ما هو التجويف في المضخة؟
تجويف المضخة هو الحالة التي يتبخر فيها السائل عند انخفاض ضغطه، مما يؤدي إلى ظهور فقاعات كثيرة. تكبر هذه الفقاعات تدريجيًا.
عند انهيار الفقاعة، يصطدم السائل عالي السرعة داخل المضخة. ستؤدي قوة الاصطدام هذه إلى إتلاف المضخة، وتآكل هيكلها، وتكوين تجويف، وتقليل عمرها الافتراضي.
لماذا يحدث تجويف المضخة؟
لفهم سبب المضخة التجويف لكي يحدث ذلك، يجب علينا أولاً فهم الخصائص الفيزيائية للماء. كما نعلم جميعًا، يمكن للماء والبخار أن يتحولا إلى بعضهما البعض. عندما تبقى درجة حرارة الماء ثابتة وينخفض الضغط إلى قيمة حرجة، يتبخر الماء. يُسمى هذا الضغط ضغط البخار.
عند حدوث التبخر، يُصدر الماء بخارًا وفقعات. تُسمى هذه العملية تبخر الماء، وهي سبب التجويف.
عملية تجويف المضخة
أولاً، ينخفض ضغط الماء في المضخة، فيتبخر الماء. خلال هذه العملية، تُنتَج كمية كبيرة من البخار، ويُشكّل الغاز المذاب في الماء فقاعات.
مع تدفق الفقاعات من منطقة الضغط المنخفض إلى منطقة الضغط المرتفع في المضخة مع الماء، ستتكاثف الفقاعات بسرعة وتنهار تحت تأثير الضغط العالي. عندها، سيتدفق الماء عالي الضغط بسرعة إلى المساحة التي كانت تشغلها الفقاعات سابقًا.
بعد ذلك، لم يتكثف الغاز داخل الفقاعة بعد، فيندفع الماء عالي السرعة نحوها، مسببًا صدماتٍ لها تُشكّل فقاعاتٍ أصغر. ستستمر هذه الفقاعات الصغيرة في التكاثف والانهيار تحت الضغط العالي.
أخيرًا، يتكرر تفاعل التبخير، وستؤثر الفقاعات على سطح قناة التدفق وبالقرب من المكره بشدة على المادة، وفي الحالات الشديدة، قد يحدث تجويف هجين أو حتى كسر في الأجزاء المتآكلة. سيظل الغاز النشط في الفقاعات ملامسًا للمعدن لفترة طويلة، مما يؤدي إلى تآكله.
ما الذي يسبب تجويف المضخة؟
رسوم متحركة لتجويف المضخة
تجويف المضخات مشكلة شائعة. قد يؤدي التشغيل الخاطئ إلى حدوثه.
يتم تحديد التجويف من خلال قدرة المضخة على مكافحة التجويف وجهاز الشفط النهائي.
فيما يلي بعض الأسباب المهمة لتجويف المضخة.
1. سرعة المحرك عالية جدًا
عندما تكون سرعة محرك المضخة عالية جدًا، يزداد معدل التدفق عند منفذ شفط المكره. ووفقًا لمبدأ برنولي، ينخفض الضغط عند زيادة السرعة. وعندما يكون الضغط أقل من القيمة الحرجة لضغط البخار، يتبخر السائل، مما يؤدي في النهاية إلى تجويف المضخة.
2. مقاومة أنبوب الشفط كبيرة جدًا
عندما يكون أنبوب شفط المضخة طويلاً للغاية، أو يحتوي على الكثير من المرفقين، أو به انسدادات في الأنبوب، سينخفض ضغط السائل عند تدفقه عبر الأنبوب، مما قد يتسبب في حدوث تجويف في المضخة.
3. ارتفاع تركيب المضخة مرتفع للغاية
لكل مضخة مُعامل مهم، وهو NPSH. عند تركيب المضخة على مستوى عالٍ جدًا بالنسبة لمستوى السائل، يكون رأس الشفط الصافي الموجب المتاح (NPSHa) أقل من رأس الشفط الصافي الموجب المطلوب (NPSHr)، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط الشفط وحدوث تجويف المضخة.
4. درجة حرارة السائل مرتفعة جدًا
عندما تكون درجة حرارة السائل الذي ننقله مرتفعة للغاية، فقد تتبخر كمية صغيرة من السائل قبل أن تصل إلى نهاية الشفط، مما يزيد من احتمالية حدوث تجويف المضخة.
