Kavitacija je skrivena prijetnja  vertikalna turbinska pumpa  rada, uzrokujući vibracije, buku i eroziju impelera što može dovesti do katastrofalnih kvarova. Međutim, zbog njihove jedinstvene strukture (dužine osovine do nekoliko desetaka metara) i složene instalacije, ispitivanje performansi kavitacije (određivanje NPSHr) za vertikalne turbinske pumpe predstavlja značajan izazov.

I. Uređaj za ispitivanje zatvorene petlje: Preciznost u odnosu na prostorna ograničenja

1. Načela i postupci testiranja

• Osnovna oprema: Sustav zatvorene petlje (vakuumska pumpa, spremnik stabilizatora, mjerač protoka, senzori tlaka) za preciznu kontrolu ulaznog tlaka.

• Postupak:

· Fiksirajte brzinu pumpe i protok.

· Postupno smanjite ulazni tlak dok visina ne padne za 3% (točka definicije NPSHr).

· Zabilježite kritični tlak i izračunajte NPSHr.

• Točnost podataka: ±2%, u skladu sa standardima ISO 5199.

2. Izazovi za vertikalne turbinske pumpe

• Ograničenja prostora: Standardna postrojenja zatvorene petlje imaju ≤5 m vertikalne visine, nekompatibilna s pumpama s dugom osovinom (uobičajena duljina osovine: 10–30 m).

• Izobličenje dinamičkog ponašanja: skraćivanje osovina mijenja kritične brzine i načine vibracija, iskrivljavanje rezultata ispitivanja.

3. Primjene u industriji

• Slučajevi uporabe: Pumpe za duboke bunare s kratkom osovinom (osovina ≤5 m), istraživanje i razvoj prototipa.

• Studija slučaja: Proizvođač crpke smanjio je NPSHr za 22% nakon optimizacije dizajna impelera putem 200 testova zatvorene petlje.

II. Uređaj za ispitivanje otvorene petlje: balansiranje fleksibilnosti i točnosti

1. Načela testiranja

• Otvoreni sustav:Koristi razlike u razini tekućine u spremniku ili vakuumske pumpe za kontrolu ulaznog tlaka (jednostavnije, ali manje precizno).

• Ključne nadogradnje:

· Transmiteri diferencijalnog tlaka visoke točnosti (pogreška ≤0.1% FS).

· Laserski mjerači protoka (±0.5% točnosti) koji zamjenjuju tradicionalne turbinske mjerače.

2. Prilagodbe vertikalne turbinske pumpe

• Simulacija duboke bušotine: Izgradite podzemna okna (dubina ≥ duljina vratila crpke) za repliciranje uvjeta uranjanja.

• Ispravak podataka:CFD modeliranje kompenzira gubitke ulaznog tlaka uzrokovane otporom cjevovoda.

III. Testiranje na terenu: Provjera u stvarnom svijetu

1. Načela testiranja

• Radne prilagodbe: Modulirajte ulazni tlak putem prigušnice ventila ili promjenama brzine VFD-a kako biste identificirali točke pada visine.

• Ključna formula:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Zahtijeva mjerenje ulaznog tlaka Pin, brzine vin i temperature tekućine.)

Postupak

Ugradite senzore tlaka visoke točnosti na ulaznu prirubnicu.

Postupno zatvorite ulazne ventile dok bilježite protok, visinu i tlak.

Nacrtajte krivulju visine i ulaznog tlaka kako biste identificirali točku infleksije NPSHr.

2. Izazovi i rješenja

• Čimbenici smetnje:

· Vibracija cijevi → Ugradite antivibracijske nosače.

· Uvlačenje plina → Koristite ugrađene monitore sadržaja plina.

• Poboljšanja točnosti:

· Prosjek višestrukih mjerenja.

· Analizirajte spektre vibracija (početak kavitacije izaziva energetske skokove od 1–4 kHz).

IV. Testiranje smanjenog modela: Isplativi uvidi

1. Osnova teorije sličnosti

• Zakoni skaliranja: Održavati specifičnu brzinu ns; dimenzije impelera kao:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Dizajn modela:  omjeri mjerila 1:2 do 1:5; replicirati materijale i hrapavost površine.

2. Prednosti vertikalne turbinske pumpe

•Kompatibilnost prostora: Modeli s kratkim vratilom odgovaraju standardnim ispitnim uređajima.

• Ušteda troškova: Troškovi testiranja smanjeni su na 10–20% prototipa u punoj veličini.

Izvori grešaka i ispravci

• Efekti skale:  Odstupanja Reynoldsovog broja → Primijenite modele korekcije turbulencije.

• Hrapavost površine:  Poljski modeli na Ra≤0.8μm za nadoknadu gubitaka zbog trenja.

V. Digitalna simulacija: virtualna revolucija testiranja

1. CFD modeliranje

•Proces:

Izradite 3D modele punog protoka.

Konfigurirajte modele višefaznog toka (voda + para) i kavitacije (npr. Schnerr-Sauer).

Ponavljajte do pada glave od 3%; ekstrakt NPSHr .

• Validacija: CFD rezultati pokazuju ≤8% odstupanja od fizičkih testova u studijama slučaja.

2. Predviđanje strojnog učenja

• Pristup temeljen na podacima:  Obučiti regresijske modele na povijesnim podacima; ulazni parametri impelera (D2, β2, itd.) za predviđanje NPSHr.

• Prednost: Eliminira fizičko testiranje, skraćujući cikluse dizajna za 70%.

Zaključak: od "empirijskog nagađanja" do "mjerljive preciznosti"

Ispitivanje kavitacije vertikalne turbinske pumpe mora prevladati zabludu da "jedinstvene strukture onemogućuju točno ispitivanje". Kombiniranjem zatvorenih/otvorenih postrojenja, testova na terenu, skaliranih modela i digitalnih simulacija, inženjeri mogu kvantificirati NPSHr kako bi optimizirali dizajne i strategije održavanja. Kako hibridno testiranje i AI alati budu napredