فهم تجويف المضخة: الوقاية والأسباب وأهمية السماح الكافي

باعتبارنا الشركة الرائدة في تصنيع الصمامات الصناعية في الصين مع أكثر من 30 عامًا من الخبرة، THINKTANK يُدرك أن التجويف، وإن لم يكن مشكلة جديدة في أنظمة المضخات، يزداد انتشارًا. ورغم نقص الإحصاءات الرسمية، فمن المنطقي القول إن حالات التجويف في المضخات قد ارتفعت بشكل ملحوظ خلال السنوات الخمس الماضية.

من الضروري فهم أن مشاكل نظام المضخة ، بما في ذلك التجويف ، تظهر بشكل عام في المضخة ولكنها نادرًا ما تسببها. من المثير للاهتمام أن حوالي 90٪ من مشاكل المضخة لا ترجع إلى المضخة نفسها ولكنها تنشأ من عوامل مثل التجويف وتصميم نظام subpar وعدم كفاية الصيانة.

يمكن أن تكون التحديات الإضافية المرتبطة بالتجويف ، مثل الاهتزاز ، خطيرة ، مما قد يؤدي إلى تلف ميكانيكي في غلاف المضخة بالكامل. علاوة على ذلك ، فإن المشاكل المرتبطة بالتجويف لديها القدرة على تقليل العمر المتوقع للمضخة من 10-15 سنة إلى عامين فقط في الحالات القصوى.

لماذا أصبح التجويف أكثر شيوعًا مقارنة بحدوثه المعزول نسبيًا قبل عقدين من الزمن؟ قد يكون السبب المعقول هو أنه من المتوقع أن يستوعب مهندسو التصميم اليوم في صناعة المياه مجموعة واسعة من التقنيات المختلفة. من غير الواقعي أن نتوقع أن يكون هؤلاء المحترفون خبراء في مجالات متعددة. بشكل أساسي، يرجع التجويف في المقام الأول إلى ضعف تصميم نظام المضخة وقلة الوعي بأسبابها.

في هذه المقالة ، نتعمق في أسباب وآثار التجويف والإجراءات التي يجب اعتمادها خلال مرحلة التصميم. سنستكشف الحلول المحتملة للتركيبات.

ما هي ظاهرة التجويف للمضخة

التجويف هو ظاهرة تحدث في أنظمة تدفق السوائل ولها أهمية خاصة في تشغيل المضخات.

يحدث التجويف عندما ينخفض ​​ضغط السائل عن ضغط بخاره ، مما يتسبب في تبخر السائل وتشكيل فقاعات هواء أو تجاويف. ثم تنتقل فقاعات البخار هذه مع تدفق السائل نحو مناطق الضغط العالي ، حيث تنهار أو تنفجر.

يمكن أن يتسبب انفجار هذه الفقاعات في حدوث مشكلات كبيرة. إنه يولد موجات صدمات شديدة يمكن أن تسبب تنقرًا وتآكلًا على أسطح مكونات المضخة ، خاصة على شفرات المكره. بمرور الوقت ، يمكن أن يؤدي تلف التجويف هذا إلى انخفاض الكفاءة وزيادة الاهتزاز والضوضاء ، وفي النهاية فشل المضخة.

من المرجح أن يحدث التجويف في المضخات عندما يتوفر رأس الشفط الإيجابي الصافي (NPSHA) ، وهو مقياس للضغط الذي يتعرض له السائل عند دخوله إلى المضخة ، وينخفض ​​إلى ما دون رأس الامتصاص الإيجابي الصافي المطلوب (NPSHR) ، وهو الحد الأدنى من الضغط المطلوب لتجنب التجويف ، على النحو المحدد من قبل الشركة المصنعة للمضخة.

من أجل منع التجويف، من المهم تصميم نظام الضخ وتشغيله بشكل صحيح بحيث لا ينخفض ​​ضغط السائل أبدًا عن ضغط البخار. يمكن أن يشمل ذلك ضبط نقطة تشغيل المضخة، وزيادة ضغط بخار السائل عند شفط المضخة، وخفض درجة حرارة السائل (مما يقلل من نفاذيته). بخار الضغط)، أو اختيار مضخة ذات NPSHR أقل.

