كيف يحدث التجويف في مضخة الطرد المركزي？

ما هو التجويف؟

عندما ينخفض ضغط سائل عند درجة حرارة معينة إلى ضغط التبخير المقابل لدرجة الحرارة تلك، ينتج السائل فقاعات. ظاهرة تكوين الفقاعات هذه هي التجويف في المضخة.

كيف يحدث التجويف في مضخة الطرد المركزي？

أثناء تشغيل مضخة طرد مركزي, ، إذا انخفض الضغط المطلق للسائل الذي يتم ضخه إلى ضغط التبخير عند درجة الحرارة الحالية، لسبب ما، إذا انخفض الضغط المطلق للسائل الذي يتم ضخه إلى ضغط التبخير عند درجة الحرارة الحالية، سيبدأ السائل في التبخير في ذلك الموقع، مما ينتج عنه بخار ويشكل فقاعات.

تتحرك هذه الفقاعات إلى الأمام مع تدفق السائل. وعندما تصل إلى منطقة معينة عالية الضغط، يتسبب السائل عالي الضغط المحيط بالفقاعات في انكماشها بسرعة حتى تنهار. في لحظة انهيار الفقاعات، تملأ جزيئات السائل التجويف بسرعة عالية وتتصادم مع بعضها البعض، مما يشكل صدمة هيدروليكية. عندما تحدث هذه الظاهرة على جدار صلب، فإنها تتسبب في تآكل وتلف مكونات ممر التدفق.

هذه العملية هي عملية التجويف لمضخة الطرد المركزي.

الظروف المسببة للتجويف

السبب الأساسي للتجويف هو أن الضغط الموضعي أقل من ضغط البخار المشبع للسائل.

أثناء تشغيل مضخة الطرد المركزي، يدخل السائل إلى المكره من أنبوب الشفط، ويتبع تغير ضغطه النمط التالي

انخفاض الضغط عند المدخل:
أثناء العملية من خزان التخزين إلى مدخل المضخة، وبسبب مقاومة خط الأنابيب وزيادة سرعة التدفق (تؤدي زيادة الطاقة الحركية إلى انخفاض طاقة الضغط الساكن)، ينخفض الضغط تدريجيًا.

أدنى نقطة ضغط داخل الدافعة:
عادةً ما تظهر أدنى نقطة ضغط خلف مدخل شفرة المكره بقليل (حوالي ثلث الحافة الأمامية للشفرة)، حيث تكون سرعة التدفق هي الأعلى والضغط الساكن هو الأقل.

القيمة الحرجة للتبخير:
عندما ينخفض الضغط عند هذه النقطة إلى ضغط البخار المشبع عند درجة حرارة السائل الحالية، يبدأ السائل في التبخير ويشكل عددًا كبيرًا من فقاعات البخار.

العملية الكاملة للتجويف الكامل

التجويف هو دورة ديناميكية تشمل توليد الفقاعات وتطورها وانهيارها.

مرحلة توليد الفقاعات

في منطقة الضغط المنخفض، يتبخر السائل لإنتاج فقاعات بخار. وفي الوقت نفسه، تتحرر الغازات الذائبة في السائل (مثل الهواء) أيضًا، مكونة فقاعات مختلطة. ويتراوح حجم الفقاعات من ميكرون إلى ملليمتر، ويزداد عددها بشكل حاد مع انخفاض الضغط.

مرحلة هجرة الفقاعات

تتحرك الفقاعات مع تدفق السائل إلى منطقة الضغط العالي في المكره (منطقة عمل الشفرة)، حيث يرتفع الضغط بسرعة. عندما يتجاوز الضغط المحيط ضغط البخار، يتم تدمير استقرار الفقاعات.

مرحلة انهيار الفقاعة

تنهار الفقاعات على الفور تحت ضغط عالٍ (في غضون بضعة ميكروثانية فقط). يندفع السائل المحيط إلى التجويف بسرعة عالية للغاية (والتي يمكن أن تصل إلى أكثر من 100 متر/ثانية)، مما يولد تأثيرًا هيدروليكيًا قويًا. ويرافق هذه العملية ثلاثة تأثيرات رئيسية:

التأثير الميكانيكي:
يمكن أن يصل الضغط الموضعي إلى عشرات إلى مئات من ميجا باسكال، وهو ما يعادل الطرق عالي التردد على سطح المعدن.

التأثير الحراري:
عندما تنهار الفقاعات، يتم إطلاق الحرارة الكامنة للتبخير، ويمكن أن ترتفع درجة الحرارة المحلية إلى 200-300 درجة مئوية.

التآكل الكيميائي:
تعمل درجة الحرارة المرتفعة على تسريع تفاعل أكسدة الأكسجين على سطح المعدن، مما يؤدي إلى التآكل الكهروكيميائي.

خصائص ظاهرة التجويف

عند حدوث التجويف، يمكن التعرف عليه من خلال الظواهر التالية:

• إشارة سمعية: تنبعث ضوضاء “طقطقة” أو “فرقعة” عالية التردد داخل المضخة. وفي الحالات الشديدة، تكون مصحوبة بأصوات ارتطام معدني.
• إشارة بصرية: يُظهر سطح المكره تلفًا تدريجيًا من التنقر ← هيكل قرص العسل ← ثقب. المواقع النموذجية هي عند حافة مدخل الشفرة واللسان الحلزوني.
• تغييرات في الأداء: ينخفض معدل التدفق والرأس وكفاءة المضخة في نفس الوقت. وفي الحالات الشديدة، قد يحدث انقطاع في التدفق.

