یک پمپ هیدرولیک روی یک ماشین ساختمانی فقط 480 ساعت کار کرد تا اینکه تکنسین متوجه صدای متمایز شن مانندی شود که از سمت مکش می آید. هنگامی که واحد باز شد، ناحیه ورودی و کارتریج پمپ گودال های عمیق و سطوح ناهموار را نشان دادند. این کاویتاسیون بود، نه یک قطعه معیوب. کاویتاسیون علت اصلی خرابی زودرس پمپ در سیستم های هیدرولیک است و تقریباً همیشه می توان با درک شرایطی که باعث ایجاد آن می شود از آن جلوگیری کرد.
کاویتاسیون زمانی اتفاق میافتد که فشار سیال در ورودی پمپ از فشار بخار روغن پایینتر میآید و حبابهای بخار تشکیل میدهند که به شدت فرو میریزند و به منطقه پرفشار داخل پمپ فشار میآورند. این فروپاشی امواج ضربه ای موضعی ایجاد می کند که فلز را فرسایش می دهد، باعث ارتعاش می شود و در نهایت منجر به تخریب پمپ می شود. برای ماشین آلات ساختمانی اپراتورها، این به معنای خرابی برنامه ریزی نشده و تعمیرات پرهزینه است. یک کارتریج پمپ جایگزین به تنهایی می تواند صدها دلار هزینه داشته باشد و زمان از کار افتادن یک بیل مکانیکی یا پرس هیدرولیک می تواند حتی گران تر باشد.
کاویتاسیون چیست و چرا پمپ ها را از بین می برد
کاویتاسیون یک فرآیند فیزیکی است که در هر پمپ مایع رخ می دهد. هر سیال هیدرولیک دارای فشار بخار است که با دما افزایش می یابد. هنگامی که فشار سمت مکش پمپ به زیر فشار بخار میرسد، سیال در دمای محیط شروع به جوشیدن میکند و حبابهای میکروسکوپی را تشکیل میدهد. همانطور که این حباب ها به منطقه پرفشار پمپ می روند، توسط سیال اطراف فرو می ریزند. این انفجارها مانند چکشهای میکروسکوپی در برابر سطوح فلزی عمل میکنند و امواج ضربهای با فشارهای موضعی ایجاد میکنند که میتواند بیش از 1000 بار باشد.
حاشیه بین NPSH موجود و مورد نیاز همان چیزی است که مهندسان آن را حاشیه NPSH می نامند. سالم نگه داشتن حاشیه مهم ترین قانون طراحی برای جلوگیری از کاویتاسیون است.
آسیب ناشی از این فرآیند ظاهری متمایز دارد. نواحی آسیب دیده، معمولاً درگاه مکش، لبه ورودی کارتریج پره یا پروانه، حفره ای دارند و در لمس ناهموار احساس می شوند. در موارد شدید، فلز به طور کلی از دست رفته است. ظرفیت پمپ کاهش می یابد، صدا بلندتر می شود و خطر تشنج کامل پمپ افزایش می یابد.
علل اصلی کاویتاسیون در پمپ ها
شناخت علل، اولین قدم برای پیشگیری است. دو دسته کلی وجود دارد: علل سمت مکش و علل سمت تخلیه. جدول زیر رایج ترین آنها را خلاصه می کند.
| دسته بندی | علت | تاثیر روی پمپ |
|---|---|---|
| مکش | NPSHa کمتر از NPSHr | حباب ها در ورودی تشکیل می شوند |
| مکش | گرفتگی فیلتر مکش یا صافی | افت فشار و گرسنگی جریان |
| مکش | مکش line too long, too small, or too many bends | افت فشار بیش از حد |
| مکش | دمای سیال بالا | فشار بخار افزایش می یابد، کاویتاسیون آسان تر است |
| مکش | پمپ خیلی بالاتر از سطح روغن نصب شده است | سر ناکافی در ورودی |
| تخلیه | خروجی مسدود شده، شیر بسته یا تنظیم فشار بالا | تخلیه cavitation |
| تخلیه | عملکرد فراتر از سرعت نامی | فشار داخلی به زیر فشار بخار می رسد |
| سیستم | ورود هوا در خط مکش | جیب های گازی که کاویتاسیون را تقلید می کنند |
رایج ترین دسته کاویتاسیون سمت مکش است. زمانی اتفاق می افتد که پمپ به سادگی نمی تواند مایع کافی بکشد. عنصر فیلتر شایع ترین مقصر است: با مسدود شدن فیلتر، اختلاف فشار در سراسر آن افزایش می یابد و فشار در ورودی پمپ به زیر فشار بخار می رسد. حتی یک فیلتر با مقدار کمی از آلودگی می تواند باعث این امر شود.