أسباب تجويف المضخة

ينتج تجويف المضخة عن عدة عوامل مترابطة غالبًا. فيما يلي الأسباب الرئيسية:

1. عدم كفاية رأس الشفط الإيجابي الصافي (NPSH)

هذا هو السبب الأكثر شيوعًا لتجويف المضخة. NPSH هو الفرق بين الضغط عند مدخل المضخة وضغط بخار السائل الذي يتم ضخه. عندما يكون NPSH منخفضًا جدًا ، يمكن أن ينخفض ​​ضغط السائل عن ضغط البخار ، مما يتسبب في تبخر السائل وتشكيل فقاعات.

2. اختيار المضخة غير المناسب

يمكن أن يؤدي اختيار مضخة غير مناسبة للتطبيق أيضًا إلى التجويف. إذا لم يتم تصميم المضخة للتعامل مع معدل التدفق المحدد أو الضغط أو درجة الحرارة أو نوع السائل الذي يتم ضخه ، يمكن أن يحدث التجويف.

3. سرعات ضخ عالية

يمكن أن يؤدي تشغيل المضخة بسرعة عالية جدًا إلى تقليل الضغط عند مدخل المضخة ، مما يؤدي إلى حدوث تجويف.

4. ضعيف تخطيط الأنابيب

يمكن أن يؤثر تصميم الأنابيب على جانب الشفط للمضخة بشكل كبير على حدوث التجويف. إذا كانت الأنابيب طويلة جدًا ، أو بها الكثير من الانحناءات أو القيود ، أو إذا كان القطر صغيرًا جدًا ، فقد يتسبب ذلك في انخفاض الضغط مما يؤدي إلى حدوث تجويف.

5. درجة حرارة السائل

يزداد ضغط بخار المائع مع زيادة درجة الحرارة. لذلك ، إذا كانت درجة حرارة السائل مرتفعة للغاية ، فمن المرجح أن يتبخر ويسبب التجويف.

6. تلف وأضرار المضخة

بمرور الوقت ، يمكن أن يؤدي التآكل على المكره أو الغلاف أو السدادات إلى تغيير خصائص التدفق داخل المضخة ، مما يزيد من خطر حدوث التجويف.

منع تجويف المضخة

يتضمن منع تجويف المضخة فهمًا شاملاً لتصميم النظام واختيار المضخة الصحيح وممارسات التشغيل المناسبة. فيما يلي عدة تدابير يجب مراعاتها:

ضمان رأس شفط إيجابي صافي مناسب (NPSH)

NPSH هو الفرق بين الضغط عند مدخل المضخة وضغط بخار السائل الذي يتم ضخه. يجب عليك دائمًا التأكد من أن NPSH المتاح في النظام أكبر من NPSH الذي تتطلبه المضخة. هذا يمنع ضغط السائل من الانخفاض تحت ضغط البخار ويمنع التجويف.

اختيار المضخة الصحيح

اختر مضخة مناسبة للتطبيق المحدد. يتضمن ذلك مراعاة عوامل مثل معدل التدفق والضغط ودرجة الحرارة ونوع السائل الذي يتم ضخه. يجب أن تحتوي المضخة على NPSH المطلوب أقل من NPSH المتاح في النظام.

التحكم في سرعات الضخ

سيساعد تشغيل المضخة ضمن نطاق السرعات الموصى به في منع انخفاض ضغط المدخل بشكل كبير.

تحسين تصميم الأنابيب

يلعب تصميم نظام الأنابيب ، خاصة على جانب الشفط للمضخة ، دورًا مهمًا في منع التجويف. تجنب خطوط الشفط الطويلة والانحناءات الكثيرة والمكونات المقيدة التي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض الضغط.

