تحليل تجويف دافعة المضخة الطاردة المركزية

1. طبيعة التكهف
يحدث التكهف، وهو عملية تدميرية فيزيائية كيميائية مشتركة، على ثلاث مراحل:

التبخر الموضعي: عندما ينخفض ​​الضغط الموضعي عند مدخل المروحة أو منطقة الضغط المنخفض إلى ما دون ضغط البخار المشبع للسائل عند درجة حرارة التشغيل، يغلي السائل، مما يؤدي إلى توليد العديد من فقاعات البخار (التجاويف).

انهيار الفقاعات وتلفها: تحمل التدفقات هذه الفقاعات إلى منطقة الضغط العالي في المروحة، حيث يرتفع الضغط المحيط بها بشكل حاد، مما يؤدي إلى انفجارها بشكل فوري تقريبًا. يُولّد هذا الانهيار موجات صدمية شديدة ونفاثات دقيقة ذات ضغط موضعي يصل إلى مئات الميغاباسكال، وتؤثر في غضون أجزاء من الثانية وعلى مساحات بحجم الميكرون.

إجهاد المادة وتآكلها: تصطدم موجات الصدمة هذه بشكل متكرر بسطح المعدن الخاص بالمروحة (آلاف المرات في الثانية)، مما يؤدي إلى إجهاد ميكانيكي وتآكل. ويتسبب هذا في انفصال حبيبات المعدن تدريجياً، مما يؤدي إلى تآكل سطحي يشبه الحفر أو خلايا النحل أو الإسفنج.

2. المخاطر المحددة للتجويف على المضخات

تدهور الأداء: تعمل فقاعات البخار على سد قنوات التدفق، وتعطيل استمرارية السوائل، والتسبب في انخفاض كبير في معدل تدفق المضخة، والضغط، والكفاءة، مما يؤدي غالبًا إلى حدوث انقطاع مفاجئ في منحنى الأداء.

الاهتزاز والضوضاء: يؤدي التكوين العنيف وانهيار الفقاعات إلى اهتزاز شديد في المضخة وأصوات طقطقة أو فحيح مميزة، مما يؤثر على الاستقرار وبيئة العمل.

تلف المروحة:

التآكل الميكانيكي: يُحدث التآكل المميز على شكل خلية نحل.

التآكل الكهروكيميائي: الطاقة المنبعثة أثناء الانهيار تُدمر الطبقة الواقية السلبية للمروحة (وهذا أمر بالغ الأهمية خاصةً للفولاذ المقاوم للصدأ)، مما يُسرّع التآكل الكيميائي. ويؤدي هذا الهجوم المُجتمع إلى فقدان سريع للغاية للمادة.

قد تؤدي الحالات الشديدة إلى ثقب المروحة وتعطل المضخة بالكامل.

انخفاض عمر الخدمة: يؤدي تلف المروحة، بالإضافة إلى التآكل المتسارع للمحامل والأختام بسبب الاهتزاز، إلى تقصير فترات الصيانة بشكل كبير وعمر المضخة الإجمالي.

3. تحديد وتشخيص الحالة

الصوت: صوت مستمر يشبه صوت الطقطقة، أو صوت فرقعة، أو صوت فحيح، أو صوت ضخ الحصى.

الأداء: في ظل سرعة ثابتة ووضع الصمام، يحدث انخفاض مفاجئ أو تدريجي في التدفق، وضغط التفريغ (الرأس)، وتيار المحرك (سحب الطاقة).

الاهتزاز: قراءات اهتزاز المضخة عالية بشكل غير طبيعي، خاصة في الاتجاه المحوري.

الفحص البصري: يكشف التفكيك بعد العملية عن وجود حفر تشبه قرص العسل على الجانب الخلفي من حواف مدخل الشفرة (منطقة الضغط المنخفض).

4. الأسباب الرئيسية (في أنظمة المياه المتداولة)

عدم كفاية صافي الضغط الإيجابي المتاح (NPSA): السبب الجذري.

ارتفاع المضخة المفرط: تم تركيب المضخة على ارتفاع أعلى بكثير من مستوى سائل الإمداد.

