La cavitació és una amenaça oculta  bomba de turbina vertical  funcionament, provocant vibracions, sorolls i erosió de l'impulsor que poden provocar fallades catastròfiques. Tanmateix, a causa de la seva estructura única (longituds d'eix de fins a desenes de metres) i la seva complexa instal·lació, les proves de rendiment de cavitació (determinació de NPSHr) per a bombes de turbina verticals plantegen reptes importants.

I. Equip de proves de bucle tancat: precisió vs. restriccions espacials

1.Principis i procediments de prova

• Equip bàsic: Sistema de bucle tancat (bomba de buit, dipòsit estabilitzador, cabalímetre, sensors de pressió) per a un control precís de la pressió d'entrada.

• Procediment:

· Fixar la velocitat i el cabal de la bomba.

· Reduïu gradualment la pressió d'entrada fins que la capçal baixi un 3% (punt de definició NPSHr).

· Registrar la pressió crítica i calcular NPSHr.

• Precisió de les dades: ±2%, conforme a les normes ISO 5199.

2. Reptes per a les bombes de turbina vertical

• Limitacions d'espai: les plataformes estàndard de bucle tancat tenen una alçada vertical ≤5 m, incompatible amb les bombes d'eix llarg (longitud típica de l'eix: 10–30 m).

• Distorsió del comportament dinàmic: l'escurçament dels eixos altera les velocitats crítiques i els modes de vibració, esbiaixant els resultats de les proves.

3. Aplicacions de la indústria

• Casos d'ús: Bombes de pou profund d'eix curt (eix ≤5 m), prototip d'R+D.

• Cas pràctic: un fabricant de bombes va reduir el NPSHr un 22% després d'optimitzar el disseny de l'impulsor mitjançant 200 proves de llaç tancat.

II. Plataforma de proves de bucle obert: equilibri entre flexibilitat i precisió

1. Principis de prova

• Sistema obert:Utilitza diferències de nivell de líquid del dipòsit o bombes de buit per al control de la pressió d'entrada (més senzill però menys preciso).

• Actualitzacions clau:

· Transmissors de pressió diferencial d'alta precisió (error ≤0.1% FS).

· Caudalímetres làser (±0.5% de precisió) que substitueixen els comptadors de turbina tradicionals.

2. Adaptacions de bombes de turbina vertical

• Simulació de pous profunds: construïu pous subterranis (profunditat ≥ longitud de l'eix de la bomba) per replicar les condicions d'immersió.

• Correcció de dades:El modelatge CFD compensa les pèrdues de pressió d'entrada causades per la resistència de la canonada.

III. Proves de camp: validació del món real

1. Principis de prova

• Ajustaments operatius: Moduleu la pressió d'entrada mitjançant l'acceleració de la vàlvula o els canvis de velocitat del VFD per identificar els punts de caiguda del capçal.

• Fórmula clau:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Requereix mesurar la pressió d'entrada del pin, la velocitat vin i la temperatura del fluid.)

Procediment

Instal·leu sensors de pressió d'alta precisió a la brida d'entrada.

Tanqueu gradualment les vàlvules d'entrada mentre registreu el cabal, la capçalera i la pressió.

Traceu el capçal en funció de la corba de pressió d'entrada per identificar el punt d'inflexió de NPSHr.

2.Reptes i solucions

• Factors d'interferència:

· Vibració de canonades → Instal·lar suports antivibració.

· Arrossegament de gas → Utilitzeu monitors de contingut de gas en línia.

• Millores de precisió:

· Mitjana de múltiples mesures.

· Analitzar espectres de vibració (l'inici de la cavitació provoca pics d'energia d'1 a 4 kHz).

IV. Proves de models reduïts: coneixements rendibles

1. Bases de la teoria de la semblança

•Lleis d'escala: Mantenir la velocitat específica ns; dimensions de l'impulsor a escala com:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Disseny del model:  Relacions d'escala 1:2 a 1:5; replicar els materials i la rugositat superficial.

2. Avantatges de la bomba de turbina vertical

•Compatibilitat espacial: Els models d'eix curt s'adapten als bancs de prova estàndard.

•Estalvi de costos: Els costos de prova es van reduir al 10-20% dels prototips a gran escala.

Fonts d'error i correccions

•Efectes d'escala:  Desviacions del nombre de Reynolds → Aplicar models de correcció de turbulències.

•Rugositat superficial:  Models polonesos a Ra≤0.8μm per compensar les pèrdues per fricció.

V. Simulació digital: la revolució de les proves virtuals

1. Modelatge CFD

•Procés:

Creeu models 3D de recorregut complet.

Configurar models de flux multifàsic (aigua + vapor) i cavitació (p. ex., Schnerr-Sauer).

Itera fins a un 3% de caiguda del cap; extreu NPSHr.

• Validació: Els resultats de CFD mostren una desviació ≤8% de les proves físiques en estudis de casos.

2. Predicció d'aprenentatge automàtic

• Enfocament basat en dades:  Entrenar models de regressió sobre dades històriques; paràmetres de l'impulsor d'entrada (D2, β2, etc.) per predir NPSHr.

• Avantatge: Elimina les proves físiques, reduint els cicles de disseny en un 70%.

Conclusió: de les "conjectures empíriques" a la "precisió quantificable"

Les proves de cavitació de la bomba de turbina vertical han de superar la idea errònia que "les estructures úniques impedeixen proves precises". En combinar equips de bucle tancat/obert, proves de camp, models a escala i simulacions digitals, els enginyers poden quantificar NPSHr per optimitzar els dissenys i les estratègies de manteniment. A mesura que avancin les proves híbrides i les eines d'IA, aconseguir una visibilitat total i un control sobre el rendiment de la cavitació es convertirà en una pràctica estàndard.