Cavitation คืออะไร? จะปรับปรุงมาตรการป้องกันการเกิดโพรงอากาศได้อย่างไร?

 

• โพรงอากาศคืออะไร?

โพรงอากาศเป็นสภาวะที่เป็นอันตรายซึ่งมักเกิดขึ้นในหน่วยสูบน้ำแบบแรงเหวี่ยง การเกิดโพรงอากาศสามารถลดประสิทธิภาพของปั๊ม ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน และทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่อใบพัด ตัวเรือนปั๊ม เพลา และชิ้นส่วนภายในอื่นๆ ของปั๊ม การเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้นเมื่อความดันของเหลวในปั๊มลดลงต่ำกว่าความดันไอ ทำให้เกิดฟองอากาศในบริเวณที่มีความดันต่ำ ฟองอากาศเหล่านี้สามารถยุบตัวหรือ "ระเบิด" อย่างรุนแรงเมื่อเข้าสู่บริเวณที่มีความกดอากาศสูง สิ่งนี้สามารถทำให้เกิดความเสียหายทางกลไกภายในปั๊ม สร้างจุดอ่อนที่เสี่ยงต่อการสึกกร่อนและการกัดกร่อน และทำให้ประสิทธิภาพของปั๊มลดลง

 

การทำความเข้าใจและการนำกลยุทธ์ไปปฏิบัติเพื่อลดการเกิดโพรงอากาศถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความสมบูรณ์ในการปฏิบัติงานและอายุการใช้งานของปั๊มหอยโข่ง

 

• ประเภทของคาวิเทชั่นในปั๊มแรงเหวี่ยง

 

1. โพรงอากาศที่กลายเป็นไอมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า "โพรงอากาศแบบคลาสสิก" หรือ "โพรงอากาศที่มีหัวดูดสุทธิบวก (NPSHa)" ซึ่งเป็นโพรงอากาศประเภทที่พบบ่อยที่สุด ปั๊มหอยโข่งจะเพิ่มความเร็วของของไหลขณะไหลผ่านรูดูดใบพัด ความเร็วที่เพิ่มขึ้นจะเท่ากับการลดลงของความดันของของไหล การลดความดันอาจทำให้ของเหลวบางส่วนเดือด (กลายเป็นไอ) และก่อตัวเป็นฟองไอ ซึ่งจะยุบตัวอย่างรุนแรงและทำให้เกิดคลื่นกระแทกขนาดเล็กเมื่อไปถึงบริเวณที่มีความดันสูง

 

2. โพรงอากาศปั่นป่วนส่วนประกอบต่างๆ เช่น ข้องอ วาล์ว และตัวกรองในระบบท่ออาจไม่เหมาะสมกับปริมาณหรือลักษณะของของเหลวที่ถูกสูบ ซึ่งสามารถสร้างกระแสวน ความปั่นป่วน และความแตกต่างของแรงดันทั่วทั้งของเหลว เมื่อปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นที่ทางเข้าปั๊ม อาจกัดกร่อนภายในปั๊มได้โดยตรงหรือทำให้ของเหลวกลายเป็นไอ

 

3. โพรงอากาศแบบเบลดซินโดรมมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า "กลุ่มอาการผ่านใบพัด" การเกิดโพรงอากาศประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดใหญ่เกินไป หรือการเคลือบภายในท่อปั๊มหนาเกินไป/เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อปั๊มเล็กเกินไป เงื่อนไขอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างนี้จะลดพื้นที่ (ระยะห่าง) ภายในปลอกปั๊มให้ต่ำกว่าระดับที่ยอมรับได้ ระยะห่างที่ลดลงภายในตัวเรือนปั๊มทำให้ความเร็วของของไหลเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้แรงดันลดลง ความดันที่ลดลงอาจทำให้ของเหลวระเหย ทำให้เกิดฟองอากาศในโพรงอากาศ

 

4. Cavitation การหมุนเวียนภายในเมื่อปั๊มไม่สามารถปล่อยของเหลวตามอัตราการไหลที่ต้องการได้ จะทำให้ของเหลวบางส่วนหรือทั้งหมดหมุนเวียนรอบๆ ใบพัด ของไหลหมุนเวียนจะไหลผ่านบริเวณความดันต่ำและสูง ทำให้เกิดความร้อน ความเร็วสูง และก่อตัวเป็นฟองอากาศของการระเหย สาเหตุทั่วไปของการหมุนเวียนภายในคือการเดินปั๊มโดยปิดวาล์วทางออกของปั๊ม (หรือที่อัตราการไหลต่ำ - Pump Salon Note 1)

 

5. โพรงอากาศขึ้นเครื่องสามารถดูดอากาศเข้าไปในปั๊มผ่านทางวาล์วที่เสียหายหรือข้อต่อหลวม เมื่อเข้าไปในปั๊มแล้ว อากาศจะเคลื่อนที่ไปตามของเหลว การเคลื่อนที่ของของไหลและอากาศอาจทำให้เกิดฟองอากาศที่ "ระเบิด" เมื่อสัมผัสกับแรงดันที่เพิ่มขึ้นของใบพัดปั๊ม

 

• อันตรายจากการเกิดโพรงอากาศคืออะไร?

