Кавитацията е скрита заплаха за  вертикална турбинна помпа  работа, което причинява вибрации, шум и ерозия на работното колело, което може да доведе до катастрофални повреди. Въпреки това, поради тяхната уникална структура (дължини на вала до десетки метри) и сложна инсталация, изпитването на кавитационни характеристики (определяне на NPSHr) за вертикални турбинни помпи поставя значителни предизвикателства.

I. Стенд за изпитване със затворен цикъл: Прецизност срещу пространствени ограничения

1. Принципи и процедури за тестване

• Основно оборудване: Система със затворен контур (вакуумна помпа, резервоар за стабилизатор, разходомер, сензори за налягане) за прецизен контрол на входното налягане.

• Процедура:

· Фиксирайте скоростта на помпата и дебита.

· Постепенно намалете входното налягане, докато напорът падне с 3% (точка на дефиниция на NPSHr).

· Запишете критичното налягане и изчислете NPSHr.

• Точност на данните: ±2%, в съответствие със стандартите ISO 5199.

2. Предизвикателства за вертикалните турбинни помпи

• Ограничения на пространството: Стандартните съоръжения със затворен контур имат ≤5 m вертикална височина, несъвместими с помпи с дълъг вал (типична дължина на вала: 10–30 m).

• Динамично изкривяване на поведението: Скъсяването на валовете променя критичните скорости и режимите на вибрации, изкривява резултатите от теста.

3. Индустриални приложения

• Случаи на употреба: помпи за дълбоки кладенци с къс вал (вал ≤5 m), прототип за R&D.

• Казус от практиката: Производител на помпа намали NPSHr с 22% след оптимизиране на дизайна на работното колело чрез 200 теста със затворен цикъл.

II. Изпитвателно устройство с отворен цикъл: балансиране на гъвкавост и точност

1. Принципи на тестване

• Отворена система:Използва разлики в нивото на течността в резервоара или вакуумни помпи за контрол на входното налягане (по-просто, но по-малко прецизно).

• Ключови надстройки:

· Трансмитери за диференциално налягане с висока точност (грешка ≤0.1% FS).

· Лазерни разходомери (±0.5% точност), които заменят традиционните турбинни измервателни уреди.

2. Адаптиране на вертикална турбинна помпа

• Симулация на дълбоки кладенци: Изградете подземни шахти (дълбочина ≥ дължина на шахтата на помпата), за да възпроизведете условията на потапяне.

• Корекция на данни:CFD моделирането компенсира загубите на входно налягане, причинени от съпротивлението на тръбопровода.

III. Полеви тестове: Валидиране в реалния свят

1. Принципи на тестване

• Оперативни настройки: Модулирайте входното налягане чрез дроселиране на клапана или промени в скоростта на VFD, за да идентифицирате точките на падане на главата.

• Ключова формула:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Изисква измерване на входното налягане Pin, скорост vin и температура на течността.)

Процедура

Монтирайте сензори за налягане с висока точност на входния фланец.

Постепенно затворете входящите клапани, докато записвате потока, напора и налягането.

Начертайте кривата на напор спрямо входно налягане, за да идентифицирате инфлексната точка на NPSHr.

2.Предизвикателства и решения

• Фактори на смущение:

· Вибрация на тръбата → Инсталирайте антивибрационни стойки.

· Улавяне на газ → Използвайте вградени монитори за съдържание на газ.

• Подобрения на точността:

· Осреднете множество измервания.

· Анализирайте вибрационните спектри (появата на кавитация задейства 1–4 kHz енергийни пикове).

IV. Тестване на умален модел: рентабилни прозрения

1. Основа на теорията на подобието

• Закони за мащабиране: Поддържа специфична скорост ns; размери на работното колело като:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Дизайн на модела:  съотношения на мащаба от 1:2 до 1:5; възпроизвеждане на материали и грапавост на повърхността.

2. Предимства на вертикалната турбинна помпа

•Космическа съвместимост: Моделите с къс вал пасват на стандартни тестови стенди.

•Икономии на разходи: Разходите за тестване са намалени до 10–20% от прототипите в пълен мащаб.

Източници на грешки и корекции

• Мащабни ефекти:  Отклонения на числото на Рейнолдс → Прилагане на модели за корекция на турбулентността.

• Грапавост на повърхността:  Полски модели до Ra≤0.8μm за компенсиране на загубите от триене.

V. Цифрова симулация: Революция във виртуалното тестване

1. CFD моделиране

• Процес:

Изградете 3D модели с пълен поток.

Конфигурирайте модели на многофазен поток (вода + пара) и кавитация (напр. Schnerr-Sauer).

Повторете до 3% падане на главата; екстракт NPSHr.

• Валидиране: Резултатите от CFD показват ≤8% отклонение от физическите тестове в казуси.

2. Прогноза за машинно обучение

• Подход, управляван от данни:  Обучение на регресионни модели върху исторически данни; входни параметри на работното колело (D2, β2 и т.н.) за прогнозиране на NPSHr.

• Предимство: Елиминира физическите тестове, намалявайки циклите на проектиране със 70%.

Заключение: От „емпирични догадки“ до „количествено измерима точност“

Тестването на кавитация на вертикална турбинна помпа трябва да преодолее погрешното схващане, че „уникалните структури изключват точното тестване“. Чрез комбиниране на съоръжения със затворен/отворен цикъл, полеви тестове, мащабирани модели и цифрови симулации, инженерите могат да определят количествено NPSHr, за да оптимизират дизайна и стратегиите за поддръжка. С напредването на хибридното тестване и инструментите за изкуствен интелект постигането на пълна видимост и контрол върху ефективността на кавитацията ще стане стандартна практика.