فشار بخار مایع می باشد . وقتی که تشابه هندسی کامل بین مدل و نمونه وجود دارد ، پارامترهای هیدرودینامیکی مختلفی از قبیل ضریب بلندی و مکش ضریب گشتاور وکارآیی مجموعاً تحت عنوان عملکرد بیان می شوند . درجائی که ازیک حد بحرانی خاص بیشتر باشد،پارامترهای فوق مستقل از می باشند . این حد بحرانی همان عدد شروع کاویتاسیون می باشد ( ) باید موکداً مورد توجه قرار گیرد که در نقاطی که تفاوت قابل سنجشی در عملکرد وجود دارد ، همان مقدار را که در نقاط دارای کاویتاسیون بصری و سمعی وجود دارد ، ندارد .
توماس سیگما صورت دیگری از عدد کاویتاسیون می باشد که در آزمایش توربوماشینها به کار می رود ، این پارامتر تحت عنوان هد پمپ یا توربین بیان می شود .
در این فرمول ، HSV ارتفاع مکش مثبت خالص و H ارتفاع کل در شرایط بهره برداری ماشین می باشد . و از نظر کیفی معادل می باشند . به عنوان مرز عملکرد می باشد به طوری که وقتی که باشد هیچ اثر کاویتاسیونی مشاهده نمی گردد و وقتی که باشد ، اثراتی نظیر تخریب و تجزیه ایجاد صدا ، ارتعاش و صدمات دیگرمشاهده می گردد تعاریف دیگر در مورد در آزمایش پمپ ها و توربین ها استفاده می شود .
اصل کاویتاسیون :
کاویتاسیون معمولاً با حداقل فشار رخ می دهد Pm در یک جریان ، معادل با جریان پایدار بخار در بالای بدنه دستگاه می باشد ، مقدار اولیه بدین صورت تعیین می شود :
در اینجا Cpm همان ضریب فشار حداقل می باشد این مباحث ، کلیاتی از اصل کاویتاسیون می باشد که در دو فاز مشخص ( شامل تلاطم ) و فشار بحرانی ( Pc ) کنترل می شود پس شکل کلی تر از اصل کاویتاسیون بدین صورت می باشد .
اصطلاحات دوم و سوم در سمت راست معادله شماره 4 ترکیبی از اثرات دینامیکی ناپایدار می باشد . اصطلاح دوم که متناسب با شدت نوسان فشار هست در جریانهای برش آزاد و در لایه های مرزی مجاور و دیواره های ناهموار خیلی مهمند . شکل 1 اطلاعات تجربی می باشد در این شکل نوسانات فشار بر حسب rms و متناسب با تنش برشی می باشد .
ضریب تنش برشی بدین صورت بیان می شود :
لایه های مرزی
جریانهای برشی آزاد
اصل کاویتاسیون در جریانهای برشی متلاطم T قدرت انبساط مایع می باشد . PC – PU فاکتور مهمی در کاویتاسیون می باشد . کاویتاسیون در اثر افزایش سریع و ناگهانی حبابهای کوچک ناپایدار رخ می دهد و علت این امر تغییر در فشار هوای آزاد می باشد .
این هسته ها هر کدام در درز و شکافهای کوچک واقع در سطوح دسته بندی شده جریان جذب می شوند .
تنشی که در آن کاویتاسیون مکشی مایع اتفاق می افتد بستگی به اندازه هسته در قطب منفی دارد ، یعنی جریان به طور موضعی در تنش می باشد . میزان توزیع هسته ها در تجهیزات و تسهیلات مختلف فرق می کند .
مقدار تنشی که می تواند در یک جریان حفاظت شود ، گاهی اوقات به عنوان فاکتور تنش اطلاق می شود که در بررسی های ما بدقت پایش می شود .
تاثیر گازهای محلول :
گازهای غیر قابل تراکم در محلول ، در کاویتاسیون بخاری نقش ایفا می کنند چرا که اندازه و تعداد هسته های موجود در جریان با غلظت گازهای محلول مرتبط می باشد . کاویتاسیون ، در شرایط خاص نیز رخ می دهد . برای مثال زمانی که فشار حداقل در جریان بطور قابل توجهی بیشتر از فشار بخار می باشد ، علت بزرگ شدن حباب ، نفوذ گاز محلول در دیواره حباب می باشد . این پدیده زمانی رخ می دهد که هسته ها در معرض فشاری کمتر از فشار اشباع برای یک دوره نسبتاً طولانی قرار گیرند .
برای کاویتاسیون گازها ، بالاترین حد توسط holl در سال 1960 ارائه شده است .
B ثابت هنری و cg غلظت گاز محلول می باشد . ثابت هنری تابع نوع گاز در محلول و دمای آب می باشد . قاعده این است که مقدار B برای هوا 6700 باشد . در اینجا غلظت به صورت بیان می شود .
به عبارتی دیگر ، وقتی که غلظت ، تقریباً 15ppm می شود ، آب در یک اتمسفر اشباع می شود . این فاکتور دیگری است که در تحقیقات ما ، به دقت پایش می شود .
اثرات کاویتاسیون بر فیلد جریان :
به محض رخ دادن کاویتاسیون ، فیلد جریان ، به طور قابل توجهی تغییر می یابد زیرا که فشار حداقل در جریان ، همان فشار بخار می باشد بنابراین :
ضریب ارتفاع هیدروفویل ها به صورت Cpm بیان می شود . این پارامتر همان طور که در شکل 3 نشان داده شده مکرراً کاهش می یابد .
اثر کاویتاسیون بر ارتفاع ، ارتباط مستقیم با کاهش عملکرد توربوماشینها دارد. شکل 3 : تغییرات ضریب ارتفاع در هیدروفویل NACA0015 همان طور که در شکل نشان داده شده ، ارتفاع جریان ناپایدار تغییر می یابد و صدای بیشتر از حد کاویتاسیون مورد بررسی قرار می گیرد .
کاویتاسیون در مسیرهای باریک و ظریف تحت تاثیر دینامیک گردآبی جریان قرار می گیرد . مثالی که در این مورد ، وابستگی فرکانس گردآبی را که در پشت گوه روی شاخص کاویتاسیون تخلیه می شود ، نشان می دهد . وقتی که عدد استروهال با برگشت به مقدار غیر کاویتاسیونی St ، نرمال می شود عدد کاویتاسیون نیز با برگشت به مقدار اولیه ، نرمال می شود ( مقدار اولیه به صورت نشان داده شده است . )
مقادیر تابع زاویه گوه می باشد . اگر رقابت تنگاتنگی بین فرکانس نیرو و مد ساختاری ارتعاش رخ دهد ، کاویتاسیون ، فرکانس را در جریان بالا دست تغییر داده و احتمال ارتعاش هیدروالاستیک وجود دارد .
