پدیده کاویتاسیون(Cavitation)
به شکل گیری حبابهای بخار درون مایع و از بین رفتن آنها بر اثر عوامل دینامیکی (Dynamics Action) ، کاویتاسیون می گویند.
پدیده کاویتاسیون در دهانه ورودی پروانه
مایعات را می توان با اضافه کردن حرارت به آنها ویا کاهش فشار استاتیک آنها تبخیر کرد. مثلاً اگر آبی در دمای C ˚ 20 و فشار اتمسفر باشد. می توان برای تبخیر کردن آن، دمای آنرا در همان فشار به C ˚ 100 رساند و یا در همان دما فشار روی مایع را به 0/2 اتمسفر کاهش داد. در صورتی که این کاهش فشار بر اثر عوامل دینامیکی صورت بگیرد و موجب به وجود آمدن حبابهای بخار درون مایع شود، کاویتاسیون رخ می دهد. باید دقت کرد که اگر تبخیر بر اثر عوامل دینامیکی نباشد، دیگر نمی توان از عبارت کاویتاسیون برای آن استفاده کرد.
هر گاه شرایط جریان درون پمپ به صورتی باشد که ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیرش کمترشود، حبابهای بخار به وجود می آیند که همراه با مایع به سمت محلی که دارای فشار بالاتر است حرکت می کنند. اگر در محلی که فشار بالا است، اندازه فشار بالاتر از فشار تبخیر در دمای مایع باشد،حباب ها در این محل از بین می رنود. این ازبین رفتن ناگهانی حباب های بخار موجب کم شدن فضای اشغالی توسط بخار می شود، که در نتیجه ذرات سیالی که در اطراف حباب بوده اند مجبور به پر کردن این فضای خالی خواهند شد. این ازبین رفتن ناگهانی موجب ایجاد اختلاف فشار موضعی زیادی در حدود atm 104 خواهد شد که در نتیجة آن ذرات سیالی که در اطراف این حباب بوده اند با سرعت های فوق العاده زیاد (حدود چند ده متر بر ثانیه) به حرکت درآمده و به اطراف و از جمله به پره ها برخورد می کنند. دورة عمر (از به وجود آمدن تا از بین رفتن) هر حباب در حدود 0/003 ثانیه می باشد.
ممکن است قبل از شروع کاویتاسیون گازهای محلول در مایع نیز آزاد شوند. این موضوع نشان دهندة شروع شدن کاویتاسیون است. ولی هنگامی واقعاً کاویتاسیون رخ می دهد که مایع تبخیر شده و تشکیل حباب بدهد.
کاویتاسیون همواره با صداهای منقطع شروع می شود و سپس در صورت ادامة کاهش فشار در دهانة ورودی پمپ، به شدت این صداها افزوده می شود. صدای کاویتاسیون مخصوص و مشخص بوده و شبیه به برخورد گلوله هایی به سطح فلزی می باشد. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش درمی آید. در انتها این صداهای منقطع تبدیل به صدایی شدید و دائم می گردد و در همین حال نیز دبی ماشین به شدت کاهش می یابد و یا قطع می شود. به هنگام کاویتاسیون راندمان پمپ کاهش می یابد.
بر اثر کاویتاسیون خوردگی های شدیدی رخ می دهد. محل این خوردگی ها در جایی که حبابها شکل می گیرند نیست، بلکه در مکانی که حبابها ناپدید می شوند است . همان طور که گفته شد ازبین رفتن حباب بخار موجب کاهش حجم در محل حباب ها و در نتیجه منحرف شدن ذرات اطراف حباب و برخورد آنها با سرعتی زیاد به سطوح اطراف خود می شود. برخورد این ذرات با سرعت و فرکانس بالا (20 تا 25 کیلوهرتز) به طور مداوم به سطح چرخ سبب کندگی فلز و از بین رفتن آن می شود در صورتی که کاویتاسیون مدتی ادامه پیدا کند در این محل خوردگی های شدیدی به چشم خواهد خورد. در شکل3-2 نمونه ای از یک چرخ که بر اثر پدیدة کاویتاسیون خورده شده است دیده می شود.
شکل 3-2 صدمات ناشی از کاویتاسیون
عواملی مانند دمای سیال، وجود ناخالصی ها و ذرات ساینده می توانند، اثرات پدید آمده از کاویتاسیون را افزایش دهند. آزمایش با آب خالص در شرایط کنترل شده نشان داده است که آسیبی که کاویتاسیون به فلز می رساند، به دمای آب بستگی دارد. در دماهای F ˚ 120 تا F ˚ 100 (فارنهایت) (C ˚ 38 تا C ˚ 49 سانتی گراد) مقدار آسیب وارده حداکثر مقدار خود را داشته است.
فلزات مختلف در مقابل کاویتاسیون مقاومت های گوناگونی از خود نشان می دهند و به طور کلی تا به امروز هیچگونه فلزی یافت نشده که بتواند در مقابل کاویتاسیون به طور کامل مقاومت کند. باید توجه داشت که خوردگی بر اثر کاویتاسیون با خوردگی بر اثر واکنش های شیمیایی و یا الکتروشیمیایی متفاوت می باشد. مقاومت فلزات در مقابل کاویتاسیون بستگی به پارامترهای مختلفی از لحاظ نحوة ساخت و تولید فلز، سطح فلز، آلیاژهای به کار رفته، یک نواخت بودن فلز در موقع ریخته گری یا عملیات حرارتی و سرانجام درجة مقاومت فلز در برابر خستگی دارد.
شکل3-3 آزمایشاتی را که شروتر (Schroeter) بر روی مقاومت فلزات در مقابل کاویتاسیون انجام داده،نمایش می دهد. این آزمایش ها در یک وانتوری مخصوص و با سرعت سیال در حدود 197 فوت در ثانیه انجام گرفته است. همانطوری که ملاحظه می شود. فولاد از این نظر مشخصات بهتری را نسبت به بقیه فلزات مورد آزمایش دارا می باشد.
شکل 3-3 مقاومت فلزات مختلف در برابر کاویتاسیون
منابع:
1- نوربخش,سیداحمد(1379)” پمپ وپمپاژ” چاپ ششم, انتشارات دانشگاه تهران.
2- Centrifugal pump hand book, Sulzer Pumps Ltd, 3rd Edition
