การวิเคราะห์ชิ้นส่วนอะไหล่ปั๊มหอยโข่ง

ปั๊มหอยโข่ง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบการผลิตทางอุตสาหกรรมและระบบวิศวกรรมเพื่อลำเลียงของเหลวต่างๆ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการใช้งาน มักเกิดปรากฏการณ์ที่ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของปั๊ม นั่นคือ การเกิดโพรงอากาศ (cavitation) โพรงอากาศไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพของปั๊มหอยโข่งเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อส่วนประกอบสำคัญ เช่น ใบพัด และอาจนำไปสู่การทิ้งอุปกรณ์ทั้งหมด ดังนั้น การศึกษาและทำความเข้าใจสาเหตุของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่งจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบที่สมเหตุสมผล การติดตั้งที่ถูกต้อง และการทำงานที่ปลอดภัยของปั๊ม ด้านล่าง, อันฮุย เซิงซี ต้าถัง จะให้คำแนะนำคุณอย่างละเอียด1. แนวคิดพื้นฐานของการเกิดโพรงอากาศการเกิดโพรงอากาศ (Cavitation) หมายถึงปรากฏการณ์ที่เมื่อของเหลวไหลผ่านใบพัดของปั๊ม ความดันภายในจะลดลงต่ำกว่าความดันไออิ่มตัวของของเหลวที่อุณหภูมิใช้งาน ทำให้เกิดการระเหยของของเหลวบางส่วนและเกิดฟองไอขนาดเล็กจำนวนมาก เมื่อฟองเหล่านี้ถูกพัดพาโดยการไหลของของเหลวไปยังบริเวณที่มีความดันสูงกว่า ความดันโดยรอบจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ฟองอากาศยุบตัวลงทันทีและควบแน่นกลับเป็นของเหลว การยุบตัวของฟองอากาศเหล่านี้ก่อให้เกิดคลื่นกระแทกที่รุนแรงและอุณหภูมิสูงเฉพาะที่ ซึ่งส่งผลกระทบต่อพื้นผิวใบพัด นำไปสู่รอยบุ๋มจากความล้าหรือการแตกของโลหะ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเกิดโพรงอากาศในปั๊มแบบแรงเหวี่ยงแก่นแท้ของการเกิดโพรงอากาศ (cavitation) เป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของพลศาสตร์ของไหลและเทอร์โมไดนามิกส์ สาเหตุหลักคือการกระจายความดันที่ไม่สม่ำเสมอภายในของเหลว เมื่อความเร็วการไหลเฉพาะที่สูงเกินไปหรือการออกแบบทางเรขาคณิตไม่เหมาะสม ความดันเฉพาะจะลดลง ก่อให้เกิดกระบวนการวัฏจักรของการกลายเป็นไอและฟองยุบตัว2. สาเหตุของการเกิดโพรงอากาศสาเหตุหลักของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มแบบแรงเหวี่ยงคือความดันภายในปั๊มต่ำกว่าความดันไออิ่มตัวของของเหลวที่อุณหภูมิดังกล่าว ในปั๊มแบบแรงเหวี่ยง ของเหลวจะไหลจากท่อดูดเข้าสู่ทางเข้าของใบพัด เมื่อช่องทางไหลค่อยๆ หดตัว ความเร็วของของเหลวจะเพิ่มขึ้น และความดันสถิตก็จะลดลงตามไปด้วย เมื่อความดันภายในลดลงจนถึงความดันไออิ่มตัวของของเหลว ของเหลวจะเริ่มระเหยกลายเป็นไอ ก่อให้เกิดฟองอากาศ ฟองอากาศเหล่านี้จะถูกพัดพาไปยังบริเวณแรงดันสูงไปยังส่วนกลางและทางออกของใบพัด ซึ่งจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วภายใต้แรงดันสูง คลื่นกระแทกพลังงานสูงที่ปล่อยออกมาระหว่างการยุบตัวของฟองอากาศทำให้เกิดการกัดเซาะโลหะบนพื้นผิวใบพัด การสั่นสะเทือนของปั๊มเพิ่มขึ้น เสียงรบกวนเพิ่มขึ้น และปัญหาต่างๆ เช่น