پاورپوینت بررسی کاویتاسیون

کاویتاسیون

این پدیده یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص ومشخص بوده وشبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. هم‌زمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.

کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند . تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .

از انجایی که سطوح تماس این حبابها با بستر سرریز بسیار کوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه های آرامش وارد می کند . این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می شود که باعث خوردگی بستر سرریز می شود و به تدریج این خوردگیها تبدیل به حفره های بزرگ می شوند . این مرحله راCavitation erosion or cavitation pitting می نامند.

در سرریز های بلند چون سرعت سیال فوق العاده زیاد می باشد ‚در نتیجه نا صا فیهای حتی در حد چند میلیمتر هم می تواند باعث ایجاد جدا شدگی جریان شود . هر نوع روزنه با برامدگی تعویض ناگهانی سطح مقطع هم می تواند باعث جدایی خطوط جریان شود . این پدیده معمولا در پایه های دریچه ها بر روی سرریز ها‚در قسمت زیر دریچه های کشویی و انتهای شوتها رخ دهد .

شرایطی که موجب کاویتاسیون می گردد اغلب در جریانهای با سرعت بالا پدید می اید . بطور مثال سطح آبروی سریز که ٤٠ تا ٥٠ متر پایین تر از سطح تراز آب مخزن می باشد بطور حاد در معرض خطر کاویتاسیون قرار دارد . پدیده کاویتاسیون در جریانات فوق اشفته در پرش هیدرولیکی در مکانهایی مثل حوضچه های خلاءزایی مشکلات فراوانی ایجاد می کند .

صدمه کاویتاسیون به سازه های طراهی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سرریزهای بزرگ یک مشکل دائمی است .

فاکتورهای موثر در پدیده کاویتاسیون

در طی حداقل ٢٠سال تجربه و بررسی عملکرد سرریزها ( شامل مدل و آزمایش بر روی پروتوتیپ ) این طور نتیجه گیری شده که کاویتاسیون در اثر عملکرد مجموعه ای از عوامل و شرایط است . معمولا یک عامل به تنهایی برای ایجاد مسئله کاویتاسیون کافی نیست ولی ترکیبی از عوامل هندسی و هیدرودینامیکی و فاکتورهای وابسته دیگر ممکن است منجر به خسارت کاویتاسیون گردد .

از مهمترین عواملی که می توانند در این زمیه ممکن است دخیل باشند می توان به موارد زیر اشاره کرد :

*تحقیق درباره کاویتاسیون*

فهرست مطالب

معرفی پدیده کاویتاسیون

تاریخچه

نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال 1754 در حین آزمایش عدسیهای محدب به پدیده کاویتاسیون و تشکیل حباب در مایعات برخورد کرد ولی نتوانست علت آن را شناسایی کند. او مشاهدات خود را چنین بیان کرده است:

«در مایع بین عدسیها، حبابهایی به شکل هوا بوجود آمده و رنگهایی شبیه به هم تولید کرده که این حبابها نمی‎تواند از جنس هوا باشد زیرا مایع قبلاً هوا زدایی شده است.»

نیوتن تشخیص داد که این عمل نتیجه بیرون آمدن هوا در اثر کاهش فشار است و حبابها دوباره نمی‎تواننددر مایع حل شوند و در نتیجه پدیده کاویتاسیون را باعث خواهند شد.

مهندسان کشتی‎سازی در قرن نوزدهم به شکل عجیبی برخورد کردند. آن این بود که پیچهای توربینها که به آب دریا در تماس بودند بعد از مدتی باز می‎شدند، آنها نتوانستند هیچ دلیل قانع کننده‎ای برای این عمل پیدا کنند.

رینولدز در سال 1875 این مشکل را حل کرد، او یکسری آزمایشات کلاسیک روی یک مدل به طول 30 اینچ انجام داد که دارای پیچ‎هایی به طول 2 اینچ با فنر قابل تنظیم بودند. او دریافت که وقتی طول پیچها زیاد شود عمل باز شدن رخ نمی‎دهد. او اظهار داشت که هوای وروید پشت تیغه پره باعث کاهش قرت پروانه می‎شود. خودش یک مورد معروف را که شاهکاری در صنعت کشتی‎سازی است، طراحی کرد که سرعت آن برابر 27 کره بود.

اولین مشاهدات مکتوبی که در توربینهای بخار ثبت شده توسط ‎Parson است و در گزارشاتش چنین آورده است:

«لرزش پروانه بیشتر و راندمان آن کمتر از حدی است که محاسبات نشان می‎دهد، از بررسی روی سطوح تیغه‎ها معلوم شد که حبابهایی در پشت تیغه توربین آب را پاره می‎کند، جنس حبابها از هوا و بخار آب نیست و قسمت اعظم قدرت موتور صرف تشکیل و نگهداشتن آنها به جای راندن کشتی می‎شود.»

‎Parson Barnaby و ‎Thornycroft Barnaby مقاله‎هایی در این زمینه نوشته‎اند و پدیده مذکور را شرح داده‎اند و نتیجه‎گیری کرده‎اند که وقتی فشار اطراف تیغه‎ها از یک حد ویژه‎ای پایین‎تر رود حفره‎ها و ابرهای حبابی در پروانه‎ها بوجود می‎آید. ‎Thronycroft Barnaby اولین کسانی بودند که مقالات خود از لغت کاویتاسیون ‎(cavitation) استفاده کردند. آنها اظهار داشته‎اند که وقتی فشار منفی کمتر از ‎psi75/6 شود این اتفاق رخ می‎دهد.

برای آزمایش و مشاهده کاویتاسیون، تجربیات ‎Parson و تلاشهای ‎Turbinia آنها را به ساخت و طراحی یک ماهی تابه سربسته محتوی آب که یک گوشه آن باز بود رهنمون کرد. این آزمایش مقدمه‎ایی برای طراحی و ساخت اولین تونل کاویتاسیون در سال 1895 شد. این وسیله هنوز در دپارتمان آرشیتک دریایی و کشتی‎سازی دانشگاه ‎Newcastle upon Tyne وجود دارد. این وسیله شامل مدار بسته بیضی شکلی از یک لوله مسی عمود بر سطح مقطع پروانه بود که بطور افقی به بالای عضو چرخاننده یک ماشین بخارکوچک متصل بود و سپس به یک موتور الکتریکی منتهی می‎شد. عکس‎برداری بر روی پنجره‎ای که در بالای آن یک لامپ کمانی شکل قرار گرفته بود صورت می‎گرفت و بدین طریق مشاهده کاویتاسیون امکان‎پذیر بود.

این محصول کتابی در مورد پمپ می باشد که مبانی پمپ را توضیح میدهد

این کتاب شامل بخش های زیر می باشد

مقدمه ای بر پمپاژ و انواع پمپ

تئوری پمپ گریز از مرکز

دسته بندی پمپ گریز از مرکز

پروانه ها

سرعت مخصوص

تاثیر خواص فیزیکی بر پمپاژ

کاویتاسیون