عدد استروهال برای گردابی که تخلیه می شود تابع عدد نرمال کاویتاسیون می باشد . کاویتاسیون ، حتی در جریان پایدار ، نیز پدیده ای ناپایدار می باشد . وقتی که مقدار ، حداقل می باشد ، لایه ای از کاویتاسیون قسمت شناور پیکره را فرا می گیرد .
در شکل 5 : نمونه ای از کاویتاسیون در هیدروفویل ها نشان داده شده است . با چشم غیر مسلح ، می توان بخشی از کاویتاسیون را بر روی سطوح پیکره مشاهده کرد که این بخش ، پایدار می باشد . عکسبرداری با سرعت زیاد ، فرآیند کاملتری را نشان می دهد . پس ، به طور مشخص یک حباب تشکیل می شود ، از آب پرشده و بعد جدا می شود .
منظره ای از کاویتاسیون لایه ای و ابری را در هیدروفویل NACA 4215ببینید جهت جریان از راست به چپ می باشد . به گرداب ناشی از کاویتاسیون ابری درلبه وسیله دقت کنید . نور در Obernach ساخته می شود. ( تونل آب آلمان )
این فرآیندها ، در موقعیتهای زیادی دورهای می باشد . در این شرایط ، فرکانس به طور تقریبی محاسبه می شود . ( آرندت و سایرین 1995 )
در این فرمول ، LC طول حباب می باشد .
صدمات ناشی از کاویتاسیون :
چگونگی ایجاد صدمات کاویتاسیونی ، موضوعی پیچیده می باشد . در واقع در پدیده کاویتاسیون ، در اثر سقوط حبابها ، فشارهای ناگهانی ایجاد می شود ( رای لیف ) تکنیکهای متعدد و جدید ، اجازه آزمایشات جزئی تری را در مورد سقوط حبابهای انفرادی می دهند . این موضوع بر اساس بررسی های آزمایشگاهی متنوعی انجام گرفته است این مطالعات بیان گر این موضوع هستند که مراحل نهائی سقوط حباب منجر به تشکیل میکروجت می شود به طوری که فرسایش زیادی رخ می دهد . فشار سقوط به صورت تخمینی بیش از 1500Atm می باشد . در موارد عملی ، سقوط انبوه حبابهای ابری مکانیسمی مهم می باشد . مانسون و مورچ ( در سال 1980 ) مدل انتقال انرژی را درمورد سقوط منظم دسته ای از حبابها پیشنهاد داده اند . به علت وجود مشکلات محاسباتی ، این موضوع تاکنون به صورت مشخص و واضح بررسی نشده است . تحقیقات بعدی ( ویجن گاردن در سال 1964 ) صدمات احتمالی سقوط ابرهای حبابی را مشخص کرد . تحقیقات اخیر ، از این موضوع ، حمایت می کند رابطه بین صدمات کاویتاسیون و خواص فیلد جریان خیلی کم شناخته شده است این موضوع مهم است که به خاطر داشته باشیم که فرسایش کاویتاسیون در اثر نیروی زیاد سرعت ( با عدد کاویتاسیون ارائه شده ) رخ می دهد و ضرورتاً با کاهش شاخص کاویتاسیون ، افزایش نمی یابد . همچنین مشاهده گردیده است که میزان ایجاد حفره های کاویتاسیونی با افزایش غلظت گاز کاهش می یابد .
یک فاکتور مهم این است که میزان حفره ها با نیروی خیلی زیاد سرعت تناسب دارد . از آن جا که سرعت در توربوماشینها ، متناسب با ریشه دوم ارتفاع می باشد لذا کنترل فرسایش در ماشینهائی با هد زیاد ، شدیدتر صورت می گیرد . دیرو ونگادام ( 1971 ) مباحث زیادی را در ارتباط با فرسایش آنالیز کرد و نتیجه گرفت که برای اهداف مهندسی ، شدت فرسایش در یک فیلد جریان با عمق نفوذ در واحد زمانی ( V ) و قدرت ( Se ) مواد در حال فرسایش ، تعیین مقدار می گردد .
I= VSe
شدت ( I ) تابع فیلد جریان می باشد . چند شکل مختلف از Se ارائه شده است . بیشترین مقدار کاربردی ، ظاهراً همان قدرت نهایی می باشد . به طوری که اساساً مقدار مشخص از منطقه در زیر منحنی قرار می گیرد .
اگر چه مواد گوناگون ، افت وزنی مختلف دارند ، این مواد وقتی که در معرض جریان کاویتاسیون قرار می گیرند ، فرسایش یکنواختی در واحد زمان در آنها رخ می دهد که در اکثر آنها مشابه می باشد . بنابراین یک تئوری ساده ، اجازه تعیین سریع I را در جریان با اندازه گیری V برای مواد نرم در آزمایشگاهها می دهد .
طول عمر سرویس برای مواد سخت تر از نسبت قدرت مواد سخت و نرم برآورد می شود . اگر چه چگونگی فرآیند تخریب در توربوماشینها پیچیده می باشد ، ماهیت اصلی فرآیند در آزمایشات با کاویتاسیون جزئی هیدروفویل ها در تونل آبی تحلیل می شود . و این همان کانون اصلی بررسی های ما در مورد جریان هیدروفویل ها می باشد .
کاویتاسیون جزئی و ارتباط آن با فرسایش :
یک نوع مهم از کاویتاسیون ، از نقطه نظر تکنیکی مربوط به سطوح مرتفع می باشد . در زوایای خاصی از محل اتصال ، شکلی از صفحه محدود شده در لبه انتهایی به وجود می آید که علت تشکیل آن ، دینامیک ( تحرک ) شدید کاویتاسیون ابری می باشد . کاویتاسیون گردآبی ، در ابرهائی مشاهده می گردد که در اثر تخلیه گردباد در منطقه جریان ایجاد می شوند . این نوع کاویتاسیون ساختمانی ظریف داشته و شدیداً فعال است ومنجر به ایجاد صدا و فرسایش می شود . بررسی های آزمایشگاهی مبین این مطلب است که تعداد متنوعی از انواع جریان کاویتاسیون احتمال دارد که بین و زاویه اتصال به صفحه ایجاد گردد . این موضوع همان طور که در شکل 6 نشان داده شده ، کاملاً منطبق با بررسی های ما در زمینه جریان هیدروفویل ها می باشد . به علت ارتباط بین کاویتاسیون و خصوصیات لایه مرزی در زوایای مختلفی از محل اتصال ، انواع نمونه های کاویتاسیون ایجاد می شود . با وجود انجام مطالعات گسترده ، ساختار کاربردی این نوع کاویتاسیون ، هنوز مشخص نگردیده است .
