การเกิดโพรงอากาศในปั๊มแบบแยกส่วนแบบดูดคู่: สาเหตุ การออกแบบใบพัด และวิธีแก้ปัญหา

การเกิดโพรงอากาศเป็นหนึ่งในปัญหาไฮดรอลิกที่พบบ่อยที่สุดซึ่งส่งผลต่อปั๊มหอยโข่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับอัตราการไหลสูง สภาวะการดูดที่ต้องการ หรือการทำงานต่อเนื่อง สำหรับปั๊มแบบแยกส่วนแบบดูดคู่ การเกิดโพรงอากาศสามารถลดประสิทธิภาพของไฮดรอลิก เพิ่มการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน สร้างความเสียหายให้กับพื้นผิวใบพัด และทำให้อายุการใช้งานของส่วนประกอบที่สำคัญสั้นลง

แม้ว่าการเกิดโพรงอากาศมักเกี่ยวข้องกับแรงดันในการดูดไม่เพียงพอ แต่ปัญหาไม่ได้ถูกกำหนดโดยสภาวะการดูดเพียงอย่างเดียว รูปทรงทางเข้าของใบพัด ความเร็วการไหล จุดใช้งาน อุณหภูมิของไหล และความต้านทานของท่อดูด ล้วนมีอิทธิพลต่อความเป็นไปได้ของการเกิดโพรงอากาศ

การปรับปรุงความต้านทานต่อการเกิดโพรงอากาศจึงต้องอาศัยการเลือกปั๊มที่เหมาะสม การออกแบบระบบไฮดรอลิกให้เหมาะสม และการทำงานของระบบที่ถูกต้อง

บทความนี้จะอธิบายว่าการเกิดโพรงอากาศในปั๊มแบบแยกส่วนแบบดูดคู่ได้อย่างไร ตรวจสอบการปรับปรุงการออกแบบใบพัดที่สำคัญสองประการ และแนะนำวิธีการปฏิบัติจริงในการป้องกันการเกิดโพรงอากาศในระบบปั๊มทางอุตสาหกรรม

 

 

1. Cavitation ในปั๊มแยกส่วนคืออะไร?

การเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้นเมื่อความดันเฉพาะที่ของของเหลวลดลงต่ำกว่าความดันไอ ทำให้ของเหลวบางส่วนระเหยกลายเป็นไอและก่อตัวเป็นฟองไอขนาดเล็ก

เมื่อฟองอากาศเหล่านี้เคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่มีแรงดันสูงกว่าภายในปั๊ม ฟองอากาศก็จะยุบตัวลงอย่างรวดเร็ว การพังทลายของฟองอากาศซ้ำหลายครั้งสามารถสร้างแรงกดกระทบเฉพาะจุดและทำลายพื้นผิวโลหะในบริเวณใกล้เคียงได้

ในปั๊มกรณีแยกดูดคู่ โดยทั่วไปการเกิดโพรงอากาศจะเกิดขึ้นรอบๆ ทางเข้าของใบพัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับขอบนำของใบพัด ซึ่งการเร่งการไหลเฉพาะที่สามารถสร้างแรงดันที่ลดลงได้

อาการทั่วไป ได้แก่:

เสียงแตกผิดปกติหรือคล้ายกรวดระหว่างการทำงาน

เพิ่มการสั่นสะเทือนและการทำงานไม่เสถียร

การเกิดรูหรือการสึกกร่อนบนพื้นผิวใบพัด

หัวปั๊มและประสิทธิภาพไฮดรอลิกลดลง

อัตราการไหลและแรงดันปล่อยผันผวน

ความเสียหายก่อนวัยอันควรต่อตลับลูกปืนและซีลเชิงกลในกรณีที่รุนแรง

ควรแยกคาวิเทชั่นออกจากอากาศที่เข้าสู่ท่อดูด ทั้งสองอย่างสามารถทำให้เกิดเสียงรบกวนและการทำงานที่ไม่เสถียร แต่สาเหตุและมาตรการแก้ไขต่างกัน การวินิจฉัยที่ถูกต้องควรพิจารณาถึงแรงดันในการดูด สภาพของเหลว ข้อมูลการทำงาน และผลการตรวจสอบภายใน

 

