ما هو تجويف المضخة وكيفية تجنبه

هل سبق لك أن سمعت مضخة تصدر أصواتًا غريبة أو لاحظت انخفاضًا في أدائها؟ قد تكون هذه علامات لتجويف المضخة.

يحدث تجويف المضخة عندما تتشكل فقاعات بخار وتنهار داخل المضخة، مما يتسبب في تلفها وانخفاض كفاءتها.

ما هو ضغط البخار

ضغط البخار هو الضغط الذي يمارسه البخار في حالة التوازن الديناميكي الحراري مع مراحله المكثفة عند درجة حرارة معينة. أما بالنسبة للسوائل فهو يدل على الميل إلى التبخر. ارتفاع ضغط البخار يعني أن المادة أكثر تقلبًا.

ما هو تجويف المضخة

تجويف المضخة هو ظاهرة تحدث عندما ينخفض الضغط في السائل إلى ما دون ضغط بخاره، مما يتسبب في تكوين فقاعات بخار. يحدث هذا عادة في مضخات الطرد المركزي ومضخات الإزاحة الإيجابية. ومع تحرك هذه الفقاعات إلى مناطق ذات ضغط أعلى، تنهار بعنف، مما يؤدي إلى خلق موجات صدمة.

أنواع التجويف في المضخات

التجويف التبخير

يحدث التجويف التبخيري، المعروف أيضًا باسم التجويف الكلاسيكي، عندما ينخفض الضغط عند مدخل المضخة إلى أقل من ضغط بخار السائل. يؤدي هذا إلى تكوين فقاعات بخار بالقرب من عين المكره. عندما تنتقل هذه الفقاعات إلى مناطق الضغط العالي، فإنها تنهار بعنف، مما قد يؤدي إلى إتلاف المكره وتقليل كفاءة المضخة.

التجويف الاضطرابي

ينتج التجويف الاضطرابي عن اضطرابات التدفق في مدخل المضخة. يمكن أن تؤدي الانحناءات الحادة أو العوائق أو تكوينات الأنابيب غير الصحيحة إلى إنشاء دوامات ومناطق منخفضة الضغط حيث تتشكل فقاعات البخار. يحدث هذا النوع من التجويف غالبًا بالقرب من مدخل المضخة ويمكن أن يسبب تآكل الحواف الأمامية للمكره.

التجويف متلازمة ريشة

يحدث التجويف بمتلازمة فاين عندما يكون الخلوص بين القطر الخارجي للمكره ومقطع المياه في غلاف المضخة صغيرًا جدًا. تعمل هذه الفجوة الضيقة على تسريع تدفق السوائل، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق منخفضة الضغط حيث تتشكل فقاعات التجويف. ويؤثر عادةً على أطراف شفرات المكره وغطاء المضخة بالقرب من منطقة التفريغ.

تجويف إعادة التدوير الداخلي

يحدث تجويف إعادة التدوير الداخلي عندما تعمل المضخة بمعدلات تدفق منخفضة، بعيدًا عن أفضل نقطة للكفاءة. يتم إعادة تدوير السائل داخل المضخة، مما يخلق مناطق منخفضة الضغط حيث تتشكل فقاعات التجويف. يمكن أن يؤدي هذا النوع إلى إتلاف كل من المكره وغلاف المضخة، خاصة في المناطق الواقعة بين الغطاء الخلفي للمكره والغلاف.

التجويف طموح الهواء

ينتج تجويف شفط الهواء من دخول الهواء إلى نظام المضخة. يمكن أن يحدث هذا بسبب التسربات في أنابيب الشفط، أو الختم غير المناسب، أو الدوامة في وعاء الشفط. يشكل الهواء المحبوس فقاعات تنهار عند تعرضها لضغوط أعلى داخل المضخة، مما يسبب ضررًا مشابهًا للأنواع الأخرى من التجويف.

الأسباب الشائعة لتجويف المضخة

صافي رأس الشفط الإيجابي المتوفر (NPSHa) غير كافٍ

عدم كفاية NPSHa هو السبب الرئيسي لتجويف المضخة. عندما ينخفض رأس الشفط المتوفر عن المستوى المطلوب، تتشكل فقاعات بخار في السائل. تنهار هذه الفقاعات عند دخولها مناطق الضغط العالي، مما يتسبب في تلف دافعة المضخة والمكونات الأخرى.