از یک دیدگاه ، جریان های کاویتاسیون باید در بالای یک پوشش کاربردی در صفحه به منظور پیش بینی صحیح عملکرد در شرایط پیشنهادی طرح و تشخیص پتانسیل لازم برای ایجاد صدا و فرسایش طراحی گردند . این موضوع ، تا کنون به طور کامل مشخص نگردیده است تهیه مدلی از حبابهای پایدار و جزئی ساده نیست و علت این امر مربوط به عملکرد معکوس معرف ایجاد جریان در مجاورت حباب واحیای آن می باشد . علاوه بر این ، همان طور که توسط کوبوتا و سایرین در سال 1922 مشخص گردید ، مدلهای حبابهای جزئی نمی تواند علت شکستن کاویتاسیون صفحه ای را در لبه انتهائی که ابرهای کاویتاسیون تفکیک می شوند مشخص نماید . در واقع فرآیند حتی در شرایط جریانهای آزاد و پایدار ، ناپایدار می باشد . و در پوششی خاص به صورت دوره ای می باشد . این امر ، نوسانی را در کاویتاسیون ابری در انتها ایجاد می کند که شدیداً فرسایش گر می باشد . اگر چه این جزئیات ، با کدهای متعدد و معمول ، مدلیزه نمی شود ولی پروفسور یانگ و همکارانش در سافل ( SAFL ) پیشرفتهای خوبی در این راستا داشته اند . آزمایشات هیدروفویل ها که در SAFL در دست اقدام می باشد منجر به توسعه مدل های متعدد و مهم می گردند .
کاویتاسیون پیشرفته :
مدت زمانی که حباب از بخار یا گاز پر می شود در مقایسه با دیمانسیون بدنه طولانی است ، این عمل تحت عنوان سوپر کاویتی ( حباب بسیار بزرگ ) می باشد . شکل و دیمانسیون حبابهای پر شده از بخار ، تغییر نمی کند و با تزریق هوا ، تقویت شده و ثابت نگه داشته می شود . شکل این حبابها مرتبط با عدد کاویتاسیون ( بر اساس فشار حباب ) می باشد . اهمیت مهندسی سوپر کاویتاسیون ، به طور ویژه مربوط به مدلی از مجاری هیدروفویل ها با سرعت خیلی زیاد می شود و با سوپر کاویتاسیون پروانه ها در تجهیزات آبی باسرعت زیاد و پمپ هائی با هد پایین رخ می دهد ، به طوری که سوپر کاویتاسیون محرک پمپ های راکتی یا فشفشه ای تلقی می شود . موارد دیگر ، نیاز به پمپاژ مایعات شدیداً فرار دارند . نمونه ای از پدیده سوپر کاویتاسیون در پشت صفحه با لبه تیز در تصویر نشان داده شده است .
سوپر کاویتاسیون روی لبه تیز صفحه جهت جریان از راست به چپ می باشد .
تسهیلات و تکنیکهای بررسی کاویتاسیون :
بررسی های زیادی در مورد کاویتاسیون در آزمایشگاه انجام می گیرد . اخیراً پیشرفتهائی در زمینه تکنیک های پایش کاویتاسیون در توربین های آبی صورت گرفته است .
تجهیزات آزمایشگاهی لازم برای بررسی عبارتند از :
1- تونلهای آبی
2- فلومهای کاهنده فشار
3- مخازن آب کم فشار
4- لوپهای آزمایش پمپ ها و توربین ها
5- لوازم آزمایش فرسایش ناشی از کاویتاسیون
رعایت نکات زیر در آزمایشهای کاویتاسیون ضروری می باشند :
– دقت
– پایداری
– کنترل مستقل فشار و سرعت
– تجهیزات اندازه گیری سرعت
– فشار
– دما
– میزان گاز محلول
– میزان هسته ها
– تجهیزات عکس برداری و ویدئو
به علت ناپایدار بودن ماهیت کاویتاسیون و انجام فرآیندهای فیزیکی شدیداً سریع و سقوط حبابها و ایجاد فرسایش ، آزمایشگاهها باید مجهز به ویدئو با سرعت زیاد و ویژه و دوربین های عکس برداری باشند که این تجهیزات ظرفیتهای خیلی زیادی دارند . آخرین تجهیزات ویدئوئی دارای ظرفیتهائی در حدود 40, 500fps می باشند .
لوپهای آزمایش پمپ ها و توربین ها :
این لوپها شبیه به تونلهای آبی می باشند . آزمایش تعیین مدل ، یکی از نکات مهم در فازهای طراحی و توسعه ساختار توربین ها می باشد . به همین دلیل ، اکثر آزمایشگاهها ، مجهز به ایستگاههای آزمایش مدل توربین می گردند که این ایستگاهها به متولیان منسوب می گردد .
بعضی از این آزمایشگاهها نظیر SAFL ( همان طور که در شکل 8 دیده می شود ) مستقل می باشند . در این آزمایشگاهها ، لوپهایی برای آزمایش کاویتاسیون موجود می باشد و ارزشیابی هائی از نظر عملکرد نسبی بین متولیان که در حال رقابت می باشد صورت می گیرد .
یک مدل توربین ، بدین صورت است که فشار زیاد آب از یک مخزن مرتفع شروع به حرکت کرده و به مخزن پایینی منتقل می شود .
جریانی که توسط پمپ به گردش در می آید ، کاملاً در زیر ارتفاع مدل قرار می گیرد . در این هنگام ، جهت حصول اطمینان از انجام بی قید و شرط کاویتاسیون ، آزمایش کاویتاسیون با مدل توربینی انجام می گیرد .
یک مزیت مهم لوپهای آزمایش توربین های چرخشی این است که آزمایش کاویتاسیون در رنج گسترده ای از شاخص های کاویتاسیون در ارتفاع و جریانی ثابت صورت می گیرد که انجام این آزمایش در حالت عادی در فیلد مشکل می باشد .
تسهیلات آزمایش فرسایش کاویتاسیون :
در موارد زیادی ، عمر سرویس تجهیزات و ساختارهای هیدرولیکی که تحت تاثیر فرسایش کاویتاسیون قرار می گیرند رنجی حدود ماهها تا سالها دارند .