5. مضخات متعددة بالتوازي
عندما تكون ظروف العمل لدينا أكثر تعقيدًا ونستخدم مضخات متعددة بالتوازي لنقل السوائل، إذا تم تكوين المضخات المتوازية بشكل غير متساوٍ، فسيكون معدل تدفق إحدى المضخات صغيرًا جدًا، وسوف ينخفض الضغط عند نهاية الشفط، وسيحدث تجويف المضخة.
كيفية تحديد التجويف؟ تلف تجويف المضخة
تلف أجزاء التآكل
سوف يؤثر تجويف المضخة على أجزاء التآكل، مما يتسبب في حدوث تجويف على شكل قرص العسل في أجزاء التآكل، وحتى كسر أو تآكل أجزاء التآكل.
اهتزاز
عندما يكون تردد نبض تجويف المضخة قريبًا من التردد الطبيعي للمضخة أثناء التشغيل، فسوف يتسبب ذلك أيضًا في اهتزاز المضخة بعنف.
عند حدوث اهتزاز، سوف يتقلب مقياس الضغط.
ارتفاع درجة حرارة المحمل
يؤدي تجويف المضخة إلى اهتزازها بعنف، مما يزيد من احتكاك المحمل، ويرفع درجة حرارته. استخدم مقياس حرارة لقياس درجة حرارة المحمل.
إذا كانت درجة حرارة المحمل أعلى من المعتاد، فقد يحدث التجويف.
ضوضاء
عندما يحدث تجويف المضخة، ينهار عدد كبير من الفقاعات ويؤثر تدفق المياه عالي السرعة، مما يسبب ضوضاء شديدة.
صوت التجويف يشبه صوت فرقعة الحجر عند اصطدامه بالمعدن، وسيزداد الصوت أو يتناقص مع معدل التدفق.
انخفاض الكفاءة
العدد الكبير من الفقاعات التي تنتجها تجويف المضخة سوف يعيق تدفق المياه، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التدفق، وعدم استقرار رأس المضخة، وانخفاض كفاءة المضخة.
عندما نجد أن قيمة مقياس التدفق أقل من القيمة المتوقعة بـ 10%، فمن الممكن الاستدلال على حدوث التجويف.
كيفية تجنب تجويف المضخة؟
1. تقليل سرعة محرك المضخة
ضبط سرعة المحرك إلى السرعة المناسبة وفقًا لجدول معلمات المضخة أو منحنى أداء المضخة سوف تتجنب التجويف بشكل فعال.
2. تصميم خطوط الأنابيب
تحسين تصميم أنبوب الشفط، وتقليل عدد المرفقين، والسماح للماء بالتدفق دائمًا بكفاءة أعلى، وتقليل فقدان الاحتكاك للماء في الأنبوب.
3. قم بتثبيت المضخة بشكل صحيح
لكل مضخة هامش تجويف محدد (NPSH). قبل تركيب المضخة، يجب تركيبها وفقًا للمعايير المحددة مسبقًا لضمان أن يكون هامش التجويف (NPSHr) أكبر من هامش التجويف (NPSHa).
4. الصيانة الدورية
بعد تثبيت المضخة، يجب إجراء الصيانة الدورية وفقًا لدليل التشغيل المقدم من قبل الشركة المصنعة للمضخة، مثل التحقق من درجة حرارة المحمل، والتفتيش المنتظم على تآكل الدافع، واهتزاز المضخة، وما إلى ذلك.
5. اختيار المضخة المناسبة
قبل البدء بمشروعك، يجب عليك أن تسأل شركة تصنيع المضخات لتصميم مشروعك، تأكد من أن المضخة التي تختارها تُلبي التصميم المتوقع للمشروع. هذه هي أفضل طريقة لمنع التجويف وتقليل احتمالية حدوثه.
