مقدمه
در درس کاویتاسیون با پدیده کاویتاسیون، انواع آن و اثرات مخرب آن بر پمپ های سانتریفیوژ آشنا شدیم. دانستیم که این پدیده سبب به وجود آمدن ارتعاش، نویز و آسیب به اجزا پمپ می شود. در این درس رخداد پدیده کاویتاسیون را پیش بینی می کنیم. می دانیم که پدیده کاویتاسیون زمانی رخ می دهد که فشار استاتیکی سیال به صورت محلی کمتر از فشار بخار سیال در آن دما شود. اندازه گیری این فشار کار دشواری است و جهت اندازه گیری نیاز به محاسبات توسط روش های عددی یا آزمایش تست مجهز دارد. در صنعت نیاز به کمیت هایی داریم که به سادگی قابل اندازه گیری باشند. بنابراین جهت توصیف پدیده کاویتاسیون از پارامتر هد خالص مثبت مکش (Net Positive Suction Head) استفاده می شود. با استفاده از پارامتر هد خالص مثبت مکش (NPSH) می توانیم احتمال وقوع کاویتاسیون را پیش بینی کنیم. دو نوع هد خالص مثبت مکش وجود دارد: هد خالص مثبت مکش در دسترس (NPSHa) و هد خالص مثبت مکش مورد نیاز (NPSHr).
NPSHa
برابر با هد در ورودی پمپ بالای (منهای هد) فشار بخار سیال است. NPSHa تابع سیستم لوله کشی است و همچنین مستقل از نوع پمپ است.
P برابر با فشار مطلق در سطح سیال در مخزن ورودی پمپ بر حسب متر است. Hs (هد استاتیک) برابر با فاصله عمودی بین سطح سیال در ورودی تا مرکز پروانه پمپ بر حسب متر است. Hf برابر با افت هد از سطح سیال تا ورودی پمپ بر حسب متر است که شامل افت در اتصالات، لوله ها، شیرها و غیره است. Hvp برابر با فشار بخار سیال در دمای پمپاژ بر حسب متر است.
NPSHr
برابر است با حداقل مقدار NPSH مورد نیاز پمپ در مکش، تا کاویتاسیون رخ ندهد. NPSHr تابع طراحی ورودی پمپ است و مستقل از سیستم لوله کشی است. سیال در هنگام ورود به پمپ (و رسیدن به نقطه ای از پروانه پمپ که سبب افزایش فشار می شود) با افت فشار مواجه می شود که ناشی از افزایش سرعت در نازل ورودی، وجود اصطکاک در هنگام عبور از مجرای ورودی پمپ و همچنین تغییر جهت سیال تا رسیدن به پره پمپ است. هد خالص مثبت مکش مورد نیاز پمپ با انجام تست توسط سازنده پمپ مشخص می گردد و به صورت یک منحنی عملکرد ارائه می شود. جهت پیش بینی کاویتاسیون باید مهندس طراح مقدار NPSHa
را محاسبه کرده و سپس در دبی مشخص میزان NPSHr را از منحنی استخراج کرده و با یکدیگر مقایسه کند. این مقایسه باید در تمامی نقاط عملکردی ممکن صورت پذیرد (معمولا بدترین حالت زمانی است که بیشترین دبی از پمپ عبور می کند و سیال بالاترین دما را دارد). با افزایش دبی سیال مقدار NPSHr افزایش می یابد زیرا مقدار افت اصطکاکی در ورودی پمپ افزایش پیدا می کند.
مثال
با توجه به سیستم زیر و داده های موجود، مقدار NPSHa را به دست آورید.
تعاریف مختلف NPSHr
جهت تعریف NPSHr باید معیاری از وقوع کاویتاسیون مشخص باشد. در غیر اینصورت، هد خالص مثبت مکش مورد نیاز پمپ بی معنی است. با توجه به شکل زیر با شروع کاویتاسیون، هد پمپ کاهش پیدا می کند. بنابراین یک معیار جهت ارائه کاویتاسیون کاهش هد پمپ است.
تعاریف مختلف مربوط به هد خالص مثبت مکش مورد نیاز پمپ را به صورت زیر تعریف می کنیم.
NPSHi: به این معنی است که اولین حباب های بخار ظاهر می شوند.
NPSHo: به معنی شروع کاهش هد پمپ به واسطه وقوع کاویتاسیون است.
NPSH1: به معنی کاهش هد پمپ به واسطه وقوع کاویتاسیون به میزان 1 درصد است.
NPSH3: به معنی کاهش هد پمپ به واسطه وقوع کاویتاسیون به میزان 3 درصد است.
NPSHx: به معنی کاهش هد پمپ به واسطه وقوع کاویتاسیون به میزان x درصد است.
NPSHFC: به معنی کاهش شدید هد پمپ به واسطه وقوع کاویتاسیون (Full Cavitation) است.
در صورتی که سازنده پمپ معیار خود را در ارائه NPSHr مشخص نکند، معمولا منظور NPSH3 است.
حاشیه امن (اطمینان)
لطفا این قسمت را شما تکمیل نمایید.
بنظر شما فاصله ایمن بین NPSHr و NPSHa جهت جلوگیری از کاویتاسیون چه مقدار است؟ به چه پارامترهایی بستگی دارد؟
منابع
Gülich, J.F., 2020. Centrifugal pumps, Springer.
Volk, M., 2013. Pump characteristics and applications. CRC Press.