چون دوره نسبتاً طولانی برای سنجش و بررسی فرسایش در فیلد مورد نیاز می باشد پس تکنیکهای مختلفی در آزمایشگاه برای کوتاه کردن زمان آزمایش توسعه یافته اند .
فاکتور تراکم زمانی که در آزمایشات فرسایش شدید مطرح می باشد ، چیزی در حدود 105 می باشد .
اکثر وسایلی که استفاده می شوند تناسب کمی با شرایط منطقه عمل دارند ، پس این وسایل به طور ویژه برای آزمایشات غربالگری مواد مختلف استفاده می شوند . اساس تحقیقات اخیر در SAFL آزمایشات غربالگری با هدف پیش بینی طول عمر سرویسها در کاربردهای گوناگون و متنوع می باشد .
رایج ترین وسیله ای که استفاده می شود ، دستگاه ارتعاش ASTM می باشد . یک ظرف متحرک ، یک منطقه فشاری دوره ای را ایجاد می کند که رشد دوره ای را تحریک کرده ، منجر به سقوط حبابهای کاویتاسیون ابری می گردد . نمونه ای که در بالای ظرف یا زیر آن هست به آسانی فرسوده می شود فرکانس استاندارد عملکرد 20 KH2 می باشد که در اثر گردش سریع فرآیند کاویتاسیون ، فرسایش زیادی را ایجاد می کند .
از این تکنیک در SAFL استفاده می شود . همان طور که تا کنون ذکر شده ، روش های جدید برای اندازه گیری میزان فرسایش در منطقه توسعه یافته اند ، معمولاً میزان فرسایش با سنجش صدا یا ارتعاش بررسی می گردد .
کاویتاسیون در عمق :
کلمه لاتین کاووس که به معنای چاله یا حفره می باشد و به شکلی از فرآیند کاویتاسیون اطلاق می گردد ودر واقع همان حضور حبابها در مایع می باشد .
یکی از تفاوتهای مهم حبابهای کاویتاسیون و حبابهای گازی ، شرایط داخلی این حبابها می باشد .
مراحل فرآیند کاویتاسیون در پمپ :
فرآیند چند مرحله ای کاویتاسیون در یک پمپ بدین صورت بیان می گردد :
1- فشار موضعی جریان مایع تا زیر فشار بخار افت می یابد
2- مولکولهایی که در معرض فشار پایین می باشد باعث تغییر فاز مایع به فاز گاز می شوند .
3- وقتی که مولکولهای فاز مایع به مولکولهای فاز گازی تغییر می یابد ، حجم اشغال شده توسط مولکولها به مقدار زیادی افزایش می یابد . در مورد آب ، در شرایط فشار در سطح دریا و نزدیک به نقطه انجماد ، حجم اشغال شده توسط ملکولهای آب تا حدود 1700 برابر افزایش می یابد .
4- اگر شرایط برای پیشرفت یا افزایش کاویتاسیون مساعد باشد ، مولکولهای فاز گازی به صورت حفره های بزرگتر گازی به هم پیوسته یا تجمع می یابند . حفره های گازی به صورت ساختارهای مرئی بزرگی تجمع یافته و به اشکالی نظیر طنابی ، ورقه ای و شعله ای ظاهر می شوند . حفره های گازی ممکن است در طول مسیر جریان به اشیاء بچسبند .
5- مواد دیگر در محلول ممکن است باعث تغییر فاز شده یا ممکن است به بیرون از محلول نفوذ کنند . فشار کم ممکن است باعث فوق اشباع شدن مایع از یک ماده شود و ماده به بیرون از محلول ، به صورت جامد یا گازی نفوذ یابد .
6- آخرین مرحله فرآیند.
وقتی شروع می شود که فشار سیال افزایش می یابد به طوری که سیال از طریق پمپ یا سوپاپ یا در اثر وجود یک محرک حرکت می کند . افزایش فشار سیال در حبابها ، باعث جابجایی دیواره حباب به طرف جلو می گردد . گاز در اطراف حباب متراکم می شود تا اینکه به فشار بخار نزدیک می شود در این نقطه ، ظاهراً فرآیند از حالت تراکم به فازی دیگر ، تغییر می کند .
عامل افزایش حجم در اینجا باعث انقباض گردیده ، یعنی حجم اشغال شده توسط مولکولها با فاکتوری حدود 1700 برای آب در شرایط نزدیک شرایط اتمسفر کاهش داده می شود . در اثر فشار گاز ، دیواره های داخلی حباب محافظت نشده و دیواره حباب به سرعت به سمت جلو حرکت می کند .
7- فرآیند اشغال مجدد حباب توسط مایع که سریعاً صورت می گیرد تحت عنوان انفجار می باشد زیرا که دیواره های حباب با سرعت زیادی در حرکت به سمت جلو از یکدیگر سبقت گرفته و با نیروی زیادی به یکدیگر برخورد کرده و مقادیر زیادی انرژی در مقیاس میکروسکوپی در مدت زمانی بسیار کوتاه آزاد می کنند .
8- انفجار ( ترکیدن ) فرآیندی بی نظم می باشد که نتایج آن بسته به متغیرهای زیاد چند برابر می گردد .
9- برخی پدیده های فیزیکی که ممکن است رخ دهند عبارتند از :
تشکیل پلاسما ( که حالت چهارم ماده می باشد ) در جایی که الکترونها از اتمها جدا می شوند انتشار نور ( درخشندگی نوری ) ایجاد فشار زیاد ، ایجاد دمای زیاد و امواج شوک دهنده .
آزاد سازی انرژی :
انرژی آزاد شده در اثر سقوط حبابها بسیار زیاد بوده ، اما در مقیاس میکروسکوپی می باشد . حتی مهندسین مجرب از شدت های سنجش شده و گزارش شده در مطبوعات متعجب می شوند .
رنجی که برای پدیده . در مطبوعات گزارش شده بدین شرح می باشد :
فشار: 6 منبع گستره ای در حدود 12000 Psi تا 150000Psi گزارش داده اند.
دما : 5 منبع رنجی در حدود 6700 k تا 10000 ارائه می دهند .
سرعت : 4 منبع ، رنجی در حدود تا ارائه می دهند .
حجم : میزان تغییر در حجم به طور تقریبی 1700 برابر می باشد .
