ابتكارات تصميم المضخات الطاردة المركزية

مضخات الطرد المركزي تُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الإنتاج الصناعي والهندسة لنقل مختلف الوسائط السائلة. ومع ذلك، أثناء التشغيل، غالبًا ما تحدث ظاهرة تؤثر بشدة على أداء المضخة وعمرها الافتراضي، وهي ظاهرة التجويف. لا يقتصر تأثير التجويف على تقليل كفاءة مضخات الطرد المركزي، بل يُسبب أيضًا أضرارًا جسيمة لمكوناتها الرئيسية، مثل المكرهات، وقد يؤدي إلى تعطلها بالكامل. لذلك، تُعد دراسة وفهم أسباب التجويف في مضخات الطرد المركزي أمرًا بالغ الأهمية لتصميمها بشكل صحيح، وتركيبها بشكل صحيح، وتشغيلها بشكل آمن. أقل، انهوى شينغشي داتانغ سأقدم لك مقدمة مفصلة.1. المفهوم الأساسي للتجويفيشير التجويف إلى الظاهرة التي ينخفض ​​فيها الضغط الموضعي، أثناء تدفق السائل عبر دافع المضخة، إلى ما دون ضغط البخار المشبع عند درجة حرارة تشغيله، مما يتسبب في تبخر جزئي للسائل وتكوين فقاعات بخارية صغيرة عديدة. عندما يحمل تدفق السائل هذه الفقاعات إلى منطقة ذات ضغط أعلى، يزداد الضغط المحيط بها بسرعة، مما يتسبب في انهيارها الفوري وتكثفها مجددًا لتتحول إلى سائل. يولّد انهيار هذه الفقاعات موجات صدمية شديدة ودرجات حرارة عالية موضعية، تؤثر على سطح الدافع، مما يؤدي إلى تآكل المعدن أو تقشره. هذه هي ظاهرة التجويف في مضخات الطرد المركزي.جوهر التجويف هو نتيجة التأثير المشترك لديناميكيات الموائع والديناميكا الحرارية. والسبب الرئيسي هو التوزيع غير المتساوي للضغط داخل السائل. عندما تكون سرعة التدفق المحلية عالية جدًا أو يكون التصميم الهندسي غير منطقي، ينخفض ​​الضغط المحلي، مما يُحفز عملية التبخر الدورية وانهيار الفقاعات.2. السبب الجذري للتجويفالسبب الجذري للتجويف في مضخات الطرد المركزي هو انخفاض الضغط الموضعي للسائل داخل المضخة عن ضغط البخار المشبع للسائل عند درجة الحرارة تلك. في مضخة الطرد المركزي، يتدفق السائل من أنبوب الشفط إلى مدخل المكره. مع انكماش ممر التدفق تدريجيًا، تزداد سرعة السائل، وبالتالي ينخفض ​​الضغط الساكن. عندما ينخفض ​​الضغط الموضعي إلى ضغط البخار المشبع للسائل، يبدأ السائل في التبخر، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات بخارية. تنتقل هذه الفقاعات إلى منطقة الضغط العالي باتجاه منتصف ومخرج المكره، حيث تنهار بسرعة تحت الضغط العالي. تتسبب موجات الصدمة عالية الطاقة المنبعثة أثناء انهيار الفقاعة في تآكل المعدن على سطح المكره، وزيادة اهتزاز المضخة، وزيادة الضوضاء، ومشاكل مثل انخفاض معدل التدفق والضغط.3. العوامل الرئيسية المؤدية إلى التجويفأ. رفع الشفط المفرط: إذا تم تركيب المضخة على ارتفاع عالٍ جدًا أو كان مستوى سائل السحب منخفضًا جدًا، ينخفض ​​الضغط على جانب السحب. مع تدفق السائل نحو مدخل المكره، ينخفض ​​الضغط أكثر. عندما ينخفض ​​الضغط عن ضغط البخار المشبع، يحدث التبخر. إذا تجاوز رفع السحب الحد المسموح به لرأس السحب الإيجابي الصافي (NPSH)، فإن التجويف أمر لا مفر منه.ب. مقاومة مفرطة لخط الشفط: يؤدي طول أو ضيق أنبوب الشفط بشكل مفرط، أو كثرة الكوع فيه، أو إغلاق الصمام جزئيًا إلى خسائر احتكاكية وموضعية كبيرة. يؤدي انخفاض الضغط عند طرف الشفط إلى انخفاض إضافي في الضغط عند مدخل المكره، مما يزيد من احتمالية حدوث التجويف. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي تسرب الهواء أو ضعف إحكام أنابيب الشفط إلى دخول الغاز إلى السائل، مما يفاقم التجويف.ج. ارتفاع درجة حرارة السائل بشكل مفرط: تؤدي زيادة درجة حرارة السائل إلى ارتفاع ضغط بخاره المشبع بشكل ملحوظ، مما يجعله أكثر عرضة للتبخر. على سبيل المثال، يكون ضغط بخار الماء المشبع منخفضًا نسبيًا عند درجة حرارة الغرفة، ولكنه يزداد بشكل ملحوظ عند درجات الحرارة المرتفعة. حتى مع ثبات ضغط الشفط، قد يتحقق شرط التبخر عند ارتفاع درجة الحرارة، مما يُحفز التجويف.