فقدان الضغط المفرط في خط السحب: يؤدي استخدام أنابيب سحب طويلة جدًا أو ضيقة أو بها الكثير من الانحناءات أو بها مرشحات/مصافي/صمامات قدم مسدودة إلى زيادة انخفاض الضغط.

ارتفاع درجة حرارة السائل: يؤدي ضعف التبادل الحراري أو الحمل الحراري العالي في النظام إلى رفع درجة حرارة الماء وضغط بخاره، مما يقلل من NPSA.

انخفاض ضغط النظام: تؤدي تقلبات الضغط أو عدم كفاية مياه التغذية في الأنظمة المغلقة إلى انخفاض ضغط وعاء السحب.

الضغط الصافي المطلوب للمضخة (NPSHr):

تصميم المضخة المتأصل غير الجيد أو هندسة مدخل المروحة غير المواتية / سرعة المدخل العالية.

تآكل أو انسداد المروحة، مما يؤثر سلباً على التصميم الهيدروليكي الأصلي.

5. الوقاية والحلول

تحسين تصميم النظام (زيادة صافي القدرة الإنتاجية لكل جالون):

قم بخفض ارتفاع تركيب المضخة؛ واستخدم نظام سحب مغمور (مستوى السائل أعلى من خط مركز المضخة) كلما أمكن ذلك.

تحسين أنابيب الشفط: تقصير الطول، وزيادة القطر، وتقليل عدد التركيبات/الصمامات، وتنظيف المرشحات/المصافي بانتظام.

التحكم في درجة حرارة السائل: ضمان التشغيل الفعال لأبراج التبريد والمبادلات الحرارية وما إلى ذلك.

تثبيت ضغط النظام: الحفاظ على الضغط المناسب والتعويض في الأنظمة المغلقة.

الاختيار والتعديل المناسبان (تقليل NPSHr):

اختر المضخات ذات هامش أمان واسع: تأكد من أن NPSA شششش NPSHr بهامش أمان كافٍ (عادةً ≥ 0.5-1.0 متر).

اختر المضخات المقاومة للتجويف: نماذج مزودة بمراوح شفط مزدوجة (سرعة دخول أقل) أو ريش حث.

تعديل المروحة: استبدل المروحة القياسية بنموذج مضاد للتجويف (يتميز بحواف مدخل أكثر سمكًا، وأجنحة هوائية خاصة) أو أعد تشكيل/قطع مدخل المروحة القياسية بشكل احترافي للحصول على شكل أكثر حدة وأقل سمكًا.

التشغيل والصيانة:

التغطية الصلبة/الطلاء: يتم تطبيق مواد مقاومة للتجويف (مثل سبائك الكوبالت، وكربيد التنجستن) عن طريق التكسية بالليزر، أو الرش البلازمي، أو اللحام المتراكب.

الطلاءات البوليمرية: استخدم طلاءات الإيبوكسي عالية الأداء للتطبيقات الأقل أهمية.

يجب إصلاح أو استبدال المراوح التالفة على الفور.

تجنب التشغيل عند التدفق المنخفض: إعادة التدوير الداخلي عند التدفقات المنخفضة يعزز التكهف. قم بالتشغيل ضمن نطاق التشغيل المفضل للمضخة (BEP).

استخدام محركات التردد المتغير (محول التردد المتغير): يؤدي تقليل سرعة المضخة إلى خفض NPSHr بشكل كبير (يتناسب مع مربع السرعة)، وهو حل فعال.

حماية وإصلاح الأسطح:

ملخص
يُعدّ التكهف في دافعات المضخات الطاردة المركزية مشكلةً هيكليةً ناتجةً عن عدم التوازن، حيث يكون صافي ضغط السحب الموجب المتاح (NPSA) من النظام غير كافٍ لتلبية صافي ضغط السحب الموجب المطلوب (NPSHr) للمضخة. يكمن الحل في اتباع نهج مزدوج: زيادة العرض وتقليل الطلب، أي تعزيز صافي ضغط السحب الموجب المتاح (NPSA) للنظام مع تقليل صافي ضغط السحب الموجب المطلوب (NPSHr) للمضخة. من خلال التصميم والاختيار والتشغيل والصيانة المنهجية، يمكن منع التكهف وإدارته بفعالية.