العوامل المسببة للتجويف:

• ارتفاع التركيب: ارتفاع التركيب المفرط يزيد من درجة تفريغ المدخل وهو السبب الأكثر شيوعًا. في ظل الضغط الجوي القياسي، لا يتجاوز ارتفاع التركيب الآمن لمضخة المياه النظيفة عادةً 3-5 أمتار تحت الضغط الجوي القياسي.
• الخصائص السائلة: ستؤدي زيادة درجة الحرارة (زيادة ضغط البخار) وارتفاع محتوى الغاز (زيادة نوى الفقاعات) إلى تقليل مقاومة التجويف بشكل كبير.
• ظروف التشغيل: سيؤدي الانحراف عن معدل التدفق التصميمي (خاصة في ظل ظروف التدفق المنخفض) إلى تكثيف تقلبات الضغط داخل المكره.
• تصميم جسم المضخة: تؤثر المعلمات الهندسية مثل شكل مدخل المكره وانحناء الشفرة بشكل مباشر على توزيع الضغط.

الفرق الأساسي بين التجويف والربط الهوائي

من الضروري التمييز بين خطأين يسهل الخلط بينهما:

الميزة	التجويف	التجليد الهوائي
السبب الجذري	الضغط المحلي < ضغط البخار المشبع < ضغط البخار المشبع	يوجد هواء داخل المضخة ولا يمكن تشكيل فراغ
مرحلة الحدوث	يظهر تدريجياً أثناء التشغيل	يحدث عند بدء التشغيل
ظاهرة نموذجية	الضوضاء، والاهتزاز، وانخفاض الأداء، وتلف المكرهة	لا تصريف للسوائل، ولا ضوضاء واضحة
الحل	تقليل ارتفاع التركيب، وزيادة ضغط المدخل	إعادة تحضير المضخة وهواء العادم

الاستنتاج الأساسي:

جوهر التجويف هو دورة “الغليان-الانهيار” للسائل في بيئة عالية الضغط. وينشأ تأثيره المدمر من التأثير التآزري للتأثير الميكانيكي والتآكل الكيميائي.

المفتاح لتجنب التجويف هو التأكد من أن رأس الشفط الموجب الصافي المتاح (NPSHa) أكبر من رأس الشفط الموجب الصافي المطلوب (NPSHr)، وعادةً ما يجب ضمان هامش أمان لا يقل عن 0.3-0.5 متر.

كيفية تجنب التجويف في مضخة الطرد المركزي

تحسين المعلمات الهيكلية لمدخل المضخة

هذا الحل مناسب لمضخة Changyu أثناء مراحل تصميم وتصنيع مضخات الطرد المركزي. نادرًا ما يتم اعتماد هذه الطريقة في موقع الإنتاج.

تركيب محفز عند مدخل شفط المضخة

تركيب محفز له تأثير كبير على تحسين أداء مقاومة التجويف لمضخة الطرد المركزي وحل مشاكل التجويف.

علاوة على ذلك، فإن هيكلها بسيط وسهل التصنيع والتركيب، ومريح للتشغيل والصيانة، ومنخفض التكلفة. يمكن تركيبها وتشغيلها تحت التوجيه الفني لمضخة Changyu دون التأثير على الإنتاج، وهي مناسبة بشكل خاص للترويج والتطبيق في مواقع الإنتاج.

تصميم خط أنابيب الشفط بشكل معقول وضبط ارتفاع التركيب

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن تقضي على مشاكل التجويف، إلا أنه نادرًا ما يتم اعتمادها في مواقع الإنتاج.

ويرجع ذلك إلى أن تعديل خط أنابيب الشفط وارتفاع تركيب المضخة ينطوي على قدر كبير من الأعمال الهندسية وتكاليف الإنشاء المرتفعة، كما أنه مقيد ببيئة البناء. لا يمكن إجراؤه إلا أثناء إيقاف تشغيل المحطة أو إجراء إصلاح شامل.

وفي الوقت نفسه، نظرًا لقيود ظروف المعالجة، سيؤثر تعديل خط أنابيب الشفط وارتفاع التركيب على العمليات اللاحقة وسيكون له تفاعل متسلسل.

تحسين ظروف تشغيل العملية على النحو الأمثل

عندما تسمح ظروف المعالجة، يمكن أن يؤدي تغيير معلمات التشغيل مثل معدل تدفق المضخة، والرأس، وسرعة الدوران، ودرجة حرارة التشغيل المتوسطة إلى تجنب حدوث التجويف.

الخلاصة:

من خلال المقالة أعلاه، نفهم كيف يحدث التجويف في مضخة الطرد المركزي، وكذلك كيفية تجنب التجويف في مضخة الطرد المركزي.

إذا كنت ترغب في التفكير في تقليل التجويف من السبب الجذري، يمكنك الاتصال بنا. سنقوم بتخصيص تصميم مضخة الطرد المركزي وفقًا لظروف العمل الخاصة بك لتلبية متطلبات الضخ الخاصة بك.

إذا حدث تجويف بالفعل في ظروف عملك الحالية، يمكنك أيضاً الاتصال بـ مضخة تشانغيو الآن. لدينا أكثر من 20 عامًا من الخبرة في التصنيع والبحث والتطوير لمساعدتك في حل مشاكل الضخ.

الأسئلة الشائعة

المزيد من المنتجات