کاویتاسیون چیست؟
جریانی از مایع را در نظر بگیرید هرگاه فشار درون لوله به فشار بخار مایع نزدیک شود یا برسد مایع موجود در لوله شروع به جوشیدن می کند. و حباب های بخار در آن تشکیل می شود. این حباب های کوچک به همراه مایع به نقاطی که فشار در انجا با لاتر است منتقل می شود و می ترکند و باعث ایجاد اسیب به بدنه های لوله و پره های توربین می شود.
این پدیده را کاویتاسیون (خلازایی) می نامند.
کاویتاسیون در پمپ ها باعث ایجاد سرو صدا و پایین آمدن راندمان آن می شوند
کاویتاسیون پدیده ایست که در صورت بروز، موجب اختلال در عملکرد توربین آبی و پمپ می شود. بعلاوه چنانچه این پدیده در زمان طولانی در ماشین رخ دهد خوردگی پروانه و پوسته را بدنبال خواهد داشت. مؤسسه Ireq در کانادا روش جدیدی را ارائه داده که با مطالعه وضعیت ارتعاشات محور پدیده فوق بدقت مورد مطالعه قرار می گیرد. اصول و مکانیزم کار این روش بر پردازش سیگنال های ارتعاشی محور توربین می باشد، که توسط سنسورهای ارتعاشی نصب شده بر روی یاتاقها اندازه گیری می شود. با پردازش این سیگنالها میتوان محل ومیزان شدت پدیده کاویتاسیون را با دقت مناسبی تعیین و مشخص کرد.
استفاده از این روش دارای مزایای زیر می باشد.
تشخیص و محل یابی دقیق پدیده کاویتاسیون
وضعیت بهره برداری که تحت آن پدیده سایش رخ می دهد دقیقا مشخص می شود
امکان اعمال تعمیرات پیشگیرانه وجود خواهد داشت
بازرسی دوره ای لازم نیست
تعمیرات پرهزینه لزومی ندارد
افت های عملکرد کاهش می یابند
فرآیند بکارگیری این روش به ترتیب زیر می باشد :
تعبیه حس کننده لرزش یاتاقان
کالیبره کردن مکانیکی حس کننده ها
پردازش سیگنال خروجی
آنالیز هیدرو دینامیکی
ارزیابی وسعت منطقه کاویتاسیون شده و جرم از دست رفته
کاربردهای این روش در موارد زیر می باشد.
توربین ها در موارد زیر :
نظارت پیوسته بر عملکرد توربین
انجام آزمایش های اولیه بر روی مدل یا نمونه اولیه
بررسی تأثیر تعمیرات انجام شده
پمپ ها
مسیرها و مجاری عبور سیال و غیره
کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند . تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .
از انجایی که سطوح تماس این حبابها با بستر سرریز بسیار کوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه های آرامش وارد می کند . این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می شود که باعث خوردگی بستر سرریز می شود و به تدریج این خوردگیها تبدیل به حفره های بزرگ می شوند . این مرحله را :
می نامند . Cavitation erosion or cavitation pitting
در سرریز های بلند چون سرعت سیال فوق العاده زیاد می باشد ‚در نتیجه نا صا فیهای حتی در حد چند میلیمتر هم می تواند باعث ایجاد جدا شدگی جریان شود . هر نوع روزنه با برامدگی تعویض ناگهانی سطح مقطع هم می تواند باعث جدایی خطوط جریان شود . این پدیده معمولا در پایه های دریچه ها بر روی سرریز ها‚در قسمت زیر دریچه های کشویی و انتهای شوتها رخ دهد .
شرایطی که موجب کاویتاسیون می گردد اغلب در جریانهای با سرعت بالا پدید می اید . بطور مثال سطح آبروی سریز که ٤٠ تا ٥٠ متر پایین تر از سطح تراز آب مخزن می باشد بطور حاد در معرض خطر کاویتاسیون قرار دارد . پدیده کاویتاسیون در جریانات فوق اشفته در پرش هیدرولیکی در مکانهایی مثل حوضچه های خلاءزایی مشکلات فراوانی ایجاد می کند .
صدمه کاویتاسیون به سازه های طراهی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سرریزهای بزرگ یک مشکل دائمی است .
فاکتورهای موثر در پدیده کاویتاسیون :
در طی حداقل ٢٠سال تجربه و بررسی عملکرد سرریزها ( شامل مدل و آزمایش بر روی پروتوتیپ ) این طور نتیجه گیری شده که کاویتاسیون در اثر عملکرد مجموعه ای از عوامل و شرایط است . معمولا یک عامل به تنهایی برای ایجاد مسئله کاویتاسیون کافی نیست ولی ترکیبی از عوامل هندسی و هیدرودینامیکی و فاکتورهای وابسته دیگر ممکن است منجر به خسارت کاویتاسیون گردد .
از مهمترین عواملی که می توانند در این زمیه ممکن است دخیل باشند می توان به موارد زیر اشاره کرد :
١- عوامل هندسی : که شامل موارد زیر می شود .
الف : ناهمواریهای سطحی سرریز‚خصوصا برامدگیها و فرورفتگیهای موضعی
ب- شکافهای دریچه های کشویی و پایه های دریچه های قطاعی
piers ج- ستونها
د- درزهای ساختمانی
Flow spitter & deflector ه-جدا کننده جریان ودفلکتورها
Ports of ducts & pipe و- دهانه مجاری و لوله
Change of water passage shape ز- تغیر در شکل عبور جریان
Misalinment of conduit ح- انحنا یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه
٢- عوامل هیدرودینامیکی :
الف- دبی مخصوص
ب – سرعت جریانج -
د- توسعه لایه مرزی