أنواع التجويف
| أنواع التجويف | سبب | مواقع التجويف الشائعة |
| التجويف البخاري | ينخفض ضغط السائل، ويتبخر لتكوين الفقاعات | المكره مدخل |
| تجويف الاضطراب | معدل التدفق في الحلزوني أو المضخة مرتفع للغاية، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط وتكوين الفقاعات. | سطح شكل حلزوني |
| التجويف بالقصور الذاتي | معدل التدفق مرتفع للغاية، مما يسبب التأثير على المضخة وتكوين الفقاعات. | المكره |
| تجويف الدوامة | يتدفق الماء على شكل دوامة ويتم سحب الغاز إلى المضخة | مدخل المضخة |
| التجويف الغازي | ينخفض ضغط السائل ويشكل الغاز المذاب في السائل فقاعات | المضخات الكيميائية |
الأسئلة الشائعة حول تجويف المضخة
ما هو التجويف في مضخة الطرد المركزي؟
1. أسباب التجويف في مضخة الطرد المركزي
تكون المضخات الطاردة المركزية أكثر عرضة للتجويف من المضخات الأخرى (مضخات الإزاحة الإيجابية)، والتي يتم تحديدها من خلال مبدأ عمل المضخات الطاردة المركزية.
مبدأ عمل مضخة الطرد المركزي هو أن الدوران عالي السرعة للمكره يُولّد قوة طرد مركزي لسحب السوائل. نتيجةً لذلك، يُولّد ضغط سلبي حول المكره. عندما يكون ضغط السائل عند مدخل المضخة غير كافٍ، يتبخر جزء منه، مما يؤدي إلى دخول بخار الماء إلى المضخة.
عندما ينتقل بخار الماء من المدخل إلى الدافع، أي من حالة الضغط السلبي إلى حالة الضغط العالي، سوف تنفجر الفقاعات، مما يتسبب في اهتزاز مضخة الطرد المركزي وحدوث تجويف المضخة.
2. كيفية منع التجويف في مضخة الطرد المركزي؟
1. تأكد من أن مضخة الطرد المركزي تحتوي على ما يكفي من NPSH لتجنب انخفاض ضغط المدخل بشكل كبير.
Ⅱ. عادةً ما يكون معدل تدفق مضخة الطرد المركزي غير مستقر، مما يزيد من احتمالية حدوث التجويف، لذا يجب التحكم في معدل التدفق المستقر لمضخة الطرد المركزي.
Ⅲ. قبل تركيب مضخة الطرد المركزي، يجب إجراء تصميم شامل للأنابيب لتجنب وجود الكثير من المرفقين أو الأنابيب الضيقة للغاية.
عندما نغير المضخة يحدث التجويف؟
عند حدوث التجويف، لا داعي لاستبدال المضخة فورًا. علينا أولًا فهم السبب الحقيقي للتجويف ومحاولة حله.
على سبيل المثال، يمكننا التحكم في سرعة المضخة وفقًا لدليل تشغيل المضخة أو منحنى الأداء لتغيير تدفق المضخة أو رأسها لضمان أن تحافظ المضخة على الأداء الأمثل.
فقط عندما يؤدي التجويف إلى تآكل المكونات الأساسية للمضخة، مثل الدافع والختم، مما يتسبب في انخفاض كفاءة المضخة أو فشلها في العمل بشكل صحيح، نحتاج إلى التفكير في استبدال المضخة أو الاتصال بمهندس ما بعد البيع لدى الشركة المصنعة للمضخة للحصول على الصيانة والإصلاح الاحترافي.
ما هو تجويف مضخة الإزاحة الإيجابية؟
بالمقارنة مع مضخات الطرد المركزي، فإن مضخات الإزاحة الإيجابية أقل عرضة لتجويف المضخة لأن مبدأ عمل مضخات الإزاحة الإيجابية يختلف عن مبدأ عمل مضخات الطرد المركزي.
مبدأ عمل مضخة الإزاحة الإيجابية هو ضغط السائل من خلال الحجم الموجود في المضخة، أي من خلال الحركة الترددية للمكبس أو المكبس، وتغيير الحجم في المضخة بشكل دوري لتحقيق وظيفة نقل السائل.
نظرًا لأن معدل التدفق والضغط أكثر استقرارًا ولن يتسببا في حدوث تغييرات كبيرة في الضغط عند مدخل المضخة، فإن مضخات الإزاحة الإيجابية لن تتجويف بشكل أساسي.
مع ذلك، هذا لا يعني أن مضخات الإزاحة الموجبة لن تُسبب تجويفًا. فعندما تنقل مضخة الإزاحة الموجبة خليطًا من الرغوة، إذا لم تتمكن من تبديد الرغوة بشكل أفضل، فقد تُسبب تجويفًا.
