کاویتاسیون در پمپ

کاویتاسیون در پمپ

اسلاید 1: عنوان ارائه :کاویتاسیون در پمپارائه دهنده :منصور عشقی استاد ارجمند :جناب مهندس مامات پائیز 1386

اسلاید 2: جریانی از مایع را در نظر بگیرید هرگاه فشار درون لوله به فشار بخار مایع نزدیک شود یا برسد مایع موجود در لوله شروع به جوشیدن می کند. و حباب های بخار در آن تشکیل می شود. این حباب های کوچک به همراه مایع به نقاطی که فشار در انجا با لاتر است منتقل می شود و می ترکند و باعث ایجاد اسیب به بدنه های لوله و پره های توربین می شود. این پدیده را کاویتاسیون (خلازایی) می نامند. کاویتاسیون در پمپ ها باعث ایجاد سرو صدا و پایین آمدن راندمان آن می شوند

اسلاید 3: كاويتاسيون پديده ايست كه در صورت بروز، موجب اختلال در عملكرد توربين آبي و پمپ مي شود. بعلاوه چنانچه اين پديده در زمان طولاني در ماشين رخ دهد خوردگي پروانه و پوسته را بدنبال خواهد داشت. مؤسسه Ireq در كانادا روش جديدي را ارائه داده كه با مطالعه وضعيت ارتعاشات محور پديده فوق بدقت مورد مطالعه قرار مي گيرد. اصول و مكانيزم كار اين روش بر پردازش سيگنال هاي ارتعاشي محور توربين مي باشد، كه توسط سنسورهاي ارتعاشي نصب شده بر روي ياتاقها اندازه گيري مي شود. با پردازش اين سيگنالها ميتوان محل وميزان شدت پديده كاويتاسيون را با دقت مناسبي تعيين و مشخص كرد.

اسلاید 4: استفاده از اين روش داراي مزاياي زير مي باشدتشخيص و محل يابي دقيق پديده كاويتاسيون وضعيت بهره برداري كه تحت آن پديده سايش رخ مي دهد دقيقا مشخص مي شود امكان اعمال تعميرات پيشگيرانه وجود خواهد داشت بازرسي دوره اي لازم نيست تعميرات پرهزينه لزومي ندارد افت هاي عملكرد كاهش مي يابند

اسلاید 5: فرآيند بكارگيري اين روش به ترتيب زير مي باشد : تعبيه حس كننده لرزش ياتاقان كاليبره كردن مكانيكي حس كننده ها پردازش سيگنال خروجي آناليز هيدرو ديناميكي ارزيابي وسعت منطقه كاويتاسيون شده و جرم از دست رفته كاربردهاي اين روش در موارد زير مي باشد.

اسلاید 6: توربين ها در موارد زير : نظارت پيوسته بر عملكرد توربين انجام آزمايش هاي اوليه بر روي مدل يا نمونه اوليه بررسي تأثير تعميرات انجام شده پمپ ها مسيرها و مجاري عبور سيال و غيره

اسلاید 7: كاويتاسيون پديده اي است كه در سرعتهاي بالا باعث خرابي و ايجاد گودال مي گردد . گاهي در يك سيستم هيدروليكي به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه اي پائين مي ايد و ممكن است اين فشار به حدي پائين بيايد كه برابر فشار سيال در آن شرايط باشد و يا در طول سرريز يا حوضچه خلاءزايي در اثر وجود ناصافيها و يا ناهمواريهاي كف سرريز خطوط جريان از بستر خود جدا شده و بر اثر اين جداشدگي فشار موضعي در منطقه جداشدگي كاهش يافته و ممكن است كه به فشار بخار سيال برسد .

اسلاید 8: در اين صورت بر اثر اين دوعامل بلافاصله مايعي كه در آن قسمت از مايع در جريان است به حالت جوشش درامده و سيال به بخار تبديل شده و حبابهايي از بخار بوجود ميايد . اين حبابها پس از طي مسير كوتاهي به منطقه اي با فشار بيشتر رسيده و منفجر ميشود و توليد سر وصدا مي كند و امواج ضربه اي ايجاد مي كند و به مرز بين سيال و سازه ضربه زده و پس از مدت كوتاهي روي مرز جامد ايجاد فرسايش و خوردگي ميكند . تبديل مجدد حبابها به مايع و فشار ناشي از انفجار آن گاهي به ١٠٠٠ مگا پاسكال ميرسد .

اسلاید 9: از انجايي كه سطوح تماس اين حبابها با بستر سرريز بسيار كوچك مي باشند نيروي فوق العاده زيادي در اثر اين انفجارها به بسترهاي سرريز ها و حوضچه هاي آرامش وارد مي كند . اين عمل در يك مدت كوتاه و با تكرار زياد انجام مي شود كه باعث خوردگي بستر سرريز مي شود و به تدريج اين خوردگيها تبديل به حفره هاي بزرگ مي شوند . اين مرحله را : Cavitation erosion or cavitation pitting مي نامند

اسلاید 10: در سرريز هاي بلند چون سرعت سيال فوق العاده زياد مي باشد ‚در نتيجه نا صا فيهاي حتي در حد چند ميليمتر هم مي تواند باعث ايجاد جدا شدگي جريان شود . هر نوع روزنه با برامدگي تعويض ناگهاني سطح مقطع هم مي تواند باعث جدايي خطوط جريان شود . اين پديده معمولا در پايه هاي دريچه ها بر روي سرريز ها‚در قسمت زير دريچه هاي كشويي و انتهاي شوتها رخ دهد .

اسلاید 11: شرايطي كه موجب كاويتاسيون مي گردد اغلب در جريانهاي با سرعت بالا پديد مي ايد . بطور مثال سطح آبروي سريز كه ٤٠ تا ٥٠ متر پايين تر از سطح تراز آب مخزن مي باشد بطور حاد در معرض خطر كاويتاسيون قرار دارد . پديده كاويتاسيون در جريانات فوق اشفته در پرش هيدروليكي در مكانهايي مثل حوضچه هاي خلاءزايي مشكلات فراواني ايجاد مي كند . صدمه كاويتاسيون به سازه هاي طراهي شده براي سرعتهاي بالا و در سد هاي بلند و سرريزهاي بزرگ يك مشكل دائمي است .

اسلاید 12: فاكتورهاي موثر در پديده كاويتاسيون :در طي حداقل ٢٠سال تجربه و بررسي عملكرد سرريزها ( شامل مدل و آزمايش بر روي پروتوتيپ ) اين طور نتيجه گيري شده كه كاويتاسيون در اثر عملكرد مجموعه اي از عوامل و شرايط است . معمولا يك عامل به تنهايي براي ايجاد مسئله كاويتاسيون كافي نيست ولي تركيبي از عوامل هندسي و هيدروديناميكي و فاكتورهاي وابسته ديگر ممكن است منجر به خسارت كاويتاسيون گردد .

اسلاید 13: از مهمترين عواملي كه مي توانند در اين زميه ممكن است دخيل باشند مي توان به موارد زير اشاره كرد : ١- عوامل هندسي : كه شامل موارد زير مي شود . الف : ناهمواريهاي سطحي سرريز‚خصوصا برامدگيها و فرورفتگيهاي موضعي ب- شكافهاي دريچه هاي كشويي و پايه هاي دريچه هاي قطاعي piers ج- ستونها د- درزهاي ساختماني Flow spitter & deflector ه-جدا كننده جريان ودفلكتورها Ports of ducts & pipe و- دهانه مجاري و لوله Change of water passage shape ز- تغير در شكل عبور جريان Misalinment of conduit ح- انحنا يا انحراف در مسير جريان در آبراهه

اسلاید 14: ٢- عوامل هيدروديناميكي : الف- دبي مخصوص ب – سرعت جريانج د- توسعه لايه مرزي

اسلاید 15: 1- تبخیر هنگامی که فشار سیال بسیار کاهش یابد یا دمای آن زیاد بالا رود ، پدیده تبخیر اتفاق می افتد . تمام پمپهای سانتریفوژ برای ممانعت از این تبخیر به هدی در خط مکش نیاز دارند که توسط سازنده پمپ تعیین می گردد و با فرض اینکه سیال پمپ شده ، آب خنک و تازه در دمای C 200 است ، محاسبه می شود .

اسلاید 16: از آنجا که خطوط لوله بین منبع تا مکش پمپ باعث ایجاد تلفات می شوند ، باید بعد از محاسبه ی این تلفات هد را تعیین کرد . روش دیگر بیان این مطلب این است که یک هد مثبت خالص مکش لازم (NPSHR) است تا از تبخیر سیال ممانعت کند .