زمان : یک منبع ، کل زمان سقوط را کمتر از 2 میکروثانیه گزارش می دهد یعنی دو یا بیش از دو موج شوک دهنده با طول مدت 10 نانو ثانیه و 60 نانو ثانیه این اطلاعات برای نشان دادن ماهیت و طبیعت کاویتاسیون ارائه شده است . حتی اگر فقط کمترین مقادیر به صورت محافظه کارانه در نظر گرفته شود ، باز هم مقداری انرژی که عامل تخریب ساختار و تکریب مواد می باشد بوجود می آید چرا که این نوع حبابها ، تفاوت زیادی نسبت به انواع دیگر حبابها دارند .
انواع کاویتاسیون در پمپهای سانتریفوژ :
چهار نوع کاویتاسیون در پمپهای سانتریفوژ به شرح ذیل وجود دارد :
1- کاویتاسیون مکشی ( به علت NPSH پایین )
این نوع کاویتاسیون در اثر ناکافی بودن NPSHA ایجاد می شود . ایده کلی بر این است که برای جلوگیری از کاویتاسیون مکشی ، NPSHA باید حداقل مساوی یا در صورت ممکن بیشتر از NPSHR باشد . سوالی که در اینجا مطرح می شود این است که چه مقدار NPSHA از NPSHR بیشتر باشد کافی است ؟
توافق کلی بر این است که در صنایع خاص ، توجه به پمپها و سیالات خاص ، در پاسخ به این سوال مد نظر قرار گیرد . این راه حل ممکن است از نظر بسیاری افراد ، رضایت بخش نباشد . ماهیت دقیق کاویتاسیون و پمپها خیلی پیچیده وکامل است واگر کسی قصد دستیابی به پاسخهای قطعی و صحیح دارد باید گفت ، شناخت ماهیت آنها بسیار مشکل می باشد مطالعات و بررسی های انجام شده در این زمینه می تواند مفید باشد . این مساله یک موضوع را که در مورد پمپها کمتر شناخته شده ، مشخص می کند . در اکثر پمپها پدیده کاویتاسیون رخ می دهد . کاویتاسیون اولیه ، اغلب همیشگی می باشد توقف کاویتاسیون اولیه ، اغلب غیر ممکن می باشد . اما این نوع کاویتاسیون ، همیشه خیلی مضر نیست و همیشه جریان را به طور قابل توجهی محدود نمی کند . بنابراین پاسخ به این سوال که چه مقدار NPSHA از NPSHR بیشتر باشد کافی است ، ساده می باشد چرا که باید مقدار NPSHA به اندازه ای باشد که حداقل مقدار صدمات را به پمپ وارد کند .
در واقع باید گفت ، مقدار تفاوت زیاد NPSHA از NPSHR در مقایسه با ما به التفاوت کمتر ، صدمات بیشتری را در پمپ ها ایجاد می کند به خصوص وقتی که کنترل در مورد آبهای سرد مطرح باشد . . ( با دمای کمتر از 150 درجه فارنهایت )
مباحث دیگر که برای یادگیری بیشتر در زمینه کاویتاسیون مکشی مطرح می شود عبارتند از :
– ارتفاع مکش مثبت خالص ( NPSH )
– ورودی پمپ ها
– خصوصیات پمپ ها – NPSHR
– نوع سیال
2- کاویتاسیون چرخشی :
این نوع کاویتاسیون در میزان جریان کم در پمپ ها رخ می دهد دو نوع از این کاویتاسیون که ممکن است با هم یا مجزا رخ دهند عبارتند از :
مکشی و دهشی ( تخلیه ای )
وقتی که دو مسیر جریان در سیال برخلاف یکدیگر حرکت می کنند و تقریباً به یکدیگر نزدیک می باشند ، جریان گردابی در حدفاصل دو جریان بوجود می آید و این جریان منجر به سرعت زیاد سیال و ایجاد تلاطم می شود و نهایتاً حبابهای موضعی در اثر فشار کم در جایی که کاویتاسیون رخ می دهد ایجاد می شود .
اینکه چگونه در یک پمپ با میزان جریان کم ، کاویتاسیون چرخشی رخ می دهد در اصل تابع نوع و طرح پمپ می باشد . به طوری که پمپ هایی با سرعت ویژه پمپاژ کمتر ( NS ) و سرعت ویژه مکش پایین تر ( NSS) نسبت به کاویتاسیون چرخشی مقاومترند .
کاویتاسیون چرخشی مکشی :
در اثر معکوس شدن جهت سیالی که به نازل مکشی پمپ وارد می شود ، گردابهایی با سرعت زیاد در مرکز بالابر یا نزدیک به مرکز بالا در نازل مکشی یا در لوله منتهی به نازل مکشی ایجاد می گردد .
صدمات ناشی از کاویتاسیون که به علت وجود فشار در اطراف پره ها در نزدیکی مرکز بالابر دیده می شود نشان دهنده کاویتاسیون چرخشی می باشد و این صدمات کاملاً مشخص می باشند .
وقتی که به مرکز بالابر نگاه می کنیم فشار در اطراف پره ها در ورودی جریان ، بیشتر در قسمت تحتانی پره ها می باشد و ممکن است پدیده فقط با استفاده از آینه قابل رویت باشد . صداهای ناشی از کاویتاسیون چرخشی از دیگر صداهای کاویتاسیونها متمایز بوده و کاملاً مشخصند .
صدای کاویتاسیون مکشی به صورت صدای توخالی ، شکستن ، ضربت زدن و کوبیدن با حداکثر شدت در نازل مکشی تشخیص داده شده اند .
کاویتاسیون چرخشی دهشی ( تخلیه ای ) :
در اثر تخلیه سیال در اطراف بالابر و معکوس شدن نازل تخلیه ای پمپ برای میزان جریانهای کم گردابهایی با سرعت زیاد در حدفاصل دو جهت جریان ایجاد می شود . نهایتاً مناطق کم فشار موضعی ایجاد شده ، فشار تا زیر فشار بخار سیال افت می یابد و کاویتاسیون در سیال ایجاد می شود .
صدمات ناشی از کاویتاسیون چرخشی ممکن است در اطراف نقطه تخلیه بالابر ، در آب شکن اطراف نازل تخلیه و یا در لوله نزدیک به نازل تخلیه ایجاد شود .
صداهای مربوط به کاویتاسیون تخلیه ای نسبت به صداهای کاویتاسیون مکشی کمتر می باشد . صدای کاویتاسیون چرخشی دهشی اغلب در نازل تخلیه ای پمپ شنیده می شود و وقتی که کاویتاسیون مکشی رخ می دهد صدای توخالی و یا شکستن شنیده نمی شود .