التحكم في درجة حرارة السائل

يزداد ضغط بخار المائع مع زيادة درجة الحرارة ، مما يزيد من احتمالية حدوث التجويف. إذا أمكن ، تحكم في درجة حرارة السائل لإبقائه أقل من نقطة الغليان عند ضغط مدخل المضخة.

صيانة المضخة العادية

يمكن أن تساعد عمليات الفحص والصيانة الروتينية للمضخة في تحديد وإصلاح المشكلات التي قد تؤدي إلى التجويف ، مثل التآكل والتلف الذي يلحق بالدفاعة أو السدادات أو مبيت المضخة.

باتباع هذه الإجراءات الوقائية ، يمكنك تقليل مخاطر تجويف المضخة بشكل كبير وضمان الأداء الأمثل للمضخة وطول عمرها.

بدل تجويف المضخة

إن السماح بهامش المضخة والتجويف هو أحد اعتبارات التصميم والتشغيل التي تقر بإمكانية تجويف المضخة في ظل ظروف معينة ، والحاجة إلى ضمان تقليل آثارها إلى مستوى مقبول. يتضمن بشكل أساسي تصميم وتشغيل المضخة والنظام بطريقة تضمن أن رأس الشفط الإيجابي المتوفر (NPSHA) أكبر من صافي رأس الشفط الإيجابي المطلوب (NPSHR) بهامش آمن.

يمكن أن يختلف بدل التجويف الدقيق اعتمادًا على تصميم المضخة المحدد ونوع السائل الذي يتم ضخه وظروف التشغيل. ومع ذلك ، فإن القاعدة العامة هي التأكد من أن NPSHA أكبر بمقدار 1.5 إلى 2 مرة على الأقل من NPSHR. يساعد هذا في ضمان أنه حتى إذا تغيرت الظروف (على سبيل المثال ، إذا زادت درجة حرارة السائل ، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط البخار) ، فإن خطر حدوث التجويف يظل منخفضًا.

يعتبر بدل تجويف المضخة جانبًا حاسمًا في تصميم المضخة وتشغيلها. يساعد في ضمان أداء ومتانة المضخة على المدى الطويل ، وفي تجنب المشكلات مثل الاهتزاز والضوضاء والأضرار الميكانيكية التي يمكن أن تسببها التجويف. على هذا النحو ، يجب أخذها في الاعتبار بعناية أثناء اختيار المضخة وعملية تصميم النظام ، وكذلك في التشغيل والصيانة المستمرة للمضخة.

العلاقة الأساسية لتجويف المضخة

يتم تحديد شروط تجويف المضخة بواسطة كل من المضخة نفسها وجهاز الشفط. لذلك ، لدراسة ظروف حدوث تجويف المضخة ، يجب أن نفكر في كل من المضخة نفسها وجهاز الشفط. العلاقة الأساسية لتجويف المضخة هي

NPSHc ≤ NPSHr ≤ [NPSH] NPSHa

NPSHa = NPSHr (NPSHc) —— تبدأ المضخة في التجويف

NPSHa NPSHa> NPSHr (NPSHc) —— لا تحتوي المضخة على تجويف

في الصيغة ، NPSHa: يسمى NPSH للجهاز أيضًا NPSH الفعال. كلما زادت القيمة ، قل احتمال حدوث التجويف. إذا كنت ترغب في زيادة NPSH للجهاز ، فيمكنك فقط زيادة ضغط مدخل المضخة في ظل حالة الضغط الجوي الثابت ودرجة حرارة الماء.

NPSHr: NPSH للمضخة ، المعروف أيضًا باسم NPSH الضروري أو انخفاض الضغط الديناميكي عند مدخل المضخة ، كلما كانت القيمة أصغر ، كان أداء مقاومة التجويف أفضل.

NPSHc —— NPSH الحرج ، والذي يشير إلى NPSH المقابل لقيمة معينة لانخفاض أداء المضخة.

[NPSH] —— NPSH المسموح به ، وهو NPSH المستخدم لتحديد شروط خدمة المضخة ، يأخذ عادةً [NPSH] = (1.1 ～ 1.5) NPSHc.