2. เหตุใดปั๊มแบบแยกส่วนแบบดูดสองชั้นจึงไวต่อการเกิดโพรงอากาศ

โดยปกติแล้วปั๊มแยกส่วนแบบดูดคู่จะใช้ท่อแยกแนวนอนและใบพัดแบบทางเข้าคู่ ของเหลวเข้าสู่ใบพัดจากทั้งสองด้าน โดยแบ่งการไหลทั้งหมดระหว่างทางเข้าสองทาง

การจัดเรียงนี้มีข้อดีสำหรับการใช้งานที่มีการไหลขนาดใหญ่ และสามารถช่วยปรับสมดุลแรงไฮดรอลิกในแนวแกนได้ อย่างไรก็ตาม จะไม่กำจัดการเกิดโพรงอากาศโดยอัตโนมัติ

แรงดันที่ทางเข้าใบพัดขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย:

ความเร็วการไหลเข้าสูง

เมื่อของเหลวไหลผ่านช่องทางเข้าที่ถูกจำกัดหรือออกแบบมาไม่ดี ความเร็วของของเหลวอาจเพิ่มขึ้นและความดันสถิตเฉพาะจุดอาจลดลง หากความดันในพื้นที่ต่ำกว่าความดันไอของของเหลว ฟองไออาจเกิดขึ้นได้

สภาพการทำงานที่ไม่เหมาะสม

การทำงานห่างจากช่วงการทำงานที่แนะนำมากเกินไปอาจทำให้เกิดรูปแบบการไหลที่ไม่เอื้ออำนวย การสูญเสียทางไฮดรอลิกที่เพิ่มขึ้น การแยกการไหล และความผันผวนของแรงดันในพื้นที่

สภาวะการดูดไม่เพียงพอ

ตัวยกดูดสูง ท่อดูดยาว ท่อขนาดเล็ก วาล์วปิดบางส่วน หรือตัวกรองที่อุดตันอาจเพิ่มการสูญเสียการดูดและลดแรงดันที่ทางเข้าปั๊ม

อุณหภูมิของเหลวสูง

เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น ความดันไอของของเหลวก็จะเพิ่มขึ้นโดยทั่วไป ซึ่งจะช่วยลดแรงดันที่มีอยู่ก่อนเกิดไอ

การกระจายการไหลเข้าไม่สม่ำเสมอ

การจัดวางท่อดูดที่ไม่ดี ข้อศอกใกล้เคียง การเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางท่ออย่างกะทันหัน หรือการรบกวนต้นน้ำอื่นๆ สามารถสร้างโปรไฟล์ความเร็วที่ไม่สม่ำเสมอได้ นี่อาจทำให้เกิดสภาวะการไหลที่ไม่เอื้ออำนวยที่ทางเข้าใบพัด แม้ว่าแรงดันดูดโดยรวมจะยอมรับได้ก็ตาม

การทำความเข้าใจปัจจัยเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญก่อนที่จะตัดสินใจว่าปัญหานั้นจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนระบบ การออกแบบปั๊มใหม่ หรือทั้งสองอย่างรวมกัน

 

3. การปรับปรุงการออกแบบใบพัดที่สำคัญสองประการสำหรับความต้านทานการเกิดโพรงอากาศ

การปรับปรุงการออกแบบไฮดรอลิกของทางเข้าใบพัดสามารถช่วยลดการเร่งการไหลในพื้นที่และการสูญเสียแรงดันได้ พารามิเตอร์การออกแบบสองประการที่ควรค่าแก่การประเมิน ได้แก่ โปรไฟล์ผ้าห่อศพด้านหน้าและเส้นผ่านศูนย์กลางดุมใบพัด

3.1 ปรับรัศมีวงเลี้ยวของผ้าห่อศพหน้าให้เหมาะสม

ผ้าห่อศพด้านหน้าหรือที่เรียกว่าแผ่นปิดด้านหน้า เป็นส่วนหนึ่งของช่องทางไหลเข้าของใบพัด

ใกล้กับขอบนำของใบพัด รูปทรงของผ้าห่อศพด้านหน้ามีอิทธิพลต่อวิธีที่ของเหลวหมุนและเข้าสู่ทางเดินของใบพัด การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันหรือความโค้งที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลต่อความเร่งเฉพาะที่ การแยกกระแส และการกระจายแรงดันที่ไม่เอื้ออำนวย

การปรับรัศมีวงเลี้ยวของผ้าห่อศพด้านหน้าให้เหมาะสมจะช่วยสร้างช่องทางเข้าที่นุ่มนวลขึ้น