عکسهای موجود در صفحه نوع و محل آسیب های وارده در اثر کاویتاسیون چرخشی تخلیه ای را نشان می دهد . عکس زیر صفحه ، کاویتاسیون چرخشی تخلیه ای را که در اطراف پمپ مورد بهره برداری رخ می دهد ، نشان می دهد .
کاویتاسیون اولیه :
جهت درک و شناخت کاویتاسیون اولیه ، در ابتدا باید تعریف NSPNi ( ارتفاع مکش مثبت خالص ) و NPSHR را دانست . اختلاف فشار ( dp یا p ) : اختلاف فشار ایجاد شده در یک پمپ ، در ورودی و خروجی نازلها اندازه گیری می شود .
Npshi : فشار سیال در حالتی است که کاویتاسیون در اطراف پمپ متوقف می شود که این فشار در نازل مکشی پمپ اندازه گیری می شود .
NpshR : فشار سیال است که در نازل مکشی پمپ در حالتی که % 3 افت کامل در وجود دارد ، اندازه گیری می شود . علت % 3 افت در ، محدودیت جریان و عدم کارآیی ایجاد شده در اثر کاویتاسیون می باشد .
تعریف کاویتاسیون اولیه :
این کاویتاسیون ، در اطراف پمپ ، با مقدار % 3 NsphR به بالا تا رسیدن به نقطه شروع رخ می دهد . در اکثر پمپها ، کاویتاسیون اولیه در هر زمانی رخ می دهد که علت آن وجود تلاطم ایجاد شده در بالابر می باشد که منجر به موضعی شدن فشار در زیر فشار بخار پمپاژ می گردد .
در مراکز تجاری فروش پمپ ها ، حضور همیشگی کاویتاسیون اولیه ، عامل ایجاد صدمات کوچک و افت کم عملکرد به نظر می رسد که این نظریه به طور عموم بحث نمی شود .
واقعیت این است که صدمات ناشی از کاویتاسیون اولیه ( به جز در مراکز تجاری خاص ) یک موضوع مشترک نیست . موضوع این است که تمایل به مراکز تجاری فقط در جاهایی که پمپ های مکشی پر انرژی استفاده می شوند وجود دارد .
برجهای سرد کننده HVAC ، سیستم های آب سرد و پمپ های تغذیه دیگ بخار ، مشکلات کاویتاسیون اولیه را به طور جدی دارند .
تفاوت NPSHA و NPSHR منجر به افزایش شدید صدمات کاویتاسیون اولیه می گردد پس هر چه این تفاوت بیشتر باشد ، صدمات بیشتر است ، تا جائی که به مقدار NPSHi می رسد که معمولاً غیر قابل دستیابی می باشد .
هر چه آب سردتر باشد صدمات کاویتاسیون بیشتر است . موسسات هیدرولیکی ودیگر موسسات مربوطه ، مقدار تفاوت کلی از NPSHA را برای مراکز تجاری خاص تثبیت کرده اند .
عوامل تعیین کننده کاویتاسیون اولیه :
1- مایعاتی با وزن زیاد نظیر آب به ویژه وقتی که مایعات در دمای پایین تر قرار می گیرند برای مثال آب در دمای و یا در دمای کمتر قرار می گیرد . در واقع آب یکی از مهمترین عوامل در بحث صدمات کاویتاسیون می باشد .
2- میزان خاصی از سرعت ویژه پمپ
3 سرعت ویژه مکش زیاد و انرژی زیاد ( HI ) در پمپ های پرانرژی که سرعت بوسیله نمودار و بر حسب انرژی تعیین می شود .
4- سیستم هایی با مقدار زیاد
5- سیتم هایی با تفاوت زیاد NPSHA و NPSHR
عوامل دخیل در کاویتاسیون اولیه ، سرعت ویژه مکش پمپ و سرعت ویژه مکش بیشتر می باشد که این عوامل باعث مطرح شدن کاویتاسیون اولیه به عنوان یک مشکل می شوند .
پمپ های انرژی با مکش زیاد ، مقدار ما به التفاوت بیشتری را برای NPSHA نسبت به NPSHR نیاز دارند . در نظریات مختلف راجع به این موضوع ، مقدار تناوب NPSHA نسبت به NPSHR 2 تا 20 برابر گزارش گردیده است .
روش های ساده و کاملاً مشخصی برای درک این موضوع که چرا این پمپ ها را باید فقط براساس تجربه بکار برد وجود ندارد . در اینجا تفاوت زیاد NPSH مورد نیاز است و اگر NPSH به مقدار خیلی زیاد ، تامین شود ، صدمات کاویتاسیون اولیه به عنوان یک مشکل مطرح می شود .
بعضی پمپ ها با ما به التفاوت کمی ، خوب کار می کنند ولی برخی دیگر ، ما به التفاوت بیشتری نیاز دارند . دلیل این بی نظمی ، مربوط به روش تعیین مقادیر NPSHR می باشد . موسسات هیدرولیکی استاندارد مقدار NPSHR را در نقاطی تعیین می کنند که % 3 افت کامل dp در پمپ ها رخ می دهد به طوری که فشار ورودی پمپ کاهش می یابد . در پمپ هائی با انرژی مکشی کم و پمپ هایی با سرعت ویژه مکش کم که % 3 افت dp دارند ، مقدار کاویتاسیون کم و قابل تعیین می باشد .
پمپ هایی با انرژی مکشی زیاد و سرعت ویژه مکش زیاد ، کارآیی بیشتری برای انتقال آب در بالابر دارند به طوری که % 3 افت dp بین مقدار زیادی کاویتاسیون می باشد و می تواند شدیداً و به سرعت به پمپ ها صدمه وارد کند. به طور کلی % 3 NPSHR تاثیر یکنواختی برای همه پمپ ها ندارد .
عبور پره ها از سندرم کاویتاسیون :
کاویتاسیون وقتی ایجاد می شود که قسمت بالائی پره های بالابر نسبت به آب شکن خیلی کوچک باشد که این خصوصیت منجر به ایجاد تلاطم زیاد گردیده و در هر زمان که یه پره از آب شکن عبور می کند ، کاویتاسیون و ارتعاش ایجاد می شود .
معمولاً محل آسیب های کاویتاسیون باید مشخص گردد . صدمات ناشی از نوعی کاویتاسیون ویژه ممکن است در مرکز آب شکن ، راس پره بالابر ، لبه خروجی پوشش بالابر و احتمالاً در دیواره پمپ ، در قسمت پایین دست جریان و مستقیماً پشت آب شکن مشاهده شود .