حساب NPSH للجهاز

NPSHa Pc / g － hg hc － Pv / g (الاستنشاق)

NPSHa = Pc / g + hg-hc-Pv / g (تدفق عكسي)

في الصيغة: NPSHa - NPSH للجهاز (م) ؛

Pc / g - رأس الضغط المطلق لسطح سائل الشفط (م) ؛

Pv / g - رأس ضغط التبخير عند درجة حرارة السائل (م) ؛

Pc - الضغط المطلق لمستوى سائل الشفط للنظام المغلق (Pa) ؛

Pv - ضغط التبخير عند درجة حرارة السائل (Pa) ؛

(ضغط سطح مدخل الماء للنظام المفتوح هو الضغط الجوي Pa ، حيث Pc = Pa)

ارتفاع هندسة شفط المضخة (م) ؛ (الارتفاع العمودي من مستوى السائل لمدخل الماء إلى المستوى المرجعي للمكره)

hc - رأس خسارة المقاومة لجهاز نظام شفط المضخة (م) ؛ (بما في ذلك الخسارة المحلية وعلى طول

خسارة العملية)

ρ - سائل كثافة؛ (كجم / م 3)

ز - تسارع الجاذبية 9.8 (م / ث 2)

معلمات الجهاز Pc ، hg ، hc في الصيغة ، مستوى الماء في النظام المفتوح هو ظروف الضغط الجوي العادي Pa مرتبطة بالارتفاع المحلي. ترتبط خصائص السائل ، Pv و ، بدرجة حرارة السائل ، ويمكن العثور على Pv في الدليل. لذلك ، بالنسبة لجهاز نظام الشفط نفسه ، تختلف قيمة NPSHa الخاصة به على ارتفاعات مختلفة أو درجات حرارة سائل توصيل مختلفة.

حساب ارتفاع تركيب المضخة

يجب أن يتوافق ارتفاع تركيب المضخة مع قيمة NPSH التي يوفرها الجهاز. صيغة حساب ارتفاع التثبيت هي:

H ≤ HA- HV - NPSHR - hs - 0.5 ،

في الصيغة:

HA: ضغط سطح السائل للسائل الذي تم ضخه (عمود السائل) ؛

HV: ضغط تبخير السائل الذي يتم ضخه (عمود السائل) ؛

NPSHR: NPSH الضروري للمضخة ؛

△ hs: خسارة المقاومة الكلية لخط أنابيب الشفط ، الوحدة m.

تدابير لمنع التجويف

من أجل منع التجويف ، يجب زيادة NPSHa بحيث يمكن NPSHa> NPSHr منع التجويف على النحو التالي:

أ. تقليل ارتفاع الشفط الهندسي hg (أو زيادة ارتفاع التدفق الهندسي) ؛

ب. لتقليل فقد الشفط hc ، حاول زيادة قطر أنبوب الشفط ، وتقليل طول الأنبوب والأكواع والملحقات ، وما إلى ذلك ؛

ج. منع الجري تحت تدفق كبير لفترة طويلة ؛

د. تحت نفس السرعة ومعدل التدفق ، يتم استخدام مضخة شفط مزدوجة ، لأن معدل تدفق المدخل ينخفض ​​، والمضخة ليست عرضة للتجويف ؛

ه. عندما يحدث التجويف في المضخة ، يجب تقليل معدل التدفق أو تقليل السرعة ؛

F. حالة حوض شفط المضخة لها تأثير مهم على تجويف المضخة ؛

ز. بالنسبة للمضخات التي تعمل في ظل ظروف قاسية ، من أجل تجنب تلف التجويف ، يمكن استخدام مواد مقاومة للتجويف.

إذا كانت لديك أي أسئلة ، فيُرجى استشارة ممثلي المبيعات لدينا مجانًا. في الوقت نفسه ، يمكننا أن نوفر لك موارد جميع مصنعي المضخات في الصين مجانًا.