تشخيص التجويف

1. التعريف: ما هو التجويف؟

التجويف ظاهرة مدمرة تحدث في المضخات والأنظمة الهيدروليكية الأخرى. وهي التكون السريع والانهيار العنيف (الانفجار الداخلي) لفقاعات البخار في سائل. يحدث هذا عندما ينخفض الضغط الساكن للسائل عن ضغط بخاره.

على الرغم من وصفه غالبًا بأنه صوت "هسهسة" أو "صوت خشخشة الرخام"، فإن التجويف هو مصدر مهم لـ اهتزاز وقد يُسبب أضرارًا تآكلية شديدة لمُكرهات المضخات وأغلفتها. وهو مؤشر على وجود مشكلة هيدروليكية، وليست ميكانيكية، ولكن يُمكن اكتشافه بسهولة من خلال تحليل الاهتزازات.

2. نوعان من التجويف

أ) تجويف الشفط

هذا هو الشكل الأكثر شيوعًا للتجويف. يحدث عندما تكون المضخة "محرومة" من السوائل، أي أن رأس الشفط الإيجابي الصافي المتاح (NPSHa) أقل من رأس الشفط الإيجابي الصافي المطلوب (NPSHr) للمضخة.

• الآلية: يؤدي الضغط المنخفض عند عين المكره إلى غليان السائل، مُشكِّلاً فقاعات بخار. ومع انتقال هذه الفقاعات إلى مناطق الضغط الأعلى في ريش المكره، تنهار بعنف.
• الأسباب: مرشح شفط مسدود، أو صمام شفط مغلق جزئيًا، أو خط شفط طويل جدًا أو صغير جدًا في القطر، أو أن المضخة مطلوب منها رفع السائل من ارتفاع كبير جدًا.

ب) تجويف التفريغ

وهذا أقل شيوعًا ويحدث عندما يكون ضغط تفريغ المضخة مرتفعًا للغاية، مما يمنع السائل من التدفق خارج المضخة.

• الآلية: يُحتجز السائل بين ريش المكره، ويدور بسرعة عالية، مُكوّنًا منطقة فراغ منخفضة الضغط تتشكل فيها فقاعات. ثم تنفجر هذه الفقاعات عند خروجها من منطقة الضغط المنخفض.
• الأسباب: صمام تصريف مسدود أو مغلق، أو ضخ ضد "رأس ميت" (خط تصريف مسدود تمامًا).

3. التوقيع الاهتزازي للتجويف

الانفجار العنيف لآلاف فقاعات البخار الصغيرة لا يُنتج ترددًا واحدًا واضحًا، بل يُنشئ بصمة اهتزازية مميزة للغاية:

• ضوضاء النطاق العريض عالية التردد: المؤشر الأساسي للتجويف هو زيادة كبيرة في "مستوى الضوضاء" في FFT spectrum، خاصةً عند الترددات العالية (عادةً فوق ٢٠٠٠ هرتز). يظهر كـ"حدبة" من الطاقة العشوائية واسعة النطاق، وليس كذروات مميزة.
• عشوائي وغير مستقر: الاهتزاز عشوائي وغير دوري، ولذلك لا يُحدث قممًا حادة. ويمكن أن تتقلب السعة الكلية بشكل كبير.
• التوافقيات المحتملة لتردد تمرير الشفرة: في بعض الحالات، يمكن للطاقة العشوائية الناتجة عن التجويف أن تثير تردد مرور الشفرة (BPF = عدد الريش × سرعة الجري) وتوافقياتها، ولكن السمة المهيمنة ستظل هي مستوى الضوضاء ذات النطاق العريض.

إذا كان التجويف شديدًا، فقد يتسبب في حدوث أضرار ثانوية، مثل تآكل الدافع، مما قد يؤدي بعد ذلك إلى حدوث تلف ميكانيكي حقيقي. عدم التوازن، والتي ستظهر كذروة عالية 1X.

4. التأكيد

لأن بصمة الاهتزاز هي ضوضاء عشوائية، فقد يُخلط أحيانًا مع مصادر أخرى للاضطراب أو مشاكل التدفق. يمكن التأكد من ذلك من خلال:

• الاستماع: غالبًا ما ينتج التجويف صوتًا مسموعًا مميزًا مثل صوت الحصى أو الرخام الذي يتدحرج داخل المضخة.
• تغييرات العملية: في حال الاشتباه بوجود تجويف شفط، يُنصح بفتح صمام الشفط (إذا كان مغلقًا جزئيًا) أو تنظيف مصفاة الشفط ببطء وحرص، مما يُقلل أو يُزيل ضوضاء الاهتزازات عالية التردد فورًا. يُعد هذا اختبارًا تشخيصيًا فعالًا للغاية.

من المهم معالجة التجويف بسرعة، حيث تعمل الانفجارات مثل مطرقة نفاثة صغيرة، مما يؤدي إلى تآكل ريش المكره وحلزون المضخة، مما يؤدي إلى الفشل المبكر.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي