شما اینجا هستید :: \ \ هد مکش مثبت خالص (NPSH)

هد مکش مثبت خالص (NPSH)

cavitation

کاویتاسیون

امروزه در صنعت پمپاژ مایعات، بزرگترین دغدغه وجود کاویتاسیون می باشد. پدیده ی کاویتاسیون عبارت است از تشکیل حبابهای بخار در نواحی ای از جریان که فشار در آنها از فشار بخار اشباع مایع کاهش می یابد. در این نواحی مایع به سرعت می جوشد و حبابهایی از بخار تشکیل می شود. حبابهای جریان با مایع حرکت می کنند ولی چون فشار جریان ثابت نمی باشد به طور ناگهانی تقطیر می شوند. با تقطیر و فروپاشی هر حباب، حجم آن کاهش می یابد و توده ی نسبتا بزرگی از مایع اطراف به سمت آن هجوم می آورند و ضربه ی ناگهانی متمرکزی وارد می کنند. این حباب اگر در مجاورت سطح مجاری پمپ تقطیر شود ضربه وارد بر سطح باعث تخریب موضعی می شود. تحقیقات جدید نشان داده است که فشارهای موضعی ناشی از کاویتاسیون ممکن است به چند صد برابرفشار اتمسفر برسد. نوع ضربه زدگی یا خوردگی بر اثر کاویتاسیون در پمپ های کم فشار به صورت اسفنجی می باشد و مواد تشکیل دهنده ی ساختمان پمپ ها تاثیر زیادی در مقاومت آنها در مقابل کاویتاسیون دارد. مواد ترد مانند چدن، صدمات بیشتری در مقایسه با پمپ های ساخته شده ازکروم یا فولاد های چکش خوار می بینند. کاویتاسیون معمولا در سمت مکش پمپ بوجود می آید.

در طراحی پمپ ها برای اینکه احتمال وقوع و نوع کاویتاسیون را کاهش دهند، ورودی و پروفیل پره ای پروانه پمپ را به طرز مناسبی طراحی می کنند تا سرعت جریان را در ورودی پمپ ها کاهش دهند. همچنین تلاشهای طراحان در جهت شناخت بهتر مکانیزم کاویتاسیون و بهبود نسبی اثرات تخریبی ناشی از کاویتاسیون ادامه دارد. از آنجایی که این پدیده در اصل ناشی از ویژگی ذاتی تمایل مایعات به تبخیر در فشارهای کم است و نوع آن در شرایط نامناسب صرف نظر از نوع پمپ و کیفیت طراحی آن قطعی است، لذا ضروری است که با ایجاد شرایط مناسب و پیروی از آن امکان کاویتاسیون را کاملا منتفی سازیم.

ارتفاع مکش ماکزیمم:

یکی از پارامترهای مهم عدم وقوع کاویتاسیون این می باشد که فشاردر دهانه ی مکش پمپ برای جلوگیری از بخار شدن مایع کافی باشد. برای بررسی این موضوع ابتدا شکل زیر را مورد بررسی قرار داده و رابطه ی برنولی را برای سطوح نشان داده در شکل می نویسیم:

که در معادله فوق HL تلفات مسیر مکش و Hs اختلاف ارتفاع مرکز دهانه ی مکش پمپ با سطح مایع می باشد. با توجه به اینکه سرعت مایع در سطح صفر می باشد داریم:

اکنون با توجه به شکل پروانه، معادله ی انرژی را برای جریان نسبی بین نقطه ی (۱) در ورودی جریان و نقطه ی فشار مینیمم یعنی نقطه ای که حداقل فشار و حداکثر سرعت را دارد می نویسیم و از تغییرات سرعت محیطی و تلفات هیدرولیکی صرف نظر می کنیم:

که در معادله ی فوق عبارت داخل براکت در سمت راست معادله را با K نشان می دهیم. در نتیجه خواهیم داشت:

عدد K یک پارامتر تشابهی است و برای پمپ هایی که تشابه هندسی دارند و در شرایط مشابه کار می کنند یکسان می باشد. پارامتر K را پارامتر کاویتاسیون می نامیم. این پارامتر متناسب با میزان افت فشار از ورودی پره ها تا نقطه ی فشار مینیمم می باشد. طبق داده های تجربی مقدار K در نقطه ی طراحی در محدوده ی ۰.۳ یا ۰.۴ است.

با ترکیب معادلات (۲) و (۶) داریم:

اکنون تصور کنیم که سطح مایع مخزن مکش مرتب پایین می رود و ارتفاع مکش Hs زیاد می شود. با این کار حداقل فشار (Pmin) داخل پروانه مرتبا کم می شود. اگر Pmin بقدری کاهش یابد که به فشاربخار اشباع برسد، (Pmin=Pv) کاویتاسیون اتفاق می افتد. اندازه ی Hs را که به ازای آن پمپ در آستانه ی کاویتاسیون قرار می گیرد ارتفاع مکش ماکزیمم Hs max می نامند. بنابراین معادله ی قبلی برای آستانه ی کاویتاسیون به صورت زیر نوشته می شود.

