چرا پمپ هیدرولیک کاویتاسیون می کند؟ علائم، علت و روش جلوگیری از خرابی

چرا پمپ هیدرولیک کاویتاسیون می کند؟ علائم، علت و روش جلوگیری از خرابی

وقتی پمپ هیدرولیک یا اویل پمپ صدایی شبیه تق تق، ضربه یا خرد شدن سنگ ریزه تولید می کند، فشار مدار ناپایدار می شود یا دبی پمپ بدون دلیل مشخص کاهش پیدا می کند، یکی از اولین مواردی که باید بررسی شود کاویتاسیون در پمپ هیدرولیک است. کاویتاسیون معمولاً از سمت مکش شروع می شود. اگر فشار ورودی پمپ بیش از حد پایین بیاید، بخشی از روغن می تواند وارد شرایطی شود که حباب های بخار تشکیل شوند. این حباب ها پس از ورود به ناحیه پر فشار فرو می ریزند و ضربات موضعی شدیدی ایجاد می کنند. ادامه این وضعیت می تواند سطح قطعات داخلی پمپ را دچار خوردگی حفره ها، سایش و کاهش راندمان کند. مشکل اینجاست که کاویتاسیون در مراحل اولیه همیشه با توقف کامل پمپ همراه نیست. دستگاه ممکن است همچنان کار کند، اما صدا بیشتر شود، روغن گرم شود و توان سیستم به تدریج پایین بیاید. برند رکسرت در دستورالعمل های پمپ های هیدرولیک هم تأکید می کند که فشار مکش ناکافی، ویسکوزیته بالای روغن، ارتفاع زیاد مکش، قطر نامناسب خط و گرفتگی مسیر ورودی می توانند شرایط مکش نامناسب ایجاد کنند و باعث آسیب به پمپ شوند.

کاویتاسیون در پمپ هیدرولیک دقیقاً چیست؟

کاویتاسیون زمانی رخ می دهد که فشار روغن در بخشی از مسیر مکش یا داخل پمپ تا حدی افت کند که حباب های بخار در سیال تشکیل شوند. این حباب ها با ورود به ناحیه ای با فشار بالاتر به سرعت فرو می ریزند. انفجار یا Collapse این حباب ها در مقیاس بسیار کوچک اتفاق می افتد، اما تعداد بالای آنها می تواند به سطوح فلزی آسیب بزند.

اثرات متداول این پدیده شامل:

• خوردگی حفره ای سطح قطعات
• آسیب به صفحات توزیع
• سایش پیستون یا پره
• افت راندمان حجمی
• کاهش دبی
• افزایش صدا
• افزایش دمای روغن
• کاهش عمر پمپ است.

مهم ترین علت کاویتاسیون پمپ هیدرولیک

• قطر نامناسب خط مکش

اگر قطر لوله یا شیلنگ مکش نسبت به دبی مورد نیاز پمپ کوچک باشد، سرعت روغن در مسیر زیاد می شود و افت فشار افزایش پیدا می کند. این وضعیت مخصوصاً در پمپ های با دبی بالا خطرناک تر است. یک اشتباه رایج این است که برای کاهش هزینه از شیلنگی با قطر کمتر استفاده شود. ممکن است سیستم در دور پایین قابل قبول کار کند، اما وقتی دور موتور افزایش پیدا می کند، پمپ دیگر روغن کافی دریافت نمی کند. رکسروت در دستورالعمل های خود صراحتاً به سایز نامناسب خط مکش به عنوان یکی از عوامل شرایط مکش نامناسب اشاره می کند.

• گرفتگی صافی یا فیلتر مکش

قرار دادن فیلتر بسیار ریز در ورودی پمپ یا کثیف شدن صافی مکش می تواند افت فشار قابل توجهی ایجاد کند. در این حالت پمپ تلاش می کند حجم مشخصی روغن دریافت کند، اما مسیر ورودی محدود شده است.

نتیجه معمولاً:

1. صدای غیر عادی
2. افت دبی
3. نوسان فشار
4. گرم شدن سیستم خواهد بود.

در دستورالعمل های رکسروت هم فیلتر کوچک یا مسدود در مسیر مکش به عنوان یکی از عوامل ایجاد صدای غیر عادی و شرایط مکش ضعیف ذکر شده است.