ผลประโยชน์ที่เป็นไปได้ ได้แก่ :

ลดการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลอย่างกะทันหัน

ปรับปรุงการกระจายความเร็วของของเหลวใกล้กับทางเข้าของใบมีด

ลดการสูญเสียไฮดรอลิกในพื้นที่

ช่วยป้องกันบริเวณความกดอากาศต่ำที่ไม่เอื้ออำนวยใกล้ทางเข้าใบพัด

ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ รัศมีวงเลี้ยวควรได้รับการประเมินร่วมกับความกว้างทางเข้า รูปทรงขอบนำของใบมีด และทางเดินของใบพัดโดยรวม

รัศมีที่ใหญ่ขึ้นไม่ได้ดีขึ้นโดยอัตโนมัติในทุกปั๊ม การเปลี่ยนแปลงทางเรขาคณิตที่มากเกินไปอาจส่งผลต่อเส้นทางการไหล ประสิทธิภาพของไฮดรอลิก หรือความเป็นไปได้ในการผลิต โปรไฟล์สุดท้ายควรถูกกำหนดโดยการคำนวณการออกแบบไฮดรอลิก พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) และการทดสอบประสิทธิภาพที่เหมาะสม

3.2 ลดเส้นผ่านศูนย์กลางดุมใบพัดอย่างเหมาะสม

ดุมเป็นส่วนตรงกลางของใบพัดที่เชื่อมต่อกับเพลาปั๊มและส่งกำลังในการหมุนไปยังใบพัด

ในขั้นตอนการออกแบบ การลดเส้นผ่านศูนย์กลางดุมในขณะที่รักษาเส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้าของใบพัดไม่เปลี่ยนแปลงอาจเพิ่มพื้นที่การไหลของทางเข้าที่มีอยู่

พื้นที่การไหลที่มีประสิทธิภาพที่ใหญ่ขึ้นสามารถช่วยลดความเร็วทางเข้าเฉลี่ยภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ซึ่งอาจปรับปรุงการกระจายแรงดันใกล้กับส่วนยื่นของใบพัด

อย่างไรก็ตาม เส้นผ่านศูนย์กลางดุมล้อยังสัมพันธ์กับความแข็งแรงเชิงกลอย่างใกล้ชิดอีกด้วย

ต้องพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้ก่อนที่จะเปลี่ยนรูปทรงดุม:

เส้นผ่านศูนย์กลางเพลาและความแข็งแรงทางกล

ความหนาของผนังดุมและความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

วัสดุใบพัดและความเร็วในการหมุน

ความเข้มข้นของความเค้นรอบการเชื่อมต่อดุมและเพลา

ข้อกำหนดในการแนบและประกอบใบพัด

ประสิทธิภาพไฮดรอลิกตลอดช่วงการทำงานที่ต้องการ

การลดเส้นผ่านศูนย์กลางดุมล้อโดยไม่มีการประเมินโครงสร้างที่เพียงพออาจทำให้ใบพัดอ่อนตัวหรือส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของชุดประกอบที่กำลังหมุน

การปรับเปลี่ยนนี้จึงควรถือเป็นการปรับให้เหมาะสมระดับการออกแบบมากกว่าการซ่อมแซมภาคสนามตามปกติ ขนาดสุดท้ายต้องเป็นไปตามข้อกำหนดทั้งด้านไฮดรอลิกและทางกล

 

4. ความสำคัญของ NPSH ในการป้องกันการเกิดโพรงอากาศ

รูปทรงของใบพัดเป็นเพียงส่วนหนึ่งของการป้องกันการเกิดโพรงอากาศเท่านั้น จะต้องประเมินความสัมพันธ์ระหว่างหัวดูดสุทธิบวกที่มีอยู่ของระบบกับหัวดูดสุทธิบวกที่ต้องการของปั๊มด้วย

NPSH หมายถึง หัวดูดสุทธิบวก ใช้เพื่อประเมินว่ามีแรงดันเพียงพอที่จุดดูดของปั๊มเพื่อจำกัดการก่อตัวของไอหรือไม่

มีพารามิเตอร์ที่สำคัญสองประการ:

