ما هو التجويف؟ ما الضرر الذي يُسببه التجويف للمضخات؟ كيف يُمكن الوقاية منه؟

التجويف ظاهرة تحدث في الآلات الهيدروليكية والأنظمة المرتبطة بالسوائل، مثل الصمامات وخطوط الأنابيب. يتطلب التحويل المتبادل بين الماء والبخار، وهو خاصية متأصلة في السوائل، ظروفًا خاصة لدرجة الحرارة والضغط. على سبيل المثال، يتبخر الماء عند درجة حرارة 100 درجة مئوية تحت ضغط 101325 باسكال، ولكن فقط عند درجة حرارة 30 درجة مئوية تحت ضغط 4243 باسكال. وبالمثل، عندما تظل درجة الحرارة ثابتة، فإن الانخفاض التدريجي للضغط المطلق على سطح السائل سيؤدي إلى تبخر الماء عندما ينخفض ​​الضغط إلى ما دون حد معين. يتوافق كل مستوى ضغط مع درجة حرارة تبخر محددة، تمامًا كما يتوافق كل مستوى درجة حرارة مع ضغط تبخر محدد. أثناء تدفق الماء في المضخة، يحدث التبخر عندما ينخفض ​​الضغط المطلق في منطقة موضعية إلى أو أقل من ضغط التبخر عند درجة الحرارة تلك، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات عديدة. تحتوي هذه الفقاعات على بخار وغازات نشطة مثل الأكسجين (O2) تتسرب من السائل. عندما تصل هذه الفقاعات إلى منطقة الضغط العالي للمضخة، فإن الضغط المرتفع يجبرها على التشوه والانهيار بسرعة. في الوقت نفسه، تندفع جزيئات السوائل المحيطة إلى حيز الفقاعة بسرعات عالية للغاية، متصادمة بعنف ومولدة مطرقة مائية شديدة. كلما كبرت الفقاعة، زاد ضغط مطرقة الماء أثناء الانهيار - يمكن أن تصل القيم المقاسة إلى مئات أو حتى آلاف الميغا باسكال. إذا حدث انهيار الفقاعة بالقرب من الأسطح المعدنية، فإنه يخلق تأثيرات مباشرة على المادة. يؤدي تكوين الفقاعات المستمر والانهيار إلى تأثيرات متكررة على الأسطح المعدنية، مما يسرع التآكل الناتج عن التعب. علاوة على ذلك، يؤدي التآكل تدريجيًا إلى إتلاف الطبقة الواقية المعدنية. مع تسارع حرارة التكثيف، تبدأ الغازات التفاعلية في التآكل الكيميائي، مما يزيد من تدهور المادة. تحول الآثار المشتركة للتآكل والتآكل سطح المعدن من التنقير إلى تكوينات تشبه قرص العسل أو الإسفنج، مما يؤدي في النهاية إلى اختراق كامل للجدار. تسمى هذه العملية بأكملها من تكوين الفقاعات وتطورها وانهيارها وفشل المواد مجتمعة بالتجويف.

يعتمد حدوث وتطور التجويف على حالة السائل (درجة الحرارة والضغط) والخصائص الفيزيائية للسائل (بما في ذلك الغاز المذاب في الشوائب).

① التجويف المتحرك، يشير إلى تكوين فقاعة عابرة واحدة وتجويفات صغيرة في السائل، ونمو وانهيار تدفق السائل، والتجويف الناجم عن كمية الفقاعات، وتكوين ضباب السحابة؛

② التجويف الثابت، يشير إلى التجويف الناتج عن التجويف المرفق بالحدود الثابتة للسائل المتدفق، ويسمى أيضًا التجويف المرفق، في الآلات الهيدروليكية هذا النوع من التجويف هو الرئيسي؛

③ تجويف الدوامة، هو الفقاعة المنتجة في وسط الدوامة السائلة، سرعة مركز الدوامة كبيرة، والضغط منخفض، من السهل جعل تجويف تبخر السائل؛ تجويف الاهتزاز، هو التجويف الذي شكلته السعة العالية المستمرة، وتقلب الضغط عالي التردد في السائل.

ما هو سبب تجويف مضخة المياه؟

● يحدث التجويف بشكل أساسي بسبب التصميم غير المناسب للمضخة والنظام، بما في ذلك التصميم غير المعقول لخط أنابيب مدخل المضخة، والدوامات واضطراب الملاط، والفقاعات الزائدة التي تدخل المضخة ومحتوى الغاز العالي في الملاط سيؤدي أيضًا إلى تفاقم التجويف.

● التصميم المناسب للمضخة والنظام، واختيار المواد المقاومة للتآكل، وتقليل دخول الهواء إلى المضخة، والتعديل المناسب للمسافة بين لوحة حماية جانب الشفط والمكره هي التدابير الرئيسية لتقليل التجويف والتآكل، وبالتالي إطالة عمر خدمة المضخة.

ما هو الضرر المحدد الذي يمكن أن يسببه تجويف مضخة المياه للمعدات؟

تتركز أضرار تجويف مضخة المياه على المعدات في ثلاث فئات: الضرر الميكانيكي، وضعف الأداء، وتدهور المواد.

● التآكل الميكانيكي وأضرار الصدمات

ستؤثر الموجة النفاثة الدقيقة والموجة الصدمية الناتجة عن انفجار الفقاعة بشكل متكرر على الدافع وغطاء المضخة ومكونات التدفق الأخرى، مما يتسبب في حدوث تآكل وحفر تآكل، وفي الحالات الخطيرة، تشكل ثقوبًا على شكل قرص العسل أو حتى الاختراق.