• ویسکوزیته بیش از حد روغن

این مورد در استارت زمستانی خیلی رایج است. اگر روغن بیش از حد غلیظ باشد، عبور آن از خط مکش دشوار می شود. پمپ در چند دقیقه اول پس از روشن شدن نمی تواند روغن کافی دریافت کند و فشار ورودی کاهش پیدا می کند. Bosch Rexroth هشدار می دهد که هنگام استارت با سیال بسیار ویسکوز، خطر کاویتاسیون در خط مکش پمپ افزایش پیدا می کند. به همین خاطر انتخاب روغن فقط براساس عدد ISO VG انجام نمی شود؛ باید محدوده دمای محیط و دمای واقعی کار سیستم هم در نظر گرفته شود.

• ارتفاع زیاد پمپ نسبت به مخزن

اگر پمپ بالاتر از سطح روغن مخزن نصب شود، شرایط مکش سخت تر می شود. هر چه فاصله عمودی بیشتر باشد، فشار در ورودی پمپ کاهش پیدا می کند. در سیستم هایی که طراحی اولیه ضعیف است، همین موضوع می تواند در دور بالا باعث ایجاد کاویتاسیون شود. اگر امکان طراحی وجود دارد، بهتر است موقعیت پمپ و مخزن به گونه ای انتخاب شود که ورودی پمپ تحت شرایط مناسب تغذیه شود.

• سطح روغن پایین مخزن

کمبود روغن می تواند باعث تشکیل گردابه در محل مکش شود و هوا را وارد خط ورودی کند.
گاهی اپراتور گزارش مید هد که: «وقتی مخزن را پر می کنیم صدا کمتر می شود.»
این نشانه ساده می تواند مسیر عیب یابی را مشخص کند.
سطح روغن باید در حالت خاموش و در شرایط کاری دستگاه کنترل شود، چون حرکت سیلندر ها و سایر عملگر ها می تواند سطح مخزن را تغییر دهد.

• طراحی نامناسب اتصالات مکش

تعداد زیاد زانویی، اتصالات باریک، شیر نیمه باز یا مسیر طولانی باعث افزایش افت فشار می شود.
در مسیر مکش بهتر است تا حد امکان:

طول لوله کوتاه باشد.
زانویی های غیر ضروری حذف شوند.
تغییر قطر ناگهانی وجود نداشته باشد.
شیر های محدود کننده در مسیر قرار نگیرند.

در بیشتر سیستم ها مشکل پمپ نیست؛ طراحی ورودی پمپ مشکل دارد.

• سرعت بیش از حد پمپ

با افزایش دور پمپ، نیاز آن به روغن بیشتر میشود. اگر قطر خط و ظرفیت مکش برای دور جدید طراحی نشده باشد، ممکن است بعد از تعویض الکتروموتور یا افزایش فرکانس اینورتر، پمپ شروع به کاویتاسیون کند. این اتفاق در کارگاه ها زیاد دیده می شود: دور موتور افزایش داده می شود تا دبی بیشتر شود، اما محدودیت مسیر مکش در نظر گرفته نمی شود.

آیا کاویتاسیون پمپ هیدرولیک با هوا گرفتگی یکسان است؟

خیر. این دو پدیده می توانند علائم مشابه ایجاد کنند اما از نظر مکانیزم متفاوت هستند. کاویتاسیون ناشی از افت فشار بیش از حد و تشکیل بخار در سیال است. هوا گرفتگی یا Aeration زمانی اتفاق می افتد که هوا از طریق نشتی، سطح پایین مخزن یا بازگشت نامناسب روغن وارد سیال شود. تشخیص اشتباه این دو می تواند باعث تعمیر بی نتیجه شود.

بررسی مهم ترین مشخصات فنی برای جلوگیری از کاویتاسیون پمپ هیدرولیک

انتخاب درست مشخصات فنی، نقش مستقیمی در جلوگیری از کاویتاسیون اویل پمپ دارد. این پدیده معمولاً زمانی رخ می‌ دهد که فشار ورودی پمپ بیش از حد کاهش پیدا کند و حباب‌ های بخار در سیال تشکیل شوند. برای پیشگیری از این مشکل باید پارامتر هایی مانند دبی ورودی، فشار مکش، سرعت چرخش، قطر و طول خط مکش، ویسکوزیته روغن و ظرفیت پمپ هنگام انتخاب و طراحی سیستم بررسی شوند. ناهماهنگی میان این مشخصات می‌ تواند باعث ایجاد صدا و لرزش، خوردگی قطعات، افت راندمان و کاهش عمر پمپ شود. شناخت این پارامتر ها به انتخاب اویل پمپ متناسب با شرایط واقعی مدار کمک می‌ کند. جدول زیر برای طراحی یا بازبینی سیستم کاربرد زیادی دارد:

 
برای پمپ های مشخص مثل پمپ پیستونی سرکج رکسروت A4VSO ،A2FO یا سایر مدل ها باید مقدار مجاز دقیق از دیتاشیت همان سایز بررسی شود. Bosch Rexroth هم تأکید می کند که حداقل فشار مکش مجاز در ورودی پمپ باید رعایت شود و این مقدار به عواملی مثل قطر لوله، طول مسیر، موقعیت مخزن و ویسکوزیته روغن وابسته است.

چگونه کاویتاسیون پمپ هیدرولیک را تشخیص دهیم؟

بهترین روش این است که عیب یابی مرحله به مرحله انجام شود.

ابتدا:

1. کنترل کردن سطح روغن مخزن
2. مقایسه کردن صدای پمپ را در دور پایین و بالا
3. بررسی صافی مکش
4. ثبت کردن دمای روغن
5. تطبیق دادن ویسکوزیته و نوع روغن با توصیه سازنده
6. بررسی کردن قطر و طول مسیر مکش
7. تست کردن اتصالات از نظر ورود هوا 
8. اندازه گیری دور واقعی شفت پمپ
9. در صورت امکان فشار ورودی پمپ را اندازه گیری کنید.
10. دبی خروجی پمپ با Flow Meter کنترل شود.

اگر صدا با افزایش دور شدید تر می شود، مسیر مکش یکی از اولین بخش هایی است که باید بررسی شود.

چه قطعاتی در اثر کاویتاسیون اویل پمپ آسیب می بینند؟

وقتی اویل پمپ دچار کاویتاسیون می‌ شود، آسیب فقط به کاهش راندمان یا ایجاد صدای غیر عادی محدود نیست؛ حباب‌ های بخار م ی‌توانند به‌مرور سطح قطعات داخلی را تخریب کنند و هزینه تعمیرات را بالا ببرند. شناخت قطعاتی که بیشتر در معرض این پدیده قرار دارند، به مدیریت نگهداری و تعمیرات کمک می‌ کند قبل از خرابی جدی، علت مشکل را پیدا شود. نوع آسیب به طراحی پمپ بستگی دارد.

در پمپ های پیستونی ممکن است:

• پیستون
• Cylinder Block
• Valve Plate
• سطح توزیع
• بیرینگ ها آسیب ببینند.

در پمپ های پره ای:

• پره ها
• رینگ
• صفحات جانبی
• در معرض سایش قرار می گیرند.

در پمپ دنده ای هم سطح دنده ها و بدنه می تواند در طول زمان آسیب ببیند. نشانه متداول آسیب کاویتاسیون، سطح فلزی با حفره های ریز و نامنظم است.

آیا پمپ هیدرولیک کاویتاسیون زده قابل تعمیر است؟

بستگی به میزان آسیب دارد. اگر مشکل در مراحل اولیه شناسایی شود و هنوز قطعات داخلی آسیب جدی ندیده باشند، ممکن است اصلاح شرایط مکش کافی باشد. اما اگر راندمان پمپ افت کرده باشد، دبی در فشار بالا کاهش پیدا کند یا روی قطعات خوردگی شدید دیده شود، تعمیر یا تعویض قطعات مطرح می شود. در این حالت فقط تعمیر پمپ کافی نیست. اگر علت اصلی مثل گرفتگی خط مکش، روغن نامناسب یا سطح پایین مخزن برطرف نشود، پمپ تعمیر شده هم دوباره آسیب خواهد دید.

کاویتاسیون در هیدروموتور مانند پمپ هیدرولیک اتفاق می افتد؟

بله، اگر چه بحث کاویتاسیون بیشتر درباره پمپ مطرح می شود، هیدروموتور هم می تواند تحت شرایط نامناسب مدار دچار پدیده های مشابه شود. برای مثال، هنگام کاهش سریع سرعت موتور یا تغییر جهت جریان ممکن است در یکی از خطوط موتور فشار بسیار پایین ایجاد شود. در مدار هایی که این شرایط محتمل است، طراحی شیر های Anti-Cavitation یا Make-Up Valve می تواند اهمیت زیادی داشته باشد. این موضوع مخصوصاً در ماشین آلات موبایل، وینچ ها و سیستم هایی که بار اینرسی بالایی دارند اهمیت بیشتری پیدا می کند.