NPSHa (มีหัวดูดสุทธิเป็นบวก):NPSH ที่มาจากระบบสูบน้ำภายใต้สภาวะการทำงานจริง

NPSHr (ต้องใช้หัวดูดสุทธิบวก):ข้อกำหนด NPSH ของปั๊มที่อัตราการไหลและความเร็วที่ระบุ ซึ่งกำหนดโดยการทดสอบประสิทธิภาพของปั๊ม

เงื่อนไขการเลือกขั้นพื้นฐานคือ:

NPSHa > NPSHr

ในทางวิศวกรรมภาคปฏิบัติ ควรรักษาระดับความปลอดภัยที่เหมาะสมไว้ด้วย อัตรากำไรขั้นต้นที่ต้องการขึ้นอยู่กับการออกแบบปั๊ม สภาวะการทำงาน มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง และคำแนะนำของผู้ผลิต

NPSHa สามารถลดลงได้โดย:

การสูญเสียแรงเสียดทานของท่อดูดมากเกินไป

แรงดูดสูง

ระดับของเหลวในถังจ่ายต่ำ

อุณหภูมิของเหลวสูง

วาล์วดูดหรือตัวกรองถูกจำกัด

สภาวะแรงดันของระบบที่ไม่เอื้ออำนวย

ปั๊มอาจมีใบพัดที่ออกแบบมาอย่างดี แต่ยังคงมีการเกิดโพรงอากาศหาก NPSH ที่มีอยู่ไม่เพียงพอ ดังนั้น จึงต้องพิจารณาทั้งข้อกำหนดด้านปั๊มและเงื่อนไขด้านระบบ

 

5. มาตรการปฏิบัติเพื่อลดการเกิดโพรงอากาศในระบบสูบน้ำที่มีอยู่

นอกจากการปรับปรุงการออกแบบไฮดรอลิกของปั๊มแล้ว การปรับระดับระบบหลายๆ ระดับยังช่วยลดการเกิดโพรงอากาศได้อีกด้วย

ปรับปรุงท่อดูด

ใช้ท่อดูดที่มีขนาดเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงความเร็วการไหลที่มากเกินไปและการสูญเสียแรงเสียดทาน รักษาท่อดูดให้สั้นและตรงที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ และหลีกเลี่ยงข้อศอกที่ไม่จำเป็น การเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างกะทันหัน และข้อต่อที่จำกัด

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวาล์วดูดเปิดสุดระหว่างการทำงานปกติ และตรวจสอบและทำความสะอาดตัวกรองหรือตัวกรองอย่างสม่ำเสมอ

รักษาปริมาณของเหลวให้เพียงพอ

ตรวจสอบระดับของเหลวในถังจ่าย และตรวจสอบระดับความสูงในการติดตั้งปั๊ม ในกรณีที่สภาวะเอื้ออำนวย การลดแรงดูดหรือเพิ่มระดับของเหลวคงที่สามารถปรับปรุง NPSHa ได้

สำหรับระบบปิด ตรวจสอบว่าแรงดันของระบบเหมาะสมกับอุณหภูมิของเหลวและข้อกำหนดในการใช้งาน

ใช้งานใกล้กับช่วงการทำงานที่แนะนำ

ตรวจสอบอัตราการไหลจริงเทียบกับเส้นโค้งประสิทธิภาพของปั๊มของผู้ผลิต

หลีกเลี่ยงการทำงานเป็นเวลานานที่อัตราการไหลต่ำหรือสูงเกินไป ซึ่งอาจทำให้ระบบไฮดรอลิกไม่เสถียร เลือกปั๊มที่มีจุดประสิทธิภาพดีที่สุดและช่วงการทำงานที่อนุญาตเหมาะสมกับหน้าที่ของระบบที่คาดหวัง

ตรวจสอบอุณหภูมิและสภาพของเหลว

สำหรับของเหลวร้อน ให้ประเมินความดันไอที่อุณหภูมิการทำงานจริง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของเหลว องค์ประกอบ ความหนืด หรือปริมาณก๊าซอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการดูด

ข้อกำหนด NPSH ของปั๊มควรได้รับการประเมินสำหรับของไหลจริงและสภาวะการทำงาน แทนที่จะอาศัยเฉพาะข้อมูลอ้างอิงที่เป็นน้ำ

ตรวจสอบใบพัดและทางไหลภายใน

ในระหว่างการบำรุงรักษาตามกำหนดเวลา ให้ตรวจสอบขอบนำของใบพัดใบพัด ผ้าห่อศพ และพื้นผิวเปียกอื่นๆ เพื่อหารูพรุน การกัดเซาะ การกัดกร่อน และการสะสมตัว