دومین علت شایع خود خط مکش است. اگر خط باریکتر از توصیه سازنده پمپ باشد، یا اگر زانویی و اتصالات بیش از حد وجود داشته باشد، سرعت سیال در خط مکش افزایش می یابد و فشار موضعی کاهش می یابد. هنگامی که پمپ بسیار بالاتر از مخزن نصب می شود، همین اتفاق می افتد: بالابر مکش بیش از چیزی است که سیال می تواند با خیال راحت تامین کند.
دمای سیال یک علت پنهان است که اپراتورها اغلب نادیده می گیرند. فشار بخار اکثر روغن های هیدرولیک به طور قابل توجهی بالاتر از 60 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. اگر سیستمی در دمای 70 درجه سانتیگراد با سطح روغن پایین یا فیلتر تا حدی مسدود شده کار کند، حفرهسازی میتواند حتی زمانی که محاسبات NPSH در مرحله طراحی خوب به نظر میرسند، شروع شود.
کاویتاسیون سمت تخلیه کمتر رایج است اما هنوز جدی است. اگر خط خروجی مسدود شده باشد، اگر یک شیر فقط تا حدی باز باشد، یا اگر نقطه تنظیم کاهش فشار فراتر از ظرفیت نامی پمپ افزایش یابد، فشار در عناصر پمپاژ می تواند کمتر از فشار بخار باشد. در پمپ های پیستونی و پمپ های پره ای به طور یکسان، این وضعیت همان صدا و آسیب را ایجاد می کند.
حباب هوا از یک خط مکش نشتی نیز می تواند علائم کاویتاسیون واقعی را تقلید کند. هنگامی که پمپ هوا را می خورد، محفظه های گاز با صدای مشابهی فرو می ریزند و باعث فرسایش مشابه می شوند. تفاوت این است که علت اصلی هوا است، نه فشار بخار. بازرسی و سفت کردن تمام اتصالات خط مکش یک مرحله ساده است که از بسیاری از هشدارهای کاذب جلوگیری می کند.
نحوه تشخیص کاویتاسیون قبل از خرابی پمپ
کاویتاسیون هشدارهای واضحی می دهد. قابل اطمینان ترین صدا صدا است: یک "تیله در کوزه" یا جغجغه شن مانند که با افزایش حجم کار بدتر می شود. ارتعاش علامت دوم است. پمپی که در 1800 دور در دقیقه به آرامی کار می کند اما در 2200 دور در دقیقه خشن می شود به شما می گوید که ورودی در حال محدود شدن است.
تغییرات عملکرد نیز رایج است. جریان به تدریج کاهش می یابد و سیلندر یا موتور هیدرولیک در سمت پایین دست کندتر از زمانی که سیستم جدید بود حرکت می کند. خوانش فشار در خروجی پمپ در نوسان است و ممکن است روغن در مخزن کف کند.
هنگامی که پمپ را در یک بازه زمانی سرویس باز می کنید، کارتریج پمپ را بررسی کنید. مجموعه پره های داخلی اغلب اولین قسمتی است که آسیب دیده است. نوک پرههای حفرهدار، نمرهگذاری روی صفحه پورت، و سطوح ناهموار در درگاه مکش، همه نشاندهندهی وقوع کاویتاسیون هستند. خبر خوب این است که کارتریج یک جزء قابل تعویض است. در پمپ های سبک T6/T7، کارتریج را می توان بدون تعویض محفظه پمپ تعویض کرد که هزینه تعمیر را کاهش می دهد.
ساختار تیغه دو لبه کارتریج T6/T7 سری T از ساختار تیغه دو لبه استفاده می کند و لبه های دوتایی به طور متناوب با استاتور تماس می گیرند تا تاثیر تیغه ها بر استاتور را کاهش دهند. روغن هسته پمپ سری T ... مشاهده محصول → نحوه جلوگیری از کاویتاسیون در سیستم های هیدرولیک واقعی
پیشگیری در سه سطح قابل بررسی است: طراحی سیستم، عادات عملیاتی و نگهداری.