در این معادله نقش عوامل تاثیرگذار در کاویتاسیون به خوبی نشان داده شده است. جملات داخل پرانتز که تاثیر نوع سیال و دمای آن، نوع پمپ و شرایط کاری آن و تلفات در سیستم لوله کشی را به خوبی نشان می دهند، همگی از ارتفاع مکش ماکزیمم می کاهند و تنها جمله ای که تاثیرمثبت دارد فشار اتمسفریک روی مخزن آب می باشد. (P۰/𝛾)

حال با توجه به روابط و معادلات نوشته شده بخوبی می توان ارتفاع مکش خالص مثبت را بررسی نمود. در معادله ی (۸) تعیین جملات V۱۲/۲g و K𝝎۱۲/۲g برای استفاده کنندگان پمپ میسر نمی باشد. لذا سازندگان پمپ می توانند با آزمایش مقدار آنها را تعیین کرده و در دسترس استفاده کنندگان پمپ قرار دهند. این مجموع، یعنی K𝝎۱۲/۲g+V۱۲/۲g  را با علامت اختصاری NPSH نشان می دهیم:

با قرار دادن Pv به جای Pmin در رابطه (۶) داریم:

همچنین با قرار دادن رابطه ی (۱۰) در رابطه ی (۹) خواهیم داشت:

بنابراین NPSH عبارت است از حداقل فشار کل (انرژی) لازم مازاد بر فشار بخار اشباع از ورودی پمپ برای جلوگیری از کاویتاسیون بر حسب ارتفاع ستون سیال. سازندگان پمپ در آزمایشگاه ها به روش های مختلف، مثلا با کاهش فشار ورودی، پمپ را به آستانه ی کاویتاسیون می رسانند و مقادیر P1 و V1 را در آن شرایط اندازه گیری نموده و NPSH را برای آن نوع پمپ تعیین می کنند. استفاده کنندگان از پمپ با معلوم بودن NPSH به آسانی می توانند حداکثر ارتفاع مکش ماکزیمم ممکن را از معادله ی زیر به دست آوردند.

قوانین تشابه در کاویتاسیون بصورت زیر می باشد. فرض کنیم دو دستگاه پمپ ۱ و ۲ در شرایط مشابه در حال کار می باشند:

با توجه به قوانین تشابه ماشین هایی که در شرایط تشابه کار می کنند، K۱=K۲. بنابراین داریم:

این معادله مشخص کننده ی شرط تشابه در کاویتاسیون می باشد و از آن می توان برای محاسبه ی NPSH پمپ هایی که در شرایط تشابه کار می کنند استفاده کرد. حال یک پارامتر تشابهی عمومی برای کاویتاسیون پمپ ها ارائه می کنیم. برای پمپ هایی که در شرایط تشابه کار می کنند داریم:

و از طرفی طبق معادله (۱۲) داریم:

از ترکیب دو معادله وحذف D داریم:

با توجه به رابطه ی مقابل خواهیم داشت:

کمیت های h و q برای پمپ هایی که در شرایط تشابه کار می کنند یکسان می باشد. در نتیجه کمیت  Nsنیز چنین است این کمیت را که معیار عمومی تشابه برای کاویتاسیون پمپ ها است سرعت لحظه ای مکش پمپ می گوییم. مقدار سرعت مخصوص مکش بسته به مقاومت پمپ در مقابل کاویتاسیون در محدوده ی ۱۰۰ تا ۳۰۰ تغییر می کند.

با مشخص بودن مقدار Ns برای یک پمپ معین می توان از معادله ی (۶) و سپس از معادله ی (۷) مقدار ارتفاع مکش ماکزیمم را (Hs max) بدست آورد. ارتفاع مکش مجاز برای استفاده کنندگان، نقطه ی بحرانی مکش می باشد و عملا نمی توان آن را مجاز دانست. زیرا کمترین افت فشار و یا افزایش تلفات هیدرولیکی ناگهانی باعث بروز کاویتاسیون و پایین آمدن راندمان پمپ خواهد شد.

زمانی می توان از کارکرد پمپ در شرایط عادی اطمینان پیدا کرد که پمپ تحت ارتفاع مکش مجاز (allowable) Hsa که کمتر از Hs max می باشد نصب شده باشد. معمولا حاشیه ی اطمینان را برابر  ۰.۵متر و گاهی ۲۵% مقدار NPSH در نظر می گیرند.

By |۱۳۹۹/۴/۱۰ ۱۲:۰۸:۵۰خرداد ۱۸ام, ۱۳۹۹|پمپ|۰ Comments

About the Author:

Leave A Comment

اطلاعات تماس :

آدرس : ایران - آذربایجان غربی - ارومیه - خیابان طالقانی - روبروی هتل آریا - ساختمان 184
تلفن : 984432354996+
تلفن : 984432338029+
تلفن : 984432351836+
فکس : 984432377066+
پست الکترونیک : info@abpump-co.ir
وب سایت : abpump-co.ir

موقعیت ما بر روی نقشه