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 عندما تدخل منطقة الضغط العالي. يمكن أن يتسبب هذا في تلف ميكانيكي داخل المضخة، ويخلق نقاط ضعف معرضة للتآكل والتآكل، ويضعف أداء المضخة.

إن فهم وتنفيذ استراتيجيات التخفيف من التجويف أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة التشغيل وعمر خدمة مضخات الغلاف المنقسم.

أنواع التجويف في المضخات

لتقليل أو منع التجويف في المضخة، من المهم فهم الأنواع المختلفة للتجويف التي يمكن أن تحدث. تشمل هذه الأنواع:

1. التجويف التبخيري. يُعرف أيضًا باسم "التجويف الكلاسيكي" أو "تجويف رأس الشفط الإيجابي الصافي المتاح (NPSHa)"، وهو النوع الأكثر شيوعًا من التجويف. تزيد مضخات الغلاف المنقسم من سرعة السائل أثناء مروره عبر فتحة شفط المكره. تعادل الزيادة في السرعة انخفاض ضغط السائل. قد يتسبب انخفاض الضغط في 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، فإنها قد تتسبب في تآكل الجزء الداخلي من المضخة بشكل مباشر 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 المستويات 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 تكون المضخة المنقسمة إلى مركز غير قادرة على تفريغ السائل بمعدل التدفق المطلوب، فإن هذا يتسبب في إعادة تدوير بعض أو كل السائل حول المكره. يمر السائل المعاد تدويره عبر مناطق الضغط المنخفض والعالي، مما يولد الحرارة والسرعة العالية ويشكل فقاعات التبخر. السبب الشائع لإعادة التدوير الداخلي هو تشغيل المضخة مع إغلاق صمام مخرج المضخة (أو بمعدل تدفق منخفض).

5. تجويف سحب الهواء. يمكن سحب الهواء إلى المضخة من خلال صمام معطل أو تركيب فضفاض. بمجرد دخول الهواء إلى المضخة، يتحرك مع السائل. يمكن أن تؤدي حركة السائل والهواء إلى تكوين فقاعات "تنفجر" عند تعرضها للضغط المتزايد لمكره المضخة.

العوامل التي تساهم في حدوث التجويف - NPSH وNPSHa وNPSHr

NPSH هو عامل رئيسي في منع حدوث 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.

NPSHa هو NPSH الفعلي في ظل ظروف تشغيل المضخة. رأس الشفط الإيجابي الصافي المطلوب (NPSHr) هو الحد الأدنى من NPSH الذي حددته الشركة المصنعة للمضخة لتجنب حدوث التجويف. NPSHa هو دالة على أنابيب الشفط والتركيب وتفاصيل تشغيل المضخة. NPSHr هو دالة على تصميم المضخة ويتم تحديد قيمته من خلال اختبار المضخة. يمثل NPSHr الرأس المتاح في ظل ظروف الاختبار ويتم قياسه عادةً على أنه انخفاض بنسبة 3% في رأس المضخة (أو رأس المكره في المرحلة الأولى للمضخات متعددة المراحل) للكشف عن حدوث التجويف. يجب أن يكون NPSHa دائمًا أكبر من NPSHr لتجنب التجويف.

استراتيجيات تقليل التجويف - زيادة NPSHa لمنع التجويف

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

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

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

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

2. 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 المضخ 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 السائل وسرعة المضخة وظروف الشفط.

الحفاظ على الحد الأدنى لتدفق المضخة

يعد التأكد من تشغيل مضخة الطرد المركزي فوق الحد الأدنى المحدد للتدفق أمرًا بالغ الأهمية للحد من التجويف. يؤدي تشغيل مضخة العلبة المنقسمة إلى ما دون نطاق التدفق الأمثل (منطقة التشغيل المسموح بها) إلى زيادة احتمالية إنشاء منطقة ضغط منخفض يمكن أن تسبب تجويفًا.

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 مقاومة التجويف

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

أهمية تحديد حجم المضخة المناسب في منع التجويف

يعد اختيار نوع المضخة المناسب وتحديد الحجم الصحيح لتطبيق معين أمرًا بالغ الأهمية لمنع التجويف. قد لا تعمل المضخة كبيرة الحجم بكفاءة عند تدفقات أقل، مما يؤدي إلى زيادة خطر التجويف، بينما قد تضطر المضخة صغيرة الحجم إلى 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.