التجويف هو حالة ضارة تحدث غالبًا في وحدات الضخ الطاردة المركزية. يمكن أن يؤدي التجويف إلى تقليل كفاءة المضخة، ويسبب الاهتزاز والضوضاء، ويؤدي إلى تلف خطير في دافع المضخة، وغطاء المضخة، والعمود، والأجزاء الداخلية الأخرى. يحدث التجويف عندما ينخفض ​​ضغط السائل في المضخة إلى ما دون ضغط التبخر، مما يتسبب في تكوين فقاعات بخار في منطقة الضغط المنخفض. تنهار فقاعات البخار هذه أو "تنفجر" بعنف عند دخولها منطقة الضغط العالي. يمكن أن يتسبب هذا في تلف ميكانيكي داخل المضخة، وإنشاء نقاط ضعف معرضة للتآكل والتآكل، وإضعاف أداء المضخة.

إن فهم وتنفيذ استراتيجيات التخفيف من التجويف أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة التشغيل وعمر الخدمة مضخات غلاف الانقسام .

أنواع التجويف في المضخات

لتقليل أو منع التجويف في المضخة، من المهم فهم الأنواع المختلفة من التجويف التي يمكن أن تحدث. تتضمن هذه الأنواع ما يلي:

1. تجويف التبخير. يُعرف أيضًا باسم "التجويف الكلاسيكي" أو تجويف "رأس الشفط الإيجابي الصافي المتاح (NPSHa)"، وهو النوع الأكثر شيوعًا من التجويف. غلاف منقسم تزيد المضخات من سرعة السائل أثناء مروره عبر فتحة شفط المكره. وتعادل الزيادة في السرعة انخفاض ضغط السائل. وقد يؤدي انخفاض الضغط إلى غليان بعض السائل (تبخره) وتكوين فقاعات بخار، والتي ستنهار بعنف وتنتج موجات صدمة صغيرة عندما تصل إلى منطقة الضغط العالي.

2. التجويف المضطرب. قد لا تكون المكونات مثل المرفقين والصمامات والمرشحات وما إلى ذلك في نظام الأنابيب مناسبة لكمية أو طبيعة السائل المضخ، مما قد يتسبب في حدوث دوامات واضطرابات واختلافات في الضغط في جميع أنحاء السائل. عندما تحدث هذه الظواهر عند مدخل المضخة، فقد تتسبب مباشرة في تآكل الجزء الداخلي من المضخة أو تتسبب في تبخر السائل.

3. تجويف متلازمة الشفرة. والمعروف أيضًا باسم "متلازمة مرور الشفرة"، يحدث هذا النوع من التجويف عندما يكون قطر المكره كبيرًا جدًا أو يكون الطلاء الداخلي لغلاف المضخة سميكًا جدًا/القطر الداخلي لغلاف المضخة صغيرًا جدًا. سيؤدي أي من هاتين الحالتين أو كليهما إلى تقليل المساحة (الخلوص) داخل غلاف المضخة إلى مستويات أقل من المقبولة. يتسبب انخفاض الخلوص داخل غلاف المضخة في زيادة معدل تدفق السائل، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط. قد يتسبب انخفاض الضغط في تبخر السائل، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات تجويف.

4. تجويف إعادة التدوير الداخلي. عندما لا تتمكن مضخة التقسيم المركزي من تفريغ السائل بمعدل التدفق المطلوب، فإن هذا يتسبب في إعادة تدوير بعض أو كل السائل حول الدافع. يمر السائل المعاد تدويره عبر مناطق الضغط المنخفض والعالي، مما يولد الحرارة والسرعة العالية ويشكل فقاعات التبخير. أحد الأسباب الشائعة لإعادة التدوير الداخلي هو تشغيل المضخة مع إغلاق صمام مخرج المضخة (أو بمعدل تدفق منخفض).

5. تجويف دخول الهواء. يمكن أن يدخل الهواء إلى المضخة من خلال صمام معطل أو تركيب غير محكم. وبمجرد دخول الهواء إلى المضخة، يتحرك مع السائل. ويمكن أن تؤدي حركة السائل والهواء إلى تكوين فقاعات "تنفجر" عند تعرضها للضغط المتزايد لمكره المضخة.

العوامل التي تساهم في حدوث التجويف - NPSH وNPSHa وNPSHr

يعتبر NPSH عاملاً رئيسيًا في منع التجويف في مضخات الغلاف المنقسم. NPSH هو الفرق بين ضغط الشفط الفعلي وضغط بخار السائل، المقاس عند مدخل المضخة. يجب أن تكون قيم NPSH عالية لمنع السائل من التبخر داخل المضخة.

إن قيمة NPSHa هي قيمة NPSH الفعلية في ظل ظروف تشغيل المضخة. إن قيمة رأس الشفط الإيجابي الصافي المطلوبة (NPSHr) هي الحد الأدنى لقيمة NPSH التي حددتها الشركة المصنعة للمضخة لتجنب التجويف. إن قيمة NPSHa هي دالة على أنابيب الشفط والتركيب وتفاصيل تشغيل المضخة. إن قيمة NPSHr هي دالة على تصميم المضخة ويتم تحديد قيمتها من خلال اختبار المضخة. إن قيمة NPSHr تمثل قيمة الرأس المتاحة في ظل ظروف الاختبار ويتم قياسها عادةً على أنها انخفاض بنسبة 3% في رأس المضخة (أو رأس المكره في المرحلة الأولى للمضخات متعددة المراحل) للكشف عن التجويف. يجب أن تكون قيمة NPSHa دائمًا أكبر من قيمة NPSHr لتجنب التجويف.

استراتيجيات للحد من التجويف - زيادة NPSHa لمنع التجويف

إن التأكد من أن قيمة NPSHa أكبر من قيمة NPSHr أمر بالغ الأهمية لتجنب التجويف. ويمكن تحقيق ذلك من خلال:

1. خفض ارتفاع مضخة الغلاف المنقسم بالنسبة لخزان الشفط/الحوض. يمكن زيادة مستوى السائل في خزان الشفط/الحوض أو يمكن تركيب المضخة على مستوى أقل. سيؤدي هذا إلى زيادة NPSHa عند مدخل المضخة.

2. زيادة قطر أنابيب الشفط. سيؤدي هذا إلى تقليل سرعة السائل عند معدل تدفق ثابت، وبالتالي تقليل خسائر رأس الشفط في الأنابيب والتجهيزات.

2. تقليل خسائر الرأس في التركيبات. قلل من عدد الوصلات في خط شفط المضخة. استخدم تركيبات مثل المرفقين طويلي القطر والصمامات ذات الثقب الكامل والمخفضات المدببة للمساعدة في تقليل خسائر رأس الشفط بسبب التركيبات.

3. تجنب تركيب الشاشات والمرشحات على خط شفط المضخة كلما أمكن ذلك، لأنها غالبًا ما تسبب تجويفًا في المضخات الطاردة المركزية. إذا لم يكن من الممكن تجنب ذلك، فتأكد من فحص الشاشات والمرشحات على خط شفط المضخة وتنظيفها بانتظام.

5. قم بتبريد السائل المضخوخ لتقليل ضغط بخاره.

فهم هامش NPSH لمنع التجويف

هامش NPSH هو الفرق بين NPSHa وNPSHr. يقلل هامش NPSH الأكبر من خطر التجويف لأنه يوفر عامل أمان لمنع NPSHa من الانخفاض إلى ما دون مستويات التشغيل الطبيعية بسبب ظروف التشغيل المتقلبة. تشمل العوامل التي تؤثر على هامش NPSH خصائص السوائل وسرعة المضخة وظروف الشفط.

الحفاظ على الحد الأدنى لتدفق المضخة

إن التأكد من أن مضخة الطرد المركزي تعمل فوق الحد الأدنى المحدد للتدفق أمر بالغ الأهمية للحد من التجويف. إن تشغيل مضخة الحالة المنقسمة تحت نطاق التدفق الأمثل لها (منطقة التشغيل المسموح بها) يزيد من احتمالية إنشاء منطقة ضغط منخفض يمكن أن تسبب التجويف.

اعتبارات تصميم المكره لتقليل التجويف

يلعب تصميم المكره دورًا مهمًا في تحديد ما إذا كانت مضخة الطرد المركزي عرضة للتجويف. تميل المكرهات الأكبر حجمًا ذات الشفرات الأقل إلى توفير تسارع أقل للسوائل، مما يقلل من خطر التجويف. بالإضافة إلى ذلك، تساعد المكرهات ذات أقطار المدخل الأكبر أو الشفرات المدببة في إدارة تدفق السوائل بسلاسة أكبر، مما يقلل من الاضطرابات وتكوين الفقاعات. يمكن أن يؤدي استخدام المواد التي تقاوم أضرار التجويف إلى إطالة عمر المكره والمضخة.

استخدام أجهزة مكافحة التجويف

تعتبر أجهزة مكافحة التجويف، مثل ملحقات معالجة التدفق أو بطانات قمع التجويف، فعالة في تخفيف التجويف. تعمل هذه الأجهزة عن طريق التحكم في ديناميكيات السوائل حول الدافع، مما يوفر تدفقًا أكثر ثباتًا ويقلل من الاضطرابات والمناطق منخفضة الضغط التي تسبب التجويف.

أهمية اختيار الحجم المناسب للمضخة في منع التجويف

يعد اختيار نوع المضخة المناسب وتحديد الحجم الصحيح لتطبيق معين أمرًا بالغ الأهمية لمنع التجويف. قد لا تعمل المضخة ذات الحجم الكبير بكفاءة عند تدفقات أقل، مما يؤدي إلى زيادة خطر التجويف، بينما قد يتعين على المضخة ذات الحجم الأصغر العمل بجهد أكبر لتلبية متطلبات التدفق، مما يزيد أيضًا من احتمالية حدوث التجويف. يتضمن اختيار المضخة المناسب تحليلًا تفصيليًا لمتطلبات التدفق الأقصى والعادي والأدنى وخصائص السوائل وتخطيط النظام لضمان تشغيل المضخة ضمن نطاق التشغيل المحدد. يمنع التحديد الدقيق للحجم حدوث التجويف ويزيد من كفاءة وموثوقية المضخة طوال دورة حياتها.