كيفية حدوث ما يعرف بالخلخلة Cavitation في التربينة الهيدروليكية Hydraulic Turbine ? وما هي مخاطرها ؟ وكيف يمكن تجنب حدوث هذه الظاهرة؟
وللاجابة على هذه الاسئلة علينا الرجوع قليلا لاستذكار المنحنى الذي يوضح العلاقة بين درجة الحرارة و دالة الفوضى او ((الانتروبي)) T-S Diagram
ومن تقسيم المنحنى السابق الى ثلاث مناطق:
- Subcooled Liquid وهي المنطقة التي يكون فيها المائع Fluid في حالة سائلة تماما.
- Wet Region وهي المنطقة التي يكون بها خليط Mixture من البخار و السائل .
- Superheated Vapor وهي المنطقة التي يكون فيها المائع في حالة غازية .
ويفصل بين هذه المناطق الثلاث منحنيان هما saturation liquid, saturation vapor curves .
وايضا للوصول الى معنى Cavitation يجب ان نطرح سؤال هام .
كيف يمكننا تحويل الماء من الحالة السائلة الى الحالة الغازية ؟
ببساطة يمكننا فعل ذلك عن طريق عملية التسخين Boilling وهي عملية تتم عن طريق رفع درجة حرارة الماء على سبيل المثال increasing the water temperature for example مع ثبات الضغط p= constant .
ولكن هناك طريقة اخرى الا وهي ال Cavitation او الخلخلة و هي تحدث عن طريق تقليل الضغط عند نفس درجة الحرارة.
ولكن ما هي مخاطرحدوث ظاهرة الخلخلة Cavitation ؟
المشكلة الكبرى هي تكون فقاعات Bubbles داخل المائع Fluid .
ولفهم خطورة هذه الفقاعات من الممكن ان تتخيل انك تقوم بنفخ بالون بالهواء حتى ازداد حجمها و امتلاءت على اخرها ومن ثم وضعت هذا البالون على الارض وضغط عليها بقدمك فجأة…
ماذا سيحدث!!
سوف تنفجر بقوة كبيرة بالطبع وهذا ما يحدث داخل المائع وعلى سطح ريشة التربينة الهيدروليكية Hydraulic Turbine Blade وللتوضيح نحن نعلم ان ريشة التربينة الهيدروليكية تاخذ شكل الايروفويل Airofoil ولقد درسنا من قبل توزيع الضغوط على سطح الايروفويل Pressure Distribution فهناك جانب يسمى بجانب الضغط Pressure Side وجانب اخر يسمى جانب الشفط Suction Side و يجب ان يكون دائما الضغط على جانب الضغط اعلى من ضغط جانب الشفط لي تتولد قوة دافعة للريشة مما يسبب الشغل Work الناتج عن التربينة.
المنحنى السابق يوضح ان توزيع الضغط على Suction Side SS يقل ليصل الى نقطة معينة ثم يزداد ليصل الى P2 اي ان مايحدث مع البالون يحدث مع الفقاعات Bubbles المتكونة بسبب الخلخلة Cavitation .
اذا كان P2<Pvapor فان المائع كلما قل الضغط دخل في منطقة Wet Region بحيث يتحول جزء كبير من المائع الى Vapor وعند وصول الضغط الى P vapor وبتالي تتكون فقاعات Bubbles التي يزداد حجمها تدريجيا ومع زيادة ضغط المائع بقوة تنفجر هذه الفقاعات وهي على سطح ريشة التربينة مما يؤدي الى حدوث كسور وشروخ في ريشات التربينة الهيدروليكية Hydraulic Turbine Blades وهذا يؤثر سلبيا على كفاءة التربينه.
والسؤال الهام الان هو كيف يمكن تفادي حدوث الخلخلة؟
والاجابة بكل بساطه هي جعل NPSHav اكبر من او يساوي NPSHcr حيث ان Avaliable Net Positive Suction Head يعبر عن الفرق ما بين P2 , Pvapor وبتعبير ادق وبمعادله رياضية NPSHav=10-z حيث ان z يعبر عن draft head .
ويمكننا التعبير عن NPSH ب Thoma Cavitation Factor وهو يعبر عن NPSH مقسوما على Total Head وعلى اساس هذا المعامل يتم تصميم التربينه الهيدروليكية .
وفي النهاية يجب تلافي ظاهرة الخلخلة Cavitation للحصول على اعلى كفاءة ممكنة.