نکات طراحی سیستم
- NPSHa را در بدترین شرایط محاسبه کنید: دمای بالای روغن، فیلتر آلوده و پایینترین سطح روغن در مخزن. حاشیه حداقل 15 تا 20 درصد بالاتر از NPSHr مورد نیاز پمپ نگه دارید.
- خط مکش را تا حد امکان کوتاه و مستقیم نگه دارید. سرعت سیال در خط مکش برای پمپ هیدرولیک نباید از 1.2 متر بر ثانیه تجاوز کند. در صورت نیاز از لوله بزرگتر استفاده کنید.
- اتصالات، زانویی و سوپاپ ها را در سمت مکش به حداقل برسانید. هر اتصال اضافی یک افت فشار اضافه می کند.
- در صورت امکان به جای فیلتر مکش از فیلتر خط برگشت استفاده کنید. اگر فیلتر مکش اجتناب ناپذیر است، فیلتری را با فشار دیفرانسیل کم و بای پس سخاوتمندانه انتخاب کنید.
- در مخزن، سطح سیال را حفظ کنید که ورودی پمپ را بپوشاند. از یک بافل برای جلوگیری از چرخش روغن و کشیدن هوا به داخل پمپ استفاده کنید.
- پمپی با NPSHr متناسب با NPSH موجود انتخاب کنید. پمپ پره ای در سری V با کارتریج فشرده و عملکرد بی صدا طراحی شده است که می تواند آن را برای سیستم های حساس به مکش مناسب تر کند.
تک پمپ کم صدا سری V پمپ داخل پره کم سر و صدای سری V با صنعت ماشین آلات مطابقت دارد. این پمپ ها فشار بالایی دارند. با ظرفیت زیاد، اندازه جمع و جور، سطح سر و صدای کم و سرویس طولانی تر... مشاهده محصول → عادات عملیاتی
- پمپ را در محدوده سرعت سازنده کار کنید. اکثر پمپ های پره ای برای 1200 تا 2500 دور در دقیقه رتبه بندی می شوند. فشار دادن پمپ به 3000 دور در دقیقه به صورت مداوم باعث ایجاد کاویتاسیون می شود حتی اگر خط مکش خوب به نظر برسد.
- دمای مایع را در محدوده 40-60 درجه سانتیگراد نگه دارید. هنگامی که دستگاه به طور مداوم کار می کند از مبدل حرارتی استفاده کنید.
- شیر تخلیه را بالاتر از حداکثر فشار سازنده پمپ قرار ندهید. نقطه تنظیم فشار باید با طراحی سیستم مطابقت داشته باشد، نه با محدودیت نظری پمپ.
- برای کاربردهای فشار بالا با بار متغیر، یک پمپ پیستونی مانند سری A10VSO طراحی سفت و سخت و تحمل فشار بالا خوب را ارائه می دهد.
پمپ پیستونی سری 31 A10VSO توضیحات محصول: مشاهده محصول → نکات تعمیر و نگهداری
- فیلترهای مکش را طبق برنامه تعویض کنید، نه زمانی که نشانگر حرکت می کند. فیلتری که 80 درصد گرفتگی دارد همچنان میتواند فشار کافی را در خط برگشت ایجاد کند، اما افت فشار سمت مکش آن ممکن است به اندازهای زیاد باشد که ورودی پمپ را مختل کند.
- کارتریج پمپ را در طول هر سرویس برنامه ریزی شده بررسی کنید. اگر نوک پره ها ساییدگی یا فرورفتگی را نشان دهند، این یک سیگنال اولیه است.
- دمای روغن و آلودگی را کنترل کنید. دمای بالا و کثیفی ترکیبی کشنده هستند.
خط پایین
کاویتاسیون یکی از علائم سیستم هیدرولیکی است که طراحی ضعیف، عملکرد نامناسب و یا نگهداری ضعیفی دارد. خود پمپ اغلب قربانی است، نه علت. شرایط ورودی را اصلاح کنید، روغن را خنک و تمیز نگه دارید و پمپی را انتخاب کنید که نیاز NPSH آن با سیستم واقعی مطابقت داشته باشد. این ساده ترین راه برای از بین بردن آسیب کاویتاسیون و در خدمت نگه داشتن تجهیزات هیدرولیک است.