مهندسین سعی بر این دارند که به تولید کنندگان پمپ اجازه تولید پمپ با بزرگترین قطر ممکن برای بالابر را ندهند و بدین صورت از مشکل مذکور جلوگیری کنند . این مورد خاص مهندسین نیست چرا که تولید کنندگان پمپ نیز، بدون آگاهی از مشکل ، پمپ را به پره هایی مقاوم نسبت به سندرم مجهز می کنند این عمل که به تولید کنندگان پمپ اجازه تولید بالابر با بیشترین قطر داده نشود ، از دید برخی مولدین پمپ ها ، قابل قبول می باشد . به هر حال اگر که تولید کننده ، پمپ فردی موفق باشد باید اجازه تولید پمپ با بزرگ ترین قطر ممکن داده شود ، چرا که ممکن است پمپ کارآیی بیشتری داشته باشد .
کاویتاسیون می تواند منجر به تخریب پمپ ها و سوپاپها و افت سریع کارآیی پمپ ها گردد . علت افزایش متوالی افت کارآیی که وسیله را از درجه اعتبار ساقط می کند فرسایش اجزاء پمپ در اثر کاویتاسیون می باشد . پس موضوع مهم این است که با پیش بینی و کاهش کاویتاسیون و صدمات ناشی از آن و تشخیص و یافتن راه حلهای کاربردی برای مشکلات کاویتاسیون این پدیده را به طور کافی بشناسیم .
افزایش فرسایش شیمیایی در اثر کاویتاسیون :
پمپ هایی که در شرایط کاویتاسیون استفاده می شوند نسبت به خوردگی و واکنشهای شیمیایی آسیب پذیرترند . فلزات ، معمولاً دارای یک لایه اکسید یا لایه غیر فعال می باشند که آنها را از خوردگی بیشتر محافظت می کند .
کاویتاسیون ، لایه اکسید و غیر فعال را به صورت اصولی و مداوم حذف می کند و فلزات محافظت نشده را با اکسیداسیون بیشتر مواجه می کند . دو فرآیند کاویتاسیون و اکسیداسیون که با هم و به سرعت رخ می دهند فلزات را از دیواره پمپ و بالابر حذف می کنند . فولاد ضدزنگ نسبت به این فرآیندها آسیب پذیر نیست .
انتخاب مواد ( جنس تجهیزات مقاوم به کاویتاسیون ) :
هیچ فلز ، پلاستیک و یا ماده دیگری تا کنون شناخته نشده که بتواند نسبت به سطوح بالای انرژی آزاد شده در اثر کاویتاسیون که با گرما و فشار همراه می باشد مقاومت کند در عمل ، باید برای انتخاب فلزات ، طول عمر بیشتر و نظر مصرف کنندگان در خصوص میزان مقاومت نسبت به انرژی های کاویتاسیون در نظر گرفته شود ، پس توجه به ساختار ترکیبی پمپ ، ارزشمند و مفید می باشد .
فلزات رایج نظیر چدن و برنز برای ساختار ترکیبی پمپ مناسبند . پمپ های چدنی و برنزی می توانند برای 20 سال یا بیشتر بدون هیچ مشکلی خوب کار کنند حتی بعضی از این پمپ ها با داشتن کاویتاسیون هم کار می کنند .
عوامل موثر در انتخاب مواد مقاوم نسبت به کاویتاسیون :
1- خوردگی ناشی از پمپاژ ، آب کلردار ، آب نمک و اکسید کننده ها
یک فلز که معمولاً در مورد فرسایش مشکلی ندارد در پدیده کاویتاسیون با یک واکنش شیمیایی خاص آسیب پذیر می شود . پدیده کاویتاسیون باعث خوردگی لایه غیر فعال می شود ( لایه غیر فعال ، به طور معمول فلز را در برابر خوردگی حفظ می کند ) اگر لایه سطحی و غیر فعال فولاد ضدزنگ با گذشت زمان در اثر کاویتاسیون حذف شود فلز دچار خوردگی شیمیایی می شود پس لایه جدید فلز ( بی محافظ ) در تماس با عامل اکسیداسیون قرار می گیرد .
2- میزان جریان کم : کاربرد طولانی مدت تجهیزات با میزان جریان کم می تواند منجر به ایجاد دو نوع کاویتاسیون چرخشی گردد .
3- کم بودن مقدار NPSHA : بهره برداری طولانی مدت در شرایط NPSHA کم یا ناکافی بودن NPSHA
4- مایعات با وزن سنگین ( چگالی زیاد ) : مایعات سنگین نظیر آب صدمات بیشتری را در شرایط مختلف پدیده کاویتاسیون ایجاد می کند چرا که مولکولهای آب بسیار کوچک و متراکم می باشند . از آن جا که چگالی بیشترین مقدار را در دماهای پایین تر دارد ، پس آب و مایعات مشابه در دمای کمتر از مشکل بیشتری را ایجاد می کنند .
5- پمپ هایی با سرعت مخصوص زیاد
6- سرعت ویژه مکش زیا
7- سیستم هایی با مقدار زیاد dp در پمپ ها
8- سیستم هایی با اختلاف زیاد NPSHA نسبت به NPSHR
وقتی که NPSH کاهش می یابد ممکن است صدمات ناشی از کاویتاسیون کاهش یابد یاعملاً حذف شود .
پایداری مواد :
مواد ذکر شده زیر بر اساس میزان مقاومتشان نسبت به خوردگی فهرست بندی شده اند چدن کمترین مقاومت و استیل بیشترین مقاومت را نسبت به صدمات ناشی از کاویتاسیون دارد .
1- چدن نشکن
2- برنز سرب اندود
3- فولاد با قالب کربنی
4- برنز همراه با منگنز
5- CF – 8M Monel
6- چدن CF – 8M , CA6 – NM , CA-15
7- فولاد ضدزنگ ( با رسوبگذاری چدن ، چدن دولایه )
8- چدن ، نیکل ، آلومینیم ، برنز
9- تیتانیوم
10- ترکیب ضدزنگ کروم و منگنز
11- استیل
12- چدن آمیخته با کربن ، کروم ضد زنگ
تشخیص کاویتاسیون
تشخیص کاویتاسیون به وسیله صدا :
مقادیر کم کاویتاسیون در پمپ ها ممکن است قابل شنیدن باشد اما مقادیر بالاتر ، صداهای مشخصی ایجاد می کند که به وضوح قابل شنیدن است . این صدا علامت و اثری قابل تشخیص برای افراد کارآزموده و مجرب می باشد . کاویتاسیون ، صداهای متفاوتی ایجاد می کند که بستگی به تجهیزات و شرایط و نوع کاویتاسیون دارد .
