مقالات مهندسی مکانیک -
پدیده کاویتاسیون
87+
ارسال شده در جمعه 22 آذر 1398

تعریف: کاویتاسیون پدیده ایست که اغلب در سیستم های هیدرولیکی در یکسری از شرایط خاص به وجود می آید در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال در سطح می گردد . صدمه کاویتاسیون به سازه های طراحی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سر ریز های بزرگ یک مشکل دایمی است .

 

نحوه تشکیل کاویتاسیون

هر گاه در هر قسمت از سیستم هیدرولیکی فشار سیستم به حدی پایین بیاید که به حد فشار بخار(فشار بخار فشاری است که در ان مایع شروع به جوشیدن کرده و با بخار خود به حالت تعادل می رسد) آن سیال برسد و.

در این صورت بر اثر این دو عامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش در آمده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار به وجود بیاید.

این کاهش فشار به عنوان مثال در طول سرریز یا حوضچه خلا زایی در اثر وجود ناصافی ها و یا ناهمواری‌های کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جداشده و براثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش‌یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد .

 

 بیشتر بخوانید:مقاله بررسی پدیده کاویتاسیون

مکانیسم خرابی در سیستم

حباب‌های مذکور در قسمت قبل پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه‌ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر می‌شود و تولید سروصدا می‌کند و امواج ضربه‌ای ایجاد می‌کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی می‌کند.

corrotion تبدیل مجدد حباب‌ها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال می‌رسد. از آنجایی که سطوح تماس این حباب‌ها با بستر سرریز بسیار کوچک می‌باشند نیروی فوق‌العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه‌های آرامش وارد می‌کند.

این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می‌شود که باعث خوردگی بستر سرریز می‌شود و به‌تدریج این خوردگی ها تبدیل به حفره‌های بزرگ می‌شوند. این مرحله را :Cavitation erosion or cavitation pitting می‌نامند.

 

 

عدد کاویتاسیون

کمیت بدون یعنی را که بیانگر جوشش ناشی از جریان مایع باشد عدد کاویتاسیون می‌نامند:

عدد کاویتاسیونعدد کاویتاسیون

از مهم‌ترین عواملی که در این زمینه ممکن است دخیل باشند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

1. عوامل هندسی : که شامل موارد زیر می‌شودناهمواری‌های سطحی سرریز‚خصوصاً برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های موضعی - شکاف‌های دریچه‌های کشویی و پایه‌های دریچه‌های قطاعی - ستون‌ها piers - درزهای ساختمانی -جداکننده جریان و دفلکتورها Flow splitter & deflector - دهانه مجاری ولوله Ports of ducts & pipe - تغیر در شکل عبور جریان Change of water passage shape - انحنا یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه Misalignment of conduit2. عوامل هیدرودینامیکیدبی مخصوص – سرعت جریان - عملکرد دریچه - توسعه لایه‌مرزی3. عوامل متفرقهانتقال حرارت در طی فروریختن - درجه حرارت آب - تعداد و اندازه حباب‌های درون آب Diffusion of air - پراکندگی هوا

یکی از مثال‌های بارز و خطرناک کاویتاسیون در پره های توربین دیده می‌شود و به راحتی می‌تواند باعث تخریب پره گردد. از دیگر مثال هل برای این پدیده می‌توان به کاویتاسیون در پروانه‌ی کشتی‌ها اشاره کرد.

جلوگیری از بروز كاويتاسيون

به منظور ممانعت از بروز كاويتاسيون راه کار های مختلفی وجود دارد که ازجمله می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد؛

  1.  افزایش سطح سیال در مخزن

  2.  بالا بردن مخزن

  3.  افزایش فشار مخزن (استفاده از سیستم بسته / سیستم تحت فشار)

  4.  قرار دادن پمپ داخل گودال ( Pit ) 

  5.  کاهش افت‌های ناشی از لوله‌کشی و اتصالات (که می‌توان با طراحی دقیق سیستم لوله‌کشی،‌ به کار بردن حداقل اتصالات ‌، طراحی مناسب قطر لوله‌ها و غیره،‌ افت‌های مربوطه را به حداقل رسانید. )

  6.  تزریق مقدار کمی سیال خنک‌کننده به ورودی پمپ ( به منظور کمتر شدن فشار بخار،‌ می‌توان سیال را از درون یک خنک‌کننده یا فلاش تانک عبور داد. )

  7.  عایق‌بندی مناسب لوله‌ها

  8.  به کار بردن پمپ‌های دو مکش

  9.  بکار بردن پمپ‌ها با سرعت دورانی (rpm) پایین تر.

  10.  به کار بردن پمپ‌ها با مجرای ورودی (چشم) پروانه بزرگ‌تر.

  11.  زاویه جریان ورودی به زاویه‌ای اطلاق می‌شود که تحت آن جریان سیال وارد پروانه می‌شود. هرچند این زاویه بزرگ‌تر باشد بازده بیشتر است و هر چه این زاویه کوچک‌تر باشد،‌ NPSHR پایین تر است. به همین دلیل زاویه جریان درجه 17 با حدود 5 تا 7 پره به عنوان یک حد مرزی بین دو محدوده فوق در نظر گرفته می‌شود.

  12.  در هر پمپ هر چه مقدار سرعت مخصوص مکش کمتر باشد،‌ مقدار NPSHR بالاتر خواهد بود. در مواردی که NPSHR پائين حائر اهميت است،‌ مقادیر سرعت مخصوص مكش بسيار افزايش می‌یابد که به منظور دستیابی به چنین مقادیر بالایی زاویه جریان تا کمتر از درجه 10 و تعداد پره‌های پروانه تا حداقل 4 پره کاهش می‌یابد.

  13.  به منظور کاهش بیشتر NPSHR و به تبع آن افزایش بیشتر سرعت مخصوص مکش ‌، یک پروانه جریان محوری یا یک راه انداز (Inducer) در جلوی پروانه سانتریفیوژ بکار گرفته می‌شود. زاویه جریان این پروانه ثانویه 5 تا 10 درجه و زاویه پره 3 تا 5 درجه بزرگ‌تر است و تعداد پره های آن بین 2 تا 4 می‌باشد.

  14.  جلوگیری از ورود هوا به داخل پمپ.

  15. به کار بردن خط بای پس مناسب (اگر خط یای پاس خیلی نزدیک به ورودی پمپ نصب گردد،‌ باعث افزایش دمای سیال ورودی خواهد شد.)

  16. جلوگیری از اغتشاش (Turbulence) جریان سیال و فراهم نمودن شرایط عبور سیال در یک سرعت ثابت با استفاده از طول مناسب از لوله صاف (ده برابر قطر ورودی) مابین قسمت ورودی پمپ تا اولین اتصال.

  17. به کارگیری چندین پمپ کوچک‌تر به جای استفاده از یک پمپ بزرگ (هرقدر ظرفیت پمپ افزایش یابد مقدار نیز افزایش خواهد یافت و دلیل آن افزایش سرعت سیال می‌باشد چراکه می‌دانیم،‌ هر وقت سرعت سیال افزایش یابد فشار یا هد کاهش خواهد یافت.)

>

نظرات

نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی

نمونه پروژه های آماده

دریافت آنی
پشتیبانی 24 ساعته
درگاه پرداخت آنلاین
امکان دریافت مجدد
دارای نماد اعتماد