หากพบความเสียหาย ให้พิจารณาว่าเกี่ยวข้องกับการเกิดโพรงอากาศ การสึกหรอจากการเสียดสี การกัดกร่อน หรือกลไกอื่น ก่อนที่จะเลือกวิธีการซ่อมแซม

 

6. วิธีการเลือกปั๊มแบบแยกส่วนที่มีความต้านทานการเกิดโพรงอากาศที่ดีกว่า

การเลือกปั๊มที่มีคุณสมบัติการดูดที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการจ่ายน้ำไหลปริมาณมาก การไหลเวียนของน้ำหล่อเย็น การชลประทาน และการใช้งานในกระบวนการอุตสาหกรรม

ก่อนที่จะเลือกปั๊มแยกส่วนแบบดูดคู่ วิศวกรควรประเมินข้อมูลต่อไปนี้:

ปัจจัยการคัดเลือก	ข้อมูลเพื่อยืนยัน
อัตราการไหล	กระแสการทำงานปกติ ต่ำสุด และสูงสุด
หัวแบบไดนามิกทั้งหมด	หัวที่ต้องการภายใต้สภาวะของระบบจริง
คุณสมบัติของเหลว	ชนิด อุณหภูมิ ความหนาแน่น ความหนืด และความดันไอ
สภาวะการดูด	ระดับถังจ่าย ความดัน การยกทางดูด และการสูญเสียท่อ
สพป	มี NPSHa และ NPSHr ที่ต้องใช้ปั๊ม
ความเร็วของปั๊ม	ความเร็วมอเตอร์และสภาวะการทำงานที่คาดหวัง
การติดตั้ง	ฐานราก การจัดวางท่อ และสภาวะการไหลเข้า
วัสดุ	ความต้านทานการกัดกร่อนและความเหมาะสมสำหรับของเหลวที่สูบ

ควรประเมินปั๊มโดยใช้กราฟประสิทธิภาพที่สมบูรณ์ รวมถึงการไหล เฮด ประสิทธิภาพ กำลัง และ NPSHr

สำหรับการใช้งานที่มีแรงดันดูดจำกัดหรือสภาวะทางเข้าที่เรียกร้อง ปั๊มที่มีคุณสมบัติไฮดรอลิก NPSH ต่ำที่เหมาะสมอาจมีความเหมาะสมมากกว่าการเลือกมอเตอร์ขนาดใหญ่หรือรุ่นที่มีความจุสูงกว่า

 

บทสรุป

การเกิดโพรงอากาศในปั๊มแยกส่วนแบบดูดคู่ได้รับอิทธิพลจากทั้งระบบปั๊มและการออกแบบไฮดรอลิกภายใน NPSH ที่ไม่เพียงพอ ความเร็วทางเข้าที่มากเกินไป การกระจายการไหลที่ไม่เอื้ออำนวย และสภาวะการทำงานที่ไม่เหมาะสม ล้วนมีส่วนทำให้เกิดการพัฒนาได้

ในระดับการออกแบบ การปรับรัศมีการหมุนของผ้าห่อศพด้านหน้าให้เหมาะสมและการลดเส้นผ่านศูนย์กลางดุมใบพัดอย่างเหมาะสมอาจช่วยปรับปรุงสภาพการไหลของทางเข้าได้ อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนเหล่านี้ต้องได้รับการประเมินควบคู่ไปกับความแข็งแรงของใบพัด การออกแบบเพลา สมรรถนะทางไฮดรอลิก และข้อกำหนดในการผลิต

สำหรับการติดตั้งที่มีอยู่ การปรับปรุงสภาพท่อดูด การรักษาปริมาณของเหลวที่เพียงพอ การทำงานภายในช่วงที่แนะนำ และการตรวจสอบ NPSH มีความสำคัญเท่าเทียมกัน

แนวทางที่เป็นระบบที่ผสมผสานการออกแบบไฮดรอลิกเสียง การเลือกปั๊มที่แม่นยำ และการทำงานของระบบที่เหมาะสม สามารถช่วยลดความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศและปรับปรุงความน่าเชื่อถือในระยะยาวของปั๊มแรงเหวี่ยงทางอุตสาหกรรม