د. انخفاض ضغط المدخل أو انخفاض الضغط المحيط: عندما ينخفض ​​الضغط عند مصدر شفط المضخة - مثل انخفاض مستوى السائل، أو وجود فراغ في حاوية الإمداد، أو انخفاض الضغط الجوي المحيط (على سبيل المثال، في المرتفعات العالية) - يصبح الضغط عند منفذ الشفط غير كافٍ، مما يجعل من السهل جدًا تبخر السائل عند مدخل الدافع.هـ. تصميم أو تركيب المضخة بشكل غير صحيح: يؤثر التصميم الهيكلي للمضخة بشكل مباشر على أدائها في التجويف. على سبيل المثال، قد يؤدي صغر قطر مدخل المكره، أو زاوية الحافة الأمامية غير المعقولة للشفرة، أو سطح المكره الخشن إلى تدفق غير مستقر للسائل، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الضغط المحلي. علاوة على ذلك، قد يؤدي عدم اتباع متطلبات NPSH المطلوبة من الشركة المصنعة (NPSHr) أثناء التركيب، أو تركيب المضخة على ارتفاع مفرط، إلى حدوث التجويف.و. ظروف التشغيل غير المناسبة: عندما تعمل المضخة بمعدلات تدفق تنحرف عن نقطة التصميم، أو تعمل لفترات طويلة عند تدفق منخفض، أو أثناء تعديلات الصمام المفاجئة، يتغير توزيع ضغط السائل، مما قد يتسبب أيضًا في التبخر والتجويف الموضعي.4. تأثيرات ومخاطر التجويفمخاطر التجويف على مضخات الطرد المركزي تتجلى بشكل رئيسي في الجوانب التالية:أ. تلف سطح المعدن: تُسبب صدمات الضغط العالي الناتجة عن انهيار الفقاعات تآكلًا نقريًا على سطح المكره. وقد يؤدي التطوير طويل الأمد إلى إجهاد المادة وتقشرها، بل وحتى ثقبها.ب. تدهور الأداء: يؤدي التجويف إلى انخفاض كبير في معدل التدفق والرأس والكفاءة، مما يؤدي إلى تغيير المنحنيات المميزة للمضخة.ج. الاهتزاز والضوضاء: تسبب قوى التأثير الناتجة عن التجويف اهتزازات ميكانيكية وضوضاء عالية التردد، مما يؤثر على التشغيل المستقر للمعدات.د. عمر خدمة أقل: يؤدي التشغيل طويل الأمد في ظل ظروف التجويف إلى تسريع التآكل الميكانيكي، مما يؤدي إلى تقصير عمر خدمة المحامل والأختام والمكره.5. تدابير لمنع التجويفولمنع التجويف أو التخفيف منه، ينبغي اتخاذ التدابير من منظور التصميم والتركيب والتشغيل:أ. اختر ارتفاعًا مناسبًا للتركيب لضمان ضغط كافٍ على جانب الشفط، مما يجعل NPSH المتاح (NPSHa) أكبر من NPSH المطلوب للمضخة (NPSHr).ب. تحسين خط أنابيب الشفط عن طريق تقصير طولها، وتقليل عدد المرفقين، وزيادة قطر الأنبوب، والحفاظ على صمامات الشفط مفتوحة بالكامل، وتجنب دخول الهواء.ج. التحكم في درجة حرارة السائل من خلال التبريد أو خفض درجة حرارة خزان التخزين لتقليل ضغط بخار السائل المشبع.د. زيادة ضغط المدخلعلى سبيل المثال، عن طريق تركيب مضخة تعزيز، أو زيادة الضغط على سطح السائل، أو وضع حاوية السائل على ارتفاع أعلى.هـ. تحسين هيكل المكره من خلال استخدام مواد وأشكال هندسية ذات خصائص جيدة مضادة للتجويف، مثل إضافة محفز أو تحسين زاوية مدخل الشفرة.و. حافظ على تشغيل المضخة بالقرب من نقطة تصميمها، وتجنب التشغيل لفترات طويلة عند معدلات تدفق منخفضة أو ظروف تشغيل غير طبيعية أخرى.باختصار، يحدث التجويف في مضخات الطرد المركزي بشكل رئيسي بسبب انخفاض ضغط السائل عند مدخل المكره، حيث ينخفض ​​إلى ما دون ضغط بخاره المشبع، مما يؤدي إلى التبخر وانهيار الفقاعات. تشمل العوامل المحددة التي تؤدي إلى هذه الظاهرة الرفع المفرط للشفط، ومقاومة الشفط المفرطة، وارتفاع درجة حرارة السائل، وانخفاض ضغط المدخل، والتصميم أو التشغيل غير السليم. لا يؤثر التجويف على أداء المضخة فحسب، بل يُسبب أيضًا أضرارًا جسيمة للمعدات. لذلك، يجب التركيز في كل من التصميم والتشغيل على منع التجويف والسيطرة عليه. من خلال تهيئة النظام بشكل عقلاني، وتحسين المعايير الهيكلية، وتحسين ظروف التشغيل، يمكن ضمان التشغيل الآمن والفعال لـ... يمكن ضمان المضخات الطاردة المركزية.