کاویتاسیون پمپ؛ علائم و راهکار جلوگیری

در سیستم‌های تهویه مطبوع، چیلرهای آبی، مدار کندانسور و حتی مدار آب‌سرد (Chilled Water)، پمپ‌ها قلب گردش سیال هستند. یکی از مخرب‌ترین اتفاقاتی که می‌تواند در پمپ رخ دهد کاویتاسیون (Cavitation) است؛ پدیده‌ای که خیلی‌ها آن را با جمله‌ی ساده‌ی «آب داخل پمپ جوش می‌آید» توصیف می‌کنند. این “جوش آمدن” همیشه به معنی دمای خیلی بالا نیست؛ گاهی آب با دمای معمولی هم می‌تواند در شرایط خاص در پمپ بخار شود و به تجهیزات ضربه بزند.

کاویتاسیون چیست؟

کاویتاسیون زمانی رخ می‌دهد که فشار موضعی سیال در بخشی از پمپ (معمولاً ناحیه مکش/چشم پروانه) آن‌قدر پایین بیاید که از فشار بخار اشباع آب کمتر شود. در این حالت، آب به بخار تبدیل می‌شود و حباب‌های بخار تشکیل می‌شوند.

اما داستان همین‌جا تمام نمی‌شود: این حباب‌ها چند لحظه بعد که وارد ناحیه پرفشارتر می‌شوند، ناگهان می‌ترکند (Collapse) و انفجارهای ریز ولی بسیار پرقدرت ایجاد می‌کنند. همین انفجارهای لحظه‌ای باعث:

• خوردگی و حفره‌حفره شدن پروانه (Pitting)
• ضربه و لرزش
• کاهش راندمان
• و در نهایت خرابی جدی پمپ

چرا آب با کاهش فشار «زودتر» می‌جوشد؟

همه می‌دانیم آب در فشار یک اتمسفر در 100°C می‌جوشد. اما اگر فشار مطلق کاهش پیدا کند، نقطه‌ی جوش هم پایین می‌آید. یعنی ممکن است آب در 30°C هم به جوش بیاید، اگر فشار مطلق آن خیلی پایین باشد.

این دقیقاً همان چیزی است که در ورودی پمپ رخ می‌دهد:

• در مسیر مکش و در چشم پروانه، به علت شتاب گرفتن سیال و شکل جریان، فشار افت می‌کند.
• اگر این افت فشار به زیر فشار بخار آب برسد، تبخیر و تشکیل بخار اتفاق می‌افتد.

مکانیزم کاویتاسیون در پمپ سانتریفیوژ (خیلی ساده)

1. آب وارد پمپ می‌شود.
2. نزدیک چشم پروانه، سرعت بالا می‌رود و فشار پایین می‌آید.
3. در صورت پایین بودن فشار، بخشی از آب بخار می‌شود و حباب تشکیل می‌دهد.
4. با حرکت سیال به نواحی پرفشارتر، حباب‌ها منفجر می‌شوند.
5. انفجارهای ریز با فرکانس بالا، مثل سندبلاست، به فلز ضربه می‌زنند و سطح پروانه را می‌خورند.

چه زمانی احتمال کاویتاسیون زیاد می‌شود؟

کاویتاسیون معمولاً نتیجه‌ی یکی (یا ترکیبی) از این دو عامل است:

1) فشار ورودی (مکش) پایین

این رایج‌ترین علت است. مواردی که فشار مکش را پایین می‌آورند:

• نیمه‌بسته بودن شیر مکش (خطرناک‌ترین اشتباه)
• گرفتگی صافی/فیلتر مکش (Strainer)
• قطر کم لوله مکش، طول زیاد، زانویی زیاد، اتصالات بد → افت فشار مکش
• مکش از مخزن با سطح پایین یا ایجاد گرداب (Vortex) روی مکش
• نشت هوا از اتصالات مکش (هواگیری ناقص/ساکشن نشتی‌دار)
• ارتفاع مکش زیاد (پمپ بالاتر از سطح آب)

نکته‌ی مهم: اگر شیر مکش بسته یا نیمه‌بسته باشد، پمپ ممکن است در زمان کوتاه دچار ضربه‌ی شدید و آسیب جدی شود.

2) دمای آب بالا

هرچه دما بالاتر باشد، فشار بخار آب بیشتر است؛ یعنی آب “آماده‌تر” است که بخار شود.
در مدارهایی مثل آب کندانسور، اگر دمای آب بالا برود (یا در شرایط خاص آب گرم وارد پمپ شود)، ریسک کاویتاسیون بالا می‌رود.