اسلاید 17: با تفريق هد مثبت خالص مكش موجود (NPSHA) و فشار بخار سيال پمپ شده، عددي بدست مي آيد كه بايد برابر يا بزرگتر از هد مثبت خالص مكش لازم باشد . براي حل مشكل تبخير بايد هد مكش را افزايش ، دماي سيال را تنزل و يا NPSH لازم را كاهش داد كه در اين قسمت هر يك بررسي مي شوند :

اسلاید 18: الف)افزايش هد مكش : سيال داخل مخزن را افزايش دهيد .  سطح مخزن را بالا ببريد .  پمپ ها در گودال (سطح پايين تر از مخزن) بگذاريد .  تلفات لوله را كاهش دهيد . اين تلفات به دلايل مختلفي اتفاق مي افتند از جمله:

اسلاید 19: - طراحي سيستم غلط است . اتصالات بسيار زياد و يا قطر لوله بسيار كوچك است - خط لوله تركيده است .- مواد جامد بر روي جداره هاي لوله تشكيل شده است .- لوله مكش توسط يك ماشين سنگين زير گرفته شده و تركيده است .- صافي توري لوله مسدود شده است. .- هواگيرها ممكن در هواي سرد يخ بزنند ؛ مطمئن شويد كه هواگير مخزن باز است و مسدود نيست .- چيزي داخل لوله گير كرده كه ممكن است همانجا به وجود آمده و يا طي آخرين باز كردن سيستم از آن خارج و تميز نشده باشد . مثلاً احتمال دارد شير يكطرفه بشكند و نشيمنگاه آن در داخل لوله گير كند .

اسلاید 20: - جداره لوله يا اتصال خورده شده است . - پمپي بزرگتر نصب شده و سيستم موجود بخاطر دبي افزايش يافته ، تلفات بسيار زيادي دارد . - به جاي شير كشويي از شير سوپاپي استفاده شده است . - پوششهاي گرمايي يخ زده و لوله تركيده است . - واشري داخل لوله گير كرده است . سرعت پمپ افزايش يافته است . يك پمپ كمكي نصب كنيد . مخزن را پر فشار كنيد .

اسلاید 21: ب) پايين آوردن دماي سيال : تزريق مقدار كمي از سيال خنك كاري به مكش پمپ ، اغلب قابل اجرا است . لوله كشي را از تابش آفتاب ايزوله كنيد . نسبت به خطوط باز چرخش رانش دقت كنيد ، چرا كه مي توانند باعث گرم شدن سيال مكش شود .

اسلاید 22: ج) كاهش NPSH لازم :  از پمپ دو مكشه استفاده كنيد . اين كار مي تواند NPSHR را تا 27% كاهش داده و يا در بعضي موارد به شما اجازه دهد كه سرعت پمپ را تا 41% افزايش دهيد .  از پمپي با سرعت پايين تر استفاده كنيد . از پمپي با دهانه بزرگتر چشم پروانه استفاده كنيد .  در صورت امكان اينديوسر نصب كنيد ؛ چرا كه مي تواند NPSHR را تا حد 50% كاهش دهد .  از چند پمپ كوچكتر استفاده كنيد . سه پمپ با نصف دبي ارزانتر از پمپي بزرگتر به علاوه يدكي آن خواهد بود ؛ ضمن اينكه انرژي كمتري هم مصرف مي كنند .

اسلاید 23: 2- بلعيدن هواپمپ سانتريفوژ مي تواند 5/.%حجمي هوا را پمپاژ كند و در 6% هوا ، نتايج مي توانند خطرناك باشند . هوا از راه هاي مختلف وارد سيستم مي شود كه عبارتند از :  كاسه نمد  شيرهاي روي خط لوله آب  نشتي فلنجها  گردابه سيال نصب خط فرضي باي پس بسيار نزديك به مكش

اسلاید 24: هر دو مورد تبخير و بلعيدن هوا روي پمپ تأثير يكساني مي گذارند . حبابها هنگامي كه از چشم پروانه به سمت قسمتهاي پر فشار روانه مي روند ، متلاشي مي شوند . بلعيدن هوا به ندرت باعث آسيب به پروانه يا پوسته مي شود . اثر اصلي بلعيدن هوا تلفات دبي مي باشد . اگر چه بلعيدن هوا و تبخير هر دو اتفاق مي افتند ، اما راه حلهاي جداگانه اي دارند . بلعيدن هوا به شدت تبخير نبوده و به ندرت باعث آسيب رساندن مي شود ، اما دبي پمپ را كاهش مي دهد .

اسلاید 25: 3- باز چرخش داخلي اين وضعيت بر روي لبه ورودي پروانه قابل مشاهده است و معمولاً در نوك رانش كه به سمت مكش برمي گردد ، ايجاد مي شود . باز چرخش داخلي ممكن است در چشم مكش پمپ نيز پديدار شود . چنانچه از اسمش پيداست ، سيال باز چرخش مي كند و سرعتش افزايش مي يابد تا تبخير شود و سپس در محيط فشار بالا فرو مي ريزد . اين موضوع هميشه در پمپهاي با NPSH پايين ايجاد مشكل مي كند . براي جلو گيري از اين مشكل ، واژه « سرعت مخصوص مكش» تعريف مي شود تا شما را در تعيين اينكه چگونه پمپ نزديك بهترين نقطه بازدهي (BEP) كار كند ، راهنمايي نمايد .

اسلاید 26: 4- اغتشاش بهتر است سيال داخل لوله داراي سرعتي ثابت باشد . خوردگي يا انسداد مي تواند سرعت سيال را تغيير دهد و با تغيير سرعت سيال فشار نيز تغيير مي كند. طراحي خوب لوله كشي شامل موارد زير است :  فاصله بين مكش پمپ و اولين زانويي ، 10برابر قطر لوله باشد . در چيدن چند تايي پمپ ها ، ترجيح داده مي شود كه براي هر پمپ محدوده مجزايي وجود داشته باشد تا مكش يك پمپ با ديگري تلاقي نكند و اگر عملي نباشد ، تعدادي از پمپها را مي توان در يك مخزن بزرگ تكي به گونه اي نصب نمود كه :  پمپها در امتداد خطي عمودي بر ورودي جريان قرار گيرند .  فاصله ي بين محور پمپها بايد دست كم دو برابر قطر مكش باشد . دبي هر پمپ بايد كمتر از gpm 15000 باشد .  فاصله بين لقي ديواره پشت پروانه تا محور پمپ بايد حداقل 75/0 قطر مكش باشد .

اسلاید 27: 5- بدي مسير پره توجه داشته باشيد كه آسيب وارده به لبه پروانه ، از نزديكي زياد آن به دماغه پمپ (حلزوني) ناشي مي شود . در صورتي كه لقي (فاصله بين لبه پروانه و دماغه حلزوني) بسيار كوچك باشد ، سرعت افزايش و فشار كاهش مي يابد و در نتيجه تبخير موضعي بوجود مي آيد . حبابها بلافاصله بعد از دماغه متلاشي مي شوند و در آن حوالي آسيبهاي وارده به حلزوني مشاهده خواهند شد . براي ديدن آسيبها ، به نور چراغ قوه و آينه نياز است ، مگر اينكه به بيرون از حلزوني نيز رخنه كرده باشند . آسيبها به مركز پروانه محدود مي شوند و بر روي لفافها گسترش نمي يابند . اگر شما حداقل گشادي بين لبه پروانه و دماغه را 4% قطر پروانه براي پروانه هاي با اندازه كوچك (كمتر از ً14 يا mm355) و 6% در پروانه هاي با اندازه بزرگتر (بزرگتر از ً14 يا mm 355) در نظر بگيريد ، مي توانيد اين مشكل را رفع كنيد .

اسلاید 28:  در پمپ های دو مکشه ، چون چون چشم پروانه دوتاست ، دبی تقسیم بر 2 می شود. سعی کنید پمپهای با سرعت مخصوص مکش کمتر از 8500 (5200 متریک)خریداری نمایید و از مقادیر بالای 12000 (8000 متریک) به استثنای شرایط خاص صرف نظر کنید . مخلوط هیدروکربن ها و آب داغ در 9000 تا 12000 (5500 تا 7300 متریک) یا بالاتر ، احتمالاً می توانند کارکرد رضایت بخشی داشته باشند . سرعت مخصوص بالا نشان می دهد که چشم پروانه بزرگتر از حد طبیعی است و بازده ممکن است برای فراهم آوردن NPSHR پایین به خطر افتد .  مقادیر بالاتر سرعت مخصوص ممکن است به طراحی خاصی نیاز داشته باشد و همراه با مقداری کاویتاسیون کار کند .  عموماً پمپی که 50% زیر نقطه بهترین بازده (BEP) کار می کند ، کمتر قابل اطمینان است .

اسلاید 29: در پمپهایی با پروانه باز ، معمولاً می توان با تنظیم لقی پروانه طبق مشخصات سازنده مشکلات را تصحیح کرد . پمپهای با پروانه بسته مشکلات بیشتری دارند و به نظر می رسد که بهترین راه حل کاربردی این باشد که با سازنده تماس گرفته و درخواست شود تا در مورد طراحی پروانه و تغییرات ممکن در طراحی آن یا لقی های رینگ سایشی بررسی کند .