ویژگی های صدای ناشی از کاویتاسیون به صورت زیر می باشد :
در پمپ ها ( محتوی آب یامایعاتی با وزن مشابه )
1- ترکیدن یا جزو وز کردن
2- پرتاب کردن سریع تکه فولادی کوچک
3- صدای هیس هیس ، هجوم ، تکان دادن یا صدای ثابت شبیه به صدای رادیو و تلویزیون
4- صدای ناشی از کاویتاسیون چرخشی به صورت صدای ضربه، چکش خوردن یا شکستن می باشد به طوری که این نوع کاویتاسیون از سایر انواع کاویتاسیون کاملاً قابل تشخیص می باشد .
در دریچه ها :
1- صدای شبیه به صدای ناله با نوسان زیاد
2- صدای شبیه به آواز با نوسان زیاد
دریچه ها ( با جریان زیاد ) :
صدای مربوط به دریچه کاملاً باز با میزان جریان زیاد ، دلیل بر کاویتاسیون نیست . در واقع صدای ناشی از میزان جریان زیاد شبیه به صدای کاویتاسیون در یک پمپ می باشد و ممکن است کاویتاسیون در دریچه رخ دهد یا ممکن است رخ ندهد . این صدا به صورت صدای هجوم یا هیس هیس می باشد . دلایل کلیدی مشخص برای ثابت کردن یا رد کردن حضور کاویتاسیون در دریچه ، مبین این مطلب است که افزایش و کاهش خیلی کند جریان در دریچه وجود دارد .
در یک نقطه کاملاً مشخص ، اگر تغییر کوچکی در میزان جریان ، صدای آشکار یا پنهانی ایجاد نماید ، احتمال ایجاد کاویتاسیون وجود دارد . اگر صدا مشخص شود یا به کندی در پاسخ به تغییرات زیاد میزان جریان ، ناپدید شود احتمال ایجاد کاویتاسیون وجود ندارد .
سطوح عمومی صدا :
اگر صدای مشخص و واضحی وجود نداشته باشد یا شخص شنونده نتواند نوع خاصی از صدا را تشخیص دهد ، سطوح عمومی صدا می تواند به صورت زیر تشخیص داده شود .
1- اگر صدا کم شود یا ناپدید شود ، به موازات اینکه میزان جریان کاهش می یابد احتمالاً کاویتاسیون مکشی در پمپ ایجاد می شود .
2- اگر صدا کم شود یا ناپدید شود ضمن اینکه میزان جریان افزایش می یابد ، کاویتاسیون چرخشی ممکن است ایجاد شود .
3- اگر صدا ناپدید شود ضمن اینکه فشار مکشی افزایش می یابد ، کاویتاسیون مکشی ممکن است ایجاد شود . در نوعی پمپ که پدیده کاویتاسیون مکشی در اثر گرفتگی شبکه های ورودی رخ می دهد 86 دسی بل صدا ایجاد می شود . بعد از تمیز شدن شبکه های ورودی سطح صدا تا 66 دسی بل کاهش می یابد .
جلو گیری از کاویتاسیون :
انتخاب روش جلو گیری از فرسایش ناشی از کاویتاسیون در جریان های اضافی باید بر اساس مفروضاتی نظیر توپوگرافی ،زمین شناسی ،شرایط هیدرولوژیکی و نیز هدف نیروگاه از مقایسه فنی اقتصادی انواع روشها باشد.
پس لازم است که نه فقط اثرات خروج آب را از ساختارها و محیط هی مجاور بررسی و محاسبه کنیم بلکه عواملی که بطور معکوس اثر می کنند را نیز باید در نظر گرفت .
سطوح بتنی ساختارهایی که در معرض جریانهای اضافی با سرعت ریاد قرار می گیرند باید مطابق با رهنمود ها و برای ارتفاع 50تا60 متر به بالا ساخته شوند . برای ارتفاعات بیشتر ،توصیه می شود که از روشهای دیگری برای حفاظت در برابر فرسایش کاویتاسیون استفاده شود . تصمیم بر این است که ترکیبات پلیمری محافظ و موثر از نظر درجه اعتبار ، دوام و اثرات تکنیکی توسعه داده شوند . هوادهی (کاهنده جریان ) از نظر اقتصادی از فرسایش کاویتاسیون بر روی سطوح سخت جلو گیری می کند . انواع هواده ها و سیستم های انتقالی هوا بطور موثری در مجاری خروجی سر ریز ها ،تونل هاو آبگیر ها استفاده می شوند.
پدیده کاویتاسیون ، در ماشینهای هیدرولیکی با سرعت زیاد و نیز در ساختار های هیدرولیکی بزرگ، مشاهده می گردد .
توربینها ، پمپ ها ، پروانه کشتی ها و دیگر صنایع آبی ، مجاری سر ریز و دریچه آبگیر سد های بزرگ ،وسایل اندازه گیری جریان و بخش های خاصی از لوله کشی ها ، مثالهایی در این زمینه می باشند .
در اینجا باید عوامل موثر در ایجاد کاویتاسیون د ریک جریان را بررسی کرد. معادله برنولی به صوت انرژی در واحد حجم بیان میگردد:
+ p + = Aثابت ( یا Ev)
فشار در هر نقطه عبارتست از :
P = Ev – – 52
انرژی کامل در واحد حجم (EV ) بعنوان یک ثابت در طول خط جریان چرخشی و در کلیه نقاط جریان غیر چرخشی می باشد . از معادله فوق ، می توان چنین استنباط کرد که :
فشار در یک نقطه (P ) بستگی به سرعت و ارتفاع بنا داشته و رابطه معکوس با آنها دارد .
بعبارتی دیگر ، وقتی که سرعت یا ارتفاع یا هر دو افزایش می یابد، فشار کاهش می یابد . مناطق خاصی در هندسه جریان ، ممکن است که فشار آب را به حد فشار بخار کاهش دهند و ساختار یا وسیله را با کاویتاسیون مواجه سازد .
در طرحهای هندسی ، لازم است که مفروضاتی در خصوص کاربرد وسائل هیدرولیکی و ساختارها بدون هیچ نشانه ای از کاویتاسیون در نظر گرفته شود. پس لازم است مطمئن شویم که فشار هرگز تا حد فشار بخار مایع در دمای جریان ، افت نمی یابد . برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون در جریانهای آبی ، ارتفاع فشار مطلق نباید کمتر از 2.5M باشد .

6