مشاكل خط الشفط

يمكن أن تؤدي العوائق أو القيود أو فقدان الاحتكاك المفرط في خط الشفط إلى التجويف. تعمل هذه المشكلات على تقليل الضغط عند مدخل المضخة، مما قد يؤدي إلى انخفاضه إلى ما دون ضغط بخار السائل.

السوائل المتطايرة وضغط البخار

إن ضخ السوائل المتطايرة بالقرب من ضغط البخار يزيد من خطر التجويف. عندما يقترب السائل من ضغط البخار، يصبح أكثر عرضة لتكوين الفقاعات.

التشغيل خارج أفضل نقطة كفاءة (BEP)

يمكن أن يؤدي تشغيل مضخة الطرد المركزي بعيدًا عن تدفق أفضل الممارسات البيئية إلى حدوث التجويف. يحدث هذا غالبًا عندما تعمل المضخة بمعدلات تدفق أعلى أو أقل بكثير من المعدلات المصممة.

الهواء أو الغاز المحبوس

يمكن أن يؤدي وجود الهواء أو الغاز المحبوس في السائل الذي يتم ضخه إلى تأثيرات تشبه التجويف. يمكن أن تنهار فقاعات الغاز هذه وتسبب أضرارًا مشابهة لانفجار فقاعة البخار.

علامات تجويف المضخة

الأضرار المادية لمكونات المضخة

يتسبب التجويف في تآكل شديد لمكونات المضخة. غالبًا ما يظهر على المكره تآكل وخسارة في المواد، ويبدو مهترئًا بعد انتهاء عمره الافتراضي الفعلي. قد يظهر أيضًا على غلاف المضخة والأختام علامات الضرر بسبب موجات الصدمة القوية الناتجة عن انهيار فقاعات البخار.

الضوضاء والاهتزاز غير الطبيعي

تعتبر الضوضاء والاهتزازات المفرطة من العلامات الواضحة للتجويف. يشبه الصوت الحصى أو الرخام الذي يدور عبر المضخة. تزداد مستويات الاهتزاز بشكل ملحوظ، مما قد يؤدي إلى اختلال المحاذاة ومزيد من المشكلات الميكانيكية.

انخفاض ضغط التفريغ والتدفق

يشير الانخفاض الكبير في ضغط التفريغ ومعدل التدفق إلى التجويف. وجود فقاعات بخار في السائل يقلل من كفاءة المضخة، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء. هذا التأثير ملحوظ بشكل خاص في مضخات الطرد المركزي.

الختم المتكرر وفشل تحمل

يعمل التجويف على تسريع تآكل الأختام والمحامل. تتسبب موجات الصدمة والاهتزازات الشديدة في فشل هذه المكونات مبكرًا.

استهلاك الطاقة غير المستقر

استهلاك الطاقة غير المنتظم هو مؤشر آخر للتجويف. يتقلب تيار المحرك وسحب الطاقة حيث تكافح المضخة للحفاظ على الأداء. يمكن أن يؤدي عدم الاستقرار هذا إلى زيادة استخدام الطاقة واحتمال تلف المحرك.

كيفية منع تجويف المضخة

اختيار المضخة المناسب مع هامش NPSHA كافٍ

• تأكد من أن المضخة بها هامش كافٍ لصافي رأس الشفط الإيجابي المتاح (NPSHA) أعلى من NPSH المطلوب.
• راجع منحنيات وإرشادات أداء الشركات المصنعة للمضخات لاختيار مضخة تعمل بكفاءة ضمن نطاق التطبيق المقصود.
• ضع في اعتبارك عوامل مثل معدل التدفق وضغط الرأس وخصائص السوائل عند الاختيار.

