کاویتاسیون یکی از مخرب‌ترین پدیده‌ها در عملکرد پمپ‌های سانتریفیوژ است که مستقیماً بر بازدهی، طول عمر و هزینه‌های تعمیر و نگهداری تأثیر می‌گذارد. این پدیده به دلیل ناکافی بودن فشار در ورودی پمپ (مکش) رخ می‌دهد و موجب تشکیل و ترکیدن حباب‌های بخار در سیال می‌شود. درک اصول آن و اجرای اقدامات پیشگیرانه، برای تضمین عملکرد پایدار هر سیستم پمپاژ حیاتی است.
۱. اصول پدیده کاویتاسیون (Cavitation)
تعریف و مکانیزم
کاویتاسیون زمانی رخ می‌دهد که فشار مطلق سیال در نقطه‌ای خاص (معمولاً در نزدیکی چشم پروانه - Impeller Eye) کمتر از فشار بخار اشباع سیال در دمای عملیاتی شود.
تشکیل حباب (Vaporization): هنگامی که فشار به زیر فشار بخار کاهش می‌یابد، سیال به بخار تبدیل شده و حباب‌های میکروسکوپی تشکیل می‌شوند.
ترکیدن حباب (Implosion): این حباب‌ها به سرعت در مناطق پرفشارتر (هنگام عبور از پروانه و رسیدن به خروجی پمپ) وارد شده و در اثر افزایش ناگهانی فشار، فرو می‌پاشند (ترکیدن).
آسیب مکانیکی: فروپاشی حباب‌ها، امواج ضربه‌ای (Shockwaves) با انرژی بسیار بالا و متمرکز (با فشاری تا بیش از بار) ایجاد می‌کند. این امواج مستقیماً به پروانه و بدنه پمپ برخورد کرده و به تدریج منجر به خوردگی حفره‌ای (Pitting)، فرسایش سریع و از بین رفتن سطح فلز می‌شوند.
علائم کاویتاسیون
صدای غیرعادی: تولید صدای شبیه به سنگریزه یا صدای ترق و تروق شدید که نشان‌دهنده ترکیدن حباب‌ها است.
ارتعاشات شدید: افزایش لرزش پمپ به دلیل عدم تعادل نیروی ناشی از فروپاشی حباب‌ها.
افت دبی و فشار: کاهش ناگهانی و غیرمنتظره در خروجی (دبی) و هد (فشار) پمپ.
گرم شدن موتور: بار اضافی و کاهش بازدهی پمپ باعث افزایش دمای موتور می‌شود.
۲. الزامات و عیب‌یابی فنی
تنها راه تضمین عدم وقوع کاویتاسیون، اطمینان از کفایت هد مکش مثبت خالص ( - Net Positive Suction Head) است.
چیست؟
در دسترس : فشار مطلق موجود در ورودی پمپ که توسط کاربرد و طراحی سیستم تعیین می‌شود. این مقدار باید محاسبه شود.
مورد نیاز : حداقل فشار مورد نیاز توسط خود پمپ برای جلوگیری از کاویتاسیون، که توسط سازنده تعیین می‌شود و در منحنی‌های عملکرد پمپ موجود است.
اصل طلایی پیشگیری
برای جلوگیری از کاویتاسیون، باید همیشه:
(به عبارت دیگر، فشار در دسترس باید همیشه بیشتر از فشار مورد نیاز پمپ باشد).
عیب‌یابی ناکافی
ناقص بودن معمولاً ناشی از مشکلات زیر در خط مکش است:
فشار ورودی پایین: منبع مایع بیش از حد پایین‌تر از پمپ قرار گرفته است (مکش ارتفاعی زیاد).
افت فشار بالا در خط مکش: لوله‌کشی ورودی بیش از حد بلند، باریک، یا دارای تعداد زیادی زانویی، فیلتر و شیرآلات است که اصطکاک را افزایش می‌دهند.
دمای بالا: افزایش دمای سیال (به ویژه آب) به شدت فشار بخار آن را بالا می‌برد و را کاهش می‌دهد.
انسداد: وجود گرفتگی جزئی در خط مکش، صافی یا چشم پروانه.
۳. راه‌های عملی و اجرایی پیشگیری از کاویتاسیون
اقدامات پیشگیرانه باید در دو فاز طراحی سیستم و نگهداری عملیاتی لحاظ شوند.
الف) اصلاحات در طراحی سیستم پمپاژ
| اقدام پیشگیرانه | کاربرد و تأثیر فنی |
| کاهش ارتفاع مکش | پمپ باید نزدیک‌تر یا پایین‌تر از منبع سیال نصب شود تا نیروی گرانش به جای مخالفت، به مکش کمک کند. |
| کاهش افت فشار مکش | استفاده از لوله‌های مکش قطورتر و کوتاه‌تر و به حداقل رساندن زانویی‌ها و شیرها. اجتناب از شیرهای کنترل در خط مکش. |
| افزایش فشار منبع | ایجاد فشار مثبت در بالای مخزن (مثلاً با سیستم‌های تحت فشار گاز خنثی) یا نصب یک پمپ تقویت‌کننده (Booster Pump) در خط مکش. |
| استفاده از پمپ‌های دور پایین | پمپ‌هایی با دور پایین ( کمتر) معمولاً به کمتری نیاز دارند. |
ب) اقدامات عملیاتی و نگهداری
کنترل دمای سیال: در صورت امکان، سیال پمپ‌شونده باید در دمایی کمتر از دمای بحرانی نگهداری شود. در سیستم‌هایی با چرخه بسته، خنک‌کاری سیال بازگشتی ضروری است.
تنظیم صحیح شیرها: کنترل جریان (دبی) باید همیشه با استفاده از شیر نصب شده در خط خروجی (Discharge Line) پمپ انجام شود، نه خط مکش.
نظارت بر فیلترها: تمیزکاری منظم صافی‌ها و فیلترهای ورودی برای جلوگیری از افت فشار مکش.
تست دوره‌ای: انجام تست‌های لرزش و صدا در فواصل منظم. افزایش ناگهانی یا ارتعاشات می‌تواند نشان‌دهنده شروع فرسایش ناشی از کاویتاسیون باشد.
کنترل دبی: کارکردن پمپ‌ها در نزدیکی نقطه بهترین راندمان (BEP) آن‌ها؛ کارکردن در دبی بسیار بالاتر از می‌تواند باعث کاهش فشار در چشم پروانه و ایجاد کاویتاسیون شود.
۴. انتخاب متریال مقاوم
در مناطقی که کاویتاسیون قابل حذف کامل نیست (مانند پمپ‌های با سرعت بسیار بالا)، انتخاب مواد مقاوم ضروری است:
فولاد ضدزنگ (Stainless Steel): آلیاژهایی مانند (نوعی از استیل) مقاومت بسیار بالاتری نسبت به چدن در برابر فرسایش حفره‌ای کاویتاسیون دارند.
آلیاژهای برنز: پروانه‌های برنزی در برابر این پدیده نسبت به فولاد کربنی مقاومت بیشتری نشان می‌دهند.
نتیجه‌گیری: کاویتاسیون یک چالش متالورژیکی نیست، بلکه یک مشکل هیدرولیکی-طراحی است. با محاسبه دقیق و و اجرای اقدامات پیشگیرانه مانند کاهش ارتفاع مکش، کاهش افت فشار در خط مکش، و کنترل دما، می‌توان به طور کامل از این پدیده مخرب جلوگیری کرد و عمر مفید پمپ‌های سانتریفیوژ را به حداکثر رساند.