روش جلوگیری از کاویتاسیون اویل پمپ

کاویتاسیون اویل پمپ معمولاً زمانی ایجاد می‌ شود که فشار در بخش مکش پمپ بیش از حد کاهش پیدا کند و حباب‌ های بخار در سیال تشکیل شوند. ادامه این وضعیت می‌ تواند باعث ایجاد صدای غیر عادی، لرزش، افت دبی و در موارد شدید، خوردگی و تخریب قطعات داخلی پمپ شود. برای پیشگیری از خرابی، چند اقدام بسیار مؤثر هستند:

• انتخاب کردن قطر خط مکش براساس دبی واقعی 
• استفاده نکردن از شیلنگ های له شده یا تاخورده 
• انتخاب نکردن فیلتر مکش بیش از حد ریز
• کنترل کردن سطح روغن مخزن
• انتخاب روغن مناسب محدوده دمای کاری
• در استارت سرد، سیستم فوراً زیر بار کامل قرار نگیرد.
• پمپ را بیش از دور مجاز نچرخانید.
• اتصالات مکش کاملاً آب بندی شوند.
• طراحی مسیر مکش کوتاه و مستقیم باشد.
• شرایط نصب پمپ مطابق دستورالعمل سازنده باشد.

اشتباه رایج هنگام مشاهده صدای پمپ هیدرولیک

تعویض فوری پمپ یکی از پر هزینه ترین اشتباه ها می باشد. وقتی پمپ صدا می دهد، بعضی واحد های تعمیرات بدون بررسی ورودی پمپ، تجهیز را باز یا تعویض می کنند. اما اگر علت واقعی گرفتگی صافی یا طراحی نامناسب لوله مکش باشد، پمپ جدید هم بعد از مدت کوتاهی همان صدا را ایجاد می کند. به همین خاطر ترتیب عیب یابی باید این باشد:

مخزن → روغن → مسیر مکش → فیلتر → سرعت پمپ → فشار ورودی → خود پمپ

این ترتیب معمولاً هزینه و زمان تعمیر را کاهش می دهد. در عیب‌ یابی صدای اویل پمپ، باید به علائمی مثل لرزش، کف‌ کردن روغن، افت دبی و نوسان فشار هم توجه کنید. این نشانه‌ ها می‌ توانند از کاهش فشار مکش و شروع کاویتاسیون خبر دهند. بررسی دمای روغن و اطمینان از باز بودن مسیر مکش هم اهمیت زیادی دارد. اگر پس از رفع محدودیت‌ های مسیر مکش، صدا همچنان باقی ماند، وضعیت یاتاقان‌ ها، شفت و اجزای داخلی پمپ باید بررسی شود. این رویکرد از تعویض بی‌ دلیل پمپ و تکرار خرابی جلوگیری می‌ کند.

چه زمانی باید اویل پمپ را متوقف کنیم؟

اگر صدای کاویتاسیون شدید است و همزمان یکی از علائم زیر دیده می شود، ادامه کار توصیه نمی شود:

• افت شدید فشار
• افزایش سریع دمای روغن
• نوسان شدید دبی
• لرزش غیر عادی
• وجود ذرات فلزی در فیلتر
• تغییر محسوس صدای پمپ

ادامه کار در این شرایط می تواند آسیب سطحی را به خرابی جدی داخلی تبدیل کند.

وقتی اویل پمپ کاویتاسیون می کند، اولین مظنون نباید خود پمپ باشد. بیشتر اوقات باید شرایط ورودی بررسی شود: قطر خط مکش، فیلتر، سطح روغن، ویسکوزیته، دور پمپ و ارتفاع مخزن. اگر پمپ صدای خشن دارد، فشار نوسان می کند یا پس از گرم شدن راندمان پایین می آید، تست فشار ورودی و دبی می تواند مشخص کند مشکل از شرایط مکش است یا پمپ واقعاً آسیب داخلی دیده است. برای بررسی تخصصی پمپ هیدرولیک، هیدروموتور و انتخاب مدل جایگزین می توانید مشخصات پمپ، فشار کاری، دبی، نوع روغن و شرایط نصب دستگاه را در اختیار کارشناسان ما در دلکو صنعت قرار دهید تا قبل از خرید یا تعمیر، علت اصلی مشکل دقیق تر بررسی شود.