تحسين تصميم النظام

• قم بزيادة قطر أنبوب الشفط لتقليل سرعة السائل وانخفاض الضغط.
• قلل التركيبات والصمامات الموجودة في خط الشفط لتقليل فقد الاحتكاك.
• قم بإزالة النقاط العالية في الأنابيب التي يمكن أن تحبس البخار.
• ضمان الغمر الكافي لمصدر الشفط لمنع الدوامة وسحب الهواء.
• يساعد التصميم المناسب للأنابيب مع التحولات التدريجية ومسارات التدفق السلس في الحفاظ على التدفق الصفحي وتوزيع الضغط الموحد.

تشغيل المضخات بالقرب من أفضل الممارسات البيئية الخاصة بها

• قم بتشغيل مضخات الطرد المركزي بالقرب من أفضل نقطة كفاءة (BEP) وضمن نطاق التشغيل المسموح به المحدد من قبل الشركة المصنعة.
• تجنب التشغيل بعيدًا إلى اليمين على منحنى المضخة، مما قد يزيد من NPSH المطلوب.
• استخدم محركات متغيرة السرعة عندما يكون ذلك مناسبًا لمطابقة مخرجات المضخة مع متطلبات النظام مع الحفاظ على الكفاءة المثلى.

الحفاظ على ضغط شفط كافٍ ودرجة حرارة منخفضة للسائل

• حافظ على ضغط الشفط أعلى من ضغط بخار السائل بهامش أمان مناسب.
• فكر في استخدام المضخات المعززة أو رفع مصدر الشفط إذا لزم الأمر.
• التحكم في درجة حرارة السائل، حيث أن ارتفاع درجات الحرارة يزيد من ضغط البخار وخطر التجويف.
• ضمان الغمر المناسب والحفاظ على مستويات ثابتة من السائل في أوعية الشفط.

التحكم في الهواء المحبوس والتهوية المناسبة

• قم بتركيب صمامات إطلاق الهواء في نقاط عالية في النظام لإزالة الهواء المحبوس.
• تصميم وصيانة أنظمة التهوية بشكل صحيح لمنع تراكم الهواء.
• استخدم المصافي أو المرشحات لإزالة الحطام الذي قد يتسبب في انخفاض الضغط المحلي.
• تأكد من وجود أختام ووصلات محكمة لمنع دخول الهواء، خاصة على جانب الشفط للمضخة.

المراقبة والصيانة المنتظمة

• تنفيذ التفتيش الروتيني و برنامج صيانة المضخات ومكونات جانب الشفط.
• راقب علامات التجويف مثل الضوضاء أو الاهتزاز أو استهلاك الطاقة غير المنتظم.
• فحص وتنظيف المرشحات والمصافي والصمامات بانتظام.
• إجراء اختبارات التدفق والضغط الدورية للتحقق من أداء المضخة.

الأسئلة الشائعة

عندما تقوم المضخة بالتجويف، ما الصوت الذي تصدره؟

تنتج مضخة التجويف ضوضاء عالية ومميزة. غالبًا ما يبدو وكأنه حصى أو رخام يدور عبر النظام. يوصف الضجيج بأنه هدير أو هدير أو حصوي. يحدث هذا الصوت بسبب التشكل السريع وانهيار فقاعات البخار.

ما هو تجويف المضخة بسبب انخفاض التدفق؟

تدفق منخفض يحدث التجويف عندما يدخل سائل غير كافٍ إلى المضخة. ويحدث ذلك بسبب انخفاض الضغط أو ظروف الفراغ العالية عند مدخل المضخة. ويؤدي هذا إلى "تجويع" المضخة، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات بالقرب من عين المكره. وتنفجر هذه الفقاعات، مما يؤدي إلى إتلاف المكره بمرور الوقت.

ختاماً

يعد تجويف المضخة مشكلة خطيرة يمكن أن تؤدي إلى تلف المعدات وتقليل الكفاءة. يعد فهم أسبابه والتعرف على الأعراض وتنفيذ التدابير الوقائية أمرًا ضروريًا للحفاظ على أداء المضخة.

تعد الصيانة المنتظمة واختيار المضخة المناسب وتحسين تصميم النظام أمرًا أساسيًا لتجنب التجويف. للحصول على مساعدة الخبراء، استشر أحد متخصصي المضخات لضمان الأداء الأمثل للنظام.