อัตราการไหลและแรงดันอากาศลดลง3. ปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดโพรงอากาศก. การยกตัวดูดมากเกินไป: หากติดตั้งปั๊มไว้สูงเกินไปหรือระดับของเหลวดูดต่ำเกินไป แรงดันที่ด้านดูดจะลดลง เมื่อของเหลวไหลเข้าสู่ทางเข้าใบพัด แรงดันจะลดลงอีก เมื่อของเหลวลดลงต่ำกว่าแรงดันไออิ่มตัว จะเกิดการระเหยเป็นไอ หากแรงยกของแรงดูดเกินค่า NPSH (Net Positive Suction Head) ที่อนุญาต จะเกิดโพรงอากาศ (cavitation) อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ข. ความต้านทานของสายดูดมากเกินไป: ท่อดูดที่ยาวเกินไป แคบเกินไป มีข้อต่อมากเกินไป หรือมีวาล์วที่ปิดไม่สนิท ทำให้เกิดการสูญเสียแรงเสียดทานและแรงดันเฉพาะที่อย่างมีนัยสำคัญ แรงดันที่ลดลงที่ปลายดูดทำให้แรงดันลดลงอีกที่ทางเข้าใบพัด ทำให้เกิดการเกิดโพรงอากาศ (cavitation) ได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ การรั่วไหลของอากาศหรือการปิดผนึกที่ไม่ดีในท่อดูดอาจทำให้ก๊าซเข้าไปในของเหลว ทำให้เกิดโพรงอากาศรุนแรงขึ้นc. อุณหภูมิของเหลวที่สูงเกินไป: การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของเหลวจะทำให้ความดันไออิ่มตัวสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้ของเหลวมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นไอมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ความดันไออิ่มตัวของน้ำค่อนข้างต่ำที่อุณหภูมิห้อง แต่จะเพิ่มขึ้นอย่างมากที่อุณหภูมิสูง แม้ว่าความดันดูดจะยังคงเท่าเดิม แต่สภาวะการกลายเป็นไออาจเกิดขึ้นได้เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ส่งผลให้เกิดโพรงอากาศd. ความดันทางเข้าต่ำหรือความดันบรรยากาศลดลง: เมื่อแรงดันที่แหล่งดูดของปั๊มลดลง เช่น เนื่องมาจากระดับของเหลวลดลง เกิดสุญญากาศในภาชนะจ่าย หรือความดันบรรยากาศโดยรอบต่ำ (เช่น ที่ระดับความสูงมาก) แรงดันที่พอร์ตดูดจะไม่เพียงพอ ทำให้ของเหลวระเหยได้ง่ายมากที่ทางเข้าใบพัดe. การออกแบบหรือการติดตั้งปั๊มที่ไม่เหมาะสม: การออกแบบโครงสร้างของปั๊มส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการเกิดโพรงอากาศ (cavitation) ตัวอย่างเช่น เส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้าใบพัดที่เล็กเกินไป มุมขอบใบพัดด้านหน้าที่ไม่เหมาะสม หรือพื้นผิวใบพัดที่ขรุขระ อาจทำให้การไหลของของเหลวไม่เสถียร ส่งผลให้แรงดันลดลงอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ การไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนด NPSH (Required NPSHr) ที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ในระหว่างการติดตั้ง หรือการติดตั้งปั๊มที่ความสูงมากเกินไป ก็อาจทำให้เกิดโพรงอากาศได้เช่นกันf. เงื่อนไขการทำงานที่ไม่เหมาะสม: เมื่อปั๊มทำงานที่อัตราการไหลเบี่ยงเบนจากจุดที่ออกแบบ ทำงานเป็นเวลานานในระดับการไหลต่ำ หรือในระหว่างการปรับวาล์วกะทันหัน การกระจายแรงดันของของไหลจะเปลี่ยนไป ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเหยและการเกิดโพรงอากาศในบริเวณนั้นได้4. ผลกระทบและอันตรายจากการเกิดโพรงอากาศอันตรายจากการเกิดโพรงอากาศ ปั๊มหอยโข่ง มีปรากฏเป็นหลักในด้านต่อไปนี้:ก. ความเสียหายของพื้นผิวโลหะ: แรงกระแทกแรงดันสูงที่เกิดจากฟองอากาศที่ยุบตัวทำให้เกิดการกัดเซาะแบบหลุมบนพื้นผิวใบพัด การพัฒนาในระยะยาวอาจนำไปสู่ความล้าของวัสดุ การแตกร่อน หรือแม้แต่การทะลุของใบพัดข. การเสื่อมประสิทธิภาพ: การเกิดโพรงอากาศส่งผลให้อัตราการไหล หัว และประสิทธิภาพลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้เส้นโค้งลักษณะเฉพาะของปั๊มเปลี่ยนไปค. การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน: แรงกระแทกที่เกิดจากการเกิดโพรงอากาศทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางกลและสัญญาณรบกวนความถี่สูง ส่งผลกระทบต่อการทำงานที่เสถียรของอุปกรณ์d. อายุการใช้งานที่ลดลง: การทำงานในระยะยาวภายใต้สภาวะโพรงอากาศทำให้การสึกหรอทางกลไกเร็วขึ้น ส่งผลให้ลูกปืน ซีล และใบพัดมีอายุการใช้งานสั้นลง5. มาตรการป้องกันการเกิดโพรงอากาศเพื่อป้องกันหรือลดการเกิดโพรงอากาศ ควรใช้มาตรการจากมุมมองของการออกแบบ การติดตั้ง และการดำเนินการ:ก. เลือกความสูงในการติดตั้งที่เหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงดันเพียงพอที่ด้านดูด ทำให้ค่า NPSH ที่มีอยู่ (NPSHa) มากกว่าค่า NPSH ที่จำเป็นของปั๊ม (NPSHr)ข. ปรับปรุงท่อดูดให้เหมาะสม โดยการลดความยาว ลดจำนวนข้อต่อ เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ รักษาให้วาล์วดูดเปิดเต็มที่ และหลีกเลี่ยงการรั่วซึมของอากาศค. ควบคุมอุณหภูมิของเหลว โดยการทำความเย็นหรือลดอุณหภูมิถังเก็บเพื่อลดความดันไออิ่มตัวของของเหลวง. เพิ่มแรงดันทางเข้าเช่น โดยการติดตั้งปั๊มบูสเตอร์ เพิ่มแรงดันบนพื้นผิวของเหลว หรือวางภาชนะบรรจุของเหลวไว้ในระดับที่สูงขึ้นe. ปรับปรุงโครงสร้างใบพัด โดยการใช้วัสดุและรูปทรงเรขาคณิตที่มีคุณสมบัติป้องกันการเกิดโพรงอากาศที่ดี เช่น การเพิ่มตัวเหนี่ยวนำหรือการปรับมุมทางเข้าของใบพัดให้เหมาะสมf. ให้ปั๊มทำงานใกล้จุดที่ออกแบบไว้หลีกเลี่ยงการทำงานเป็นเวลานานที่อัตราการไหลต่ำหรือสภาวะการทำงานผิดปกติอื่นๆโดยสรุป การเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่งส่วนใหญ่เกิดจากแรงดันของของเหลวที่ทางเข้าใบพัดต่ำเกินไป ทำให้แรงดันไออิ่มตัวลดลง ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการระเหยและฟองอากาศยุบตัวตามมา ปัจจัยเฉพาะที่นำไปสู่ปรากฏการณ์นี้ ได้แก่ แรงดูดที่มากเกินไป ความต้านทานการดูดที่มากเกินไป อุณหภูมิของเหลวสูง แรงดันทางเข้าต่ำ และการออกแบบหรือการทำงานที่ไม่เหมาะสม โพรงอากาศไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของปั๊มเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่ออุปกรณ์ ดังนั้น ทั้งในการออกแบบและการใช้งาน จึงต้องให้ความสำคัญกับการป้องกันและควบคุมการเกิดโพรงอากาศ การกำหนดค่าระบบอย่างสมเหตุสมผล การปรับพารามิเตอร์โครงสร้างให้เหมาะสม และการปรับปรุงสภาพการทำงาน จะช่วยให้การทำงานมีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น สามารถมั่นใจได้กับปั๊มหอยโข่ง