سيؤدي التأثير طويل المدى إلى تقشير حافة شفرة المكره وكسرها، وترقق الجدار الداخلي لغلاف المضخة، وإتلاف السلامة الهيكلية للمعدات بشكل مباشر.

● أداء الجهاز يستمر في الانخفاض

ستشغل فقاعات التجويف مساحة قناة التدفق، مما سيؤدي إلى انخفاض معدل التدفق الفعلي والرأس وكفاءة المضخة بشكل كبير، ولا يمكن للمضخة الوصول إلى حالة العمل التصميمية.

يمكن أن يؤدي انسداد الفقاعات في مسار التدفق إلى حدوث تقلبات في التدفق وعدم استقرار الضغط، مما يؤدي بدوره إلى تكثيف اهتزاز المضخة ويؤثر على الاستقرار التشغيلي العام.

●إجهاد المواد وتسارع التآكل

سيؤدي الحمل التأثيري والإجهاد المتناوب إلى حدوث شقوق التعب في الأجزاء المعدنية، وقد يؤدي انتشار الشقوق إلى فشل الأجزاء فجأة.

يُلحق التجويف الضرر بغشاء التخميل على سطح المعدن، مما يُسرّع التآكل الكهروكيميائي. وخاصةً في الأوساط التي تحتوي على أحماض وقلويات، يتفاعل التآكل والتجويف مع بعضهما البعض، مما يُقلل من عمر خدمة المعدات.

المنطقة الأكثر عرضة للتجويف في مضخة الطرد المركزي

●تقع لوحة الغطاء الأمامية ذات أقصى انحناء للمكره على جانب الضغط المنخفض بالقرب من حافة مدخل الشفرة؛

يقع اللسان الحلزوني والريش التوجيهية في غرفة البثق بالقرب من الجانب المنخفض الضغط لحافة المدخل.

●خلوص الختم بين الحافة الخارجية لطرف شفرة المكره عالية السرعة النوعية والغلاف، والجانب المنخفض الضغط لطرف الشفرة بدون لوحة غطاء أمامية؛

المكره المرحلة الأولى للمضخة متعددة المراحل.

إجراءات لتحسين أداء مكافحة التجويف لمضخة الطرد المركزي

● تحسين التصميم الهيكلي من مدخل شفط المضخة إلى منطقة المكره. زيادة مساحة المقطع العرضي للتدفق؛ تحسين نصف قطر انحناء قسم مدخل غطاء المكره للحد من تسارع التدفق المفاجئ وانخفاض الضغط؛ تقليل سمك مدخل الشفرة بشكل مناسب وتدويره للحصول على شكل انسيابي، مما يساعد أيضًا على تقليل التسارع وانخفاض الضغط عند الحافة الأمامية للشفرة؛ تحسين التشطيب السطحي لقسمي المكره ومدخل الشفرة لتقليل خسائر المقاومة؛ تمديد حافة مدخل الشفرة باتجاه مدخل المكره للسماح بتدفق السوائل بشكل أسرع، وبالتالي زيادة الضغط.

●يتم استخدام عجلة ما قبل الحث لجعل تدفق السائل يعمل مسبقًا في عجلة ما قبل الحث، وذلك لزيادة ضغط تدفق السائل.

●يسمح تصميم المروحة ذات الشفط المزدوج بدخول السائل من كلا الجانبين في وقت واحد، مما يؤدي إلى مضاعفة مساحة المقطع العرضي للمدخل مع خفض سرعة التدفق إلى النصف.

●. يعتمد التصميم على زاوية اصطدام موجبة أكبر قليلاً لزيادة زاوية مدخل الشفرة، وتقليل انحناء مدخل الشفرة، وتقليل انسدادها، وبالتالي توسيع مساحة المدخل. كما يُحسّن ظروف العمل في معدلات التدفق العالية لتقليل فاقد التدفق. مع ذلك، يجب ألا تكون زاوية الاصطدام الموجبة كبيرة جدًا، فقد يؤثر ذلك على الكفاءة.

● استخدم موادًا مضادة للتجويف. تُظهر التجربة أنه كلما زادت قوة المادة وصلابتها ومتانتها، كان استقرارها الكيميائي أفضل وأداءها المضاد للتجويف أقوى.

إجراءات لتحسين هامش التجويف الفعال لجهاز مدخل السائل

● زيادة ضغط مستوى السائل في خزان تخزين المضخة المسبقة لتحسين هامش التجويف الفعال.

● تقليل ارتفاع تركيب مضخة جهاز الشفط.

●استبدال جهاز الضخ العلوي بجهاز التدفق العكسي.

● تقليل فاقد التدفق في خط الأنابيب قبل المضخة. على سبيل المثال، تقصير طول خط الأنابيب قدر الإمكان ضمن النطاق المطلوب، وخفض سرعة التدفق، وتقليل استخدام المرفقين والصمامات، وزيادة فتح الصمامات إلى أقصى حد.

● خفض درجة حرارة السائل العامل عند مدخل المضخة (عندما يقترب السائل المنقول من درجة حرارة التشبع).

يمكن تطبيق التدابير المذكورة أعلاه وفقًا لاختيار المضخة واختيار المواد وموقع تطبيق المضخة.