 

1. การกัดกร่อนของส่วนประกอบที่ไหลผ่าน:

(1) เนื่องจากแรงกระแทกความถี่สูง (600~25000HZ) ที่เกิดขึ้นเมื่อฟองสบู่แตก ความดันจึงสูงถึง 49Mpa ทำให้เกิดการกัดเซาะทางกลบนพื้นผิวโลหะ

 

(2) เนื่องจากความร้อนถูกปล่อยออกมาในระหว่างการกลายเป็นไอและการไฮโดรไลซิสเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่างกัน ออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะออกซิไดซ์โลหะและทำให้เกิดการกัดกร่อนของสารเคมี

 

2. ประสิทธิภาพของปั๊มลดลง:

เมื่อเกิดโพรงอากาศของปั๊ม การแลกเปลี่ยนพลังงานในใบพัดจะถูกรบกวนและถูกทำลาย และลักษณะภายนอกจะแสดงออกมาเมื่อเส้นโค้ง QH, QP และ Qn ลดลง ในกรณีที่รุนแรง การไหลในปั๊มจะถูกขัดจังหวะและจะไม่ทำงาน

 

สำหรับความเร็วเฉพาะต่ำ เนื่องจากช่องการไหลระหว่างใบพัดแคบและยาว เมื่อเกิดโพรงอากาศ ฟองอากาศจะเต็มช่องการไหลทั้งหมด และเส้นโค้งประสิทธิภาพจะลดลงอย่างกะทันหัน

 

สำหรับความเร็วเฉพาะปานกลางและสูง ช่องการไหลจะสั้นและกว้าง ดังนั้นจึงต้องใช้กระบวนการเปลี่ยนผ่านเพื่อให้ฟองอากาศพัฒนาจากการเกิดไปจนเต็มช่องการไหลทั้งหมด เส้นโค้งประสิทธิภาพที่สอดคล้องกันเริ่มลดลงอย่างช้าๆ และลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเพิ่มขึ้นถึงอัตราการไหลที่แน่นอน

 

• มาตรการปรับปรุงการป้องกันการเกิดโพรงอากาศ

 

1. มาตรการเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการเกิดโพรงอากาศของปั๊มแรงเหวี่ยง:

(1) ปรับปรุงการออกแบบโครงสร้างจากช่องดูดปั๊มไปยังใบพัด เพิ่มพื้นที่การไหล เพิ่มรัศมีความโค้งของส่วนทางเข้าของฝาครอบใบพัดเพื่อลดการเร่งความเร็วและแรงดันตกอย่างรวดเร็วของการไหลของของเหลว ลดความหนาของทางเข้าใบมีดและปัดเศษทางเข้าใบมีดให้เหมาะสมเพื่อให้ใกล้เคียงกับรูปทรงเพรียวลมซึ่งสามารถลดการเร่งและแรงดันตกของการไหลรอบหัวใบมีดได้ ปรับปรุงพื้นผิวของใบพัดและทางเข้าของใบมีดเพื่อลดการสูญเสียความต้านทาน ขยายขอบทางเข้าของใบพัดไปยังทางเข้าของใบพัดเพื่อให้การไหลของของเหลวได้รับงานล่วงหน้าและเพิ่มแรงดัน

 

(2) ตัวเหนี่ยวนำด้านหน้าใช้เพื่อทำให้การไหลของของเหลวทำงานล่วงหน้าในตัวเหนี่ยวนำด้านหน้าเพื่อเพิ่มแรงดันการไหลของของเหลว

 

(3) ด้วยการใช้ใบพัดแบบดูดสองครั้ง การไหลของของเหลวจะเข้าสู่ใบพัดจากทั้งสองด้านของใบพัดในเวลาเดียวกัน ดังนั้นหน้าตัดของทางเข้าจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าและอัตราการไหลของทางเข้าจะลดลงครึ่งหนึ่ง

 

(4) สภาพการทำงานของการออกแบบใช้มุมการโจมตีเชิงบวกที่ใหญ่กว่าเล็กน้อยเพื่อเพิ่มมุมทางเข้าของใบมีด ลดการโค้งงอที่ทางเข้าของใบมีด ลดการอุดตันของใบมีด และเพิ่มพื้นที่ทางเข้า ปรับปรุงสภาพการทำงานภายใต้การไหลขนาดใหญ่เพื่อลดการสูญเสียการไหล อย่างไรก็ตาม มุมการโจมตีเชิงบวกไม่ควรใหญ่เกินไป มิฉะนั้นจะส่งผลต่อประสิทธิภาพ

 

(5) ใช้วัสดุที่ทนต่อการเกิดโพรงอากาศ จากการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่า ยิ่งวัสดุมีความแข็งแรง ความแข็ง และความเหนียวสูงเท่าใด ความคงตัวทางเคมีก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และประสิทธิภาพในการต้านทานการเกิดโพรงอากาศก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

 

2. มาตรการเพื่อปรับปรุงระยะคาวิเทชั่นที่มีประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทางเข้าของเหลว:

(1) เพิ่มความดันของพื้นผิวของเหลวในถังเก็บของเหลวหน้าปั๊มเพื่อเพิ่มระยะคาวิเทชันที่มีประสิทธิภาพ

 

(2) ลดความสูงในการติดตั้งปั๊มอุปกรณ์ดูด

 

(3) เปลี่ยนอุปกรณ์ดูดขึ้นเป็นอุปกรณ์ชลประทานย้อนกลับ

 

(4) ลดการสูญเสียการไหลในท่อก่อนปั๊ม เช่น ย่อท่อให้สั้นลงภายในช่วงที่ต้องการให้มากที่สุด ลดอัตราการไหลในท่อ ลดจำนวนข้อศอกและวาล์ว และเพิ่มการเปิดวาล์วตาม มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

 

(5) ลดอุณหภูมิของตัวกลางในการทำงานที่ทางเข้าของปั๊ม (เมื่อตัวกลางลำเลียงอยู่ใกล้กับอุณหภูมิอิ่มตัว)

 

มาตรการข้างต้นสามารถนำไปใช้ได้อย่างเหมาะสมหลังจากการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมโดยพิจารณาจากประเภทของปั๊ม การเลือกวัสดุ และสภาพของสถานที่ใช้งานปั๊ม