علائم کاویتاسیون چیست؟ (نشانه‌های میدانی)

اگر این علائم را دیدید، سریع جدی بگیرید:

• صدای تق‌تق / شبیه سنگ‌ریزه داخل پمپ
• لرزش غیرعادی پمپ و لوله‌ها
• افت دبی و افت هد (پمپ مثل قبل فشار نمی‌دهد)
• نوسان آمپراژ موتور
• افزایش دمای یاتاقان‌ها/سیل مکانیکی
• در بازدید داخلی: سطح پروانه مثل خورده‌شدن با اسید یا حفره‌حفره

کاویتاسیون چه مشکلاتی ایجاد می‌کند؟

1) کاهش عملکرد سیستم

وقتی داخل پمپ بخار تشکیل می‌شود، بخار مثل آب قابل پمپاژ نیست. پس:

• دبی کم می‌شود
• هد می‌افتد
• راندمان پایین می‌آید
  و سیستم (مثلاً چیلر) دچار ناپایداری می‌شود.

2) تخریب مکانیکی

انفجار حباب‌ها ضربات ریز اما شدید ایجاد می‌کند:

• خوردگی و تخریب پروانه
• آسیب به پوسته پمپ
• خرابی سیل مکانیکی
• خرابی یاتاقان‌ها به خاطر لرزش

3) خرابی‌های زنجیره‌ای در تأسیسات

کاویتاسیون فقط پمپ را نمی‌زند؛ لرزش و ضربه می‌تواند باعث:

• شل شدن اتصالات
• ترک در لوله‌ها
• صدمه به فلنج‌ها و لرزه‌گیرها
• افزایش هزینه نگهداری کل موتورخانه شود.

کلید مهندسی کنترل کاویتاسیون: NPSH

در عمل، برای جلوگیری از کاویتاسیون باید NPSH در دسترس (NPSHa) از NPSH موردنیاز پمپ (NPSHr) بیشتر باشد.

• NPSHa = چیزی که سیستم به پمپ می‌دهد (فشار مکش واقعی با درنظرگرفتن افت‌ها و دما)
• NPSHr = چیزی که پمپ برای کار بدون کاویتاسیون لازم دارد (از کاتالوگ سازنده)

قاعده طلایی:
NPSHa باید با حاشیه اطمینان از NPSHr بزرگ‌تر باشد.

راهکارهای عملی برای جلوگیری از کاویتاسیون (چک‌لیست اجرایی)

1) هرگز مکش را با شیر کنترل نکنید

اگر لازم است دبی را کم کنید:

• از شیر دهش (Discharge) تنظیم کنید
  نه شیر مکش.

2) صافی مکش را پایش و تمیز کنید

گرفتگی استرینر یکی از دلایل پنهان و بسیار رایج است.

3) افت فشار خط مکش را کم کنید

• قطر لوله مکش را کوچک انتخاب نکنید
• طول را کوتاه‌تر کنید
• زانویی و اتصالات را کم کنید
• از تبدیل‌های بد و تند پرهیز کنید
• سرعت مجاز در مکش را پایین نگه دارید (طراحی درست)

4) سطح آب و شرایط مکش را اصلاح کنید

• ارتفاع مکش را کم کنید (پمپ نزدیک‌تر به منبع)
• از ایجاد گرداب روی مکش جلوگیری کنید (آنتی‌ورتکس/آرایش ورودی)
• هواگیری کامل و رفع نشتی مکش

5) دمای ورودی را کنترل کنید

در مدارهایی که آب گرم‌تر وارد پمپ می‌شود، با کاهش دما یا افزایش فشار مکش، ریسک را کم کنید.

6) سرعت پمپ را بی‌جهت بالا نبرید

افزایش دور → افزایش افت موضعی در چشم پروانه → افزایش احتمال کاویتاسیون.

7) انتخاب صحیح پمپ

اگر سیستم شما ذاتاً NPSH کمی دارد (مکش سخت)، سراغ:

• پمپ با NPSHr پایین‌تر
• یا تغییر طراحی (افزایش فشار مکش/کاهش افت‌ها)
  بروید.

جمع‌بندی

کاویتاسیون یعنی تشکیل و ترکیدن حباب‌های بخار داخل پمپ به علت افت فشار موضعی (و تشدید آن با دمای بالا). نتیجه‌اش هم معمولاً ترکیبی از صدای سنگ‌ریزه‌ای، لرزش، افت دبی/هد و تخریب پروانه است.

اگر فقط یک توصیه بخواهم بدهم:
شیر مکش را دستکاری نکنید، صافی مکش را جدی بگیرید، و افت فشار مکش را در طراحی و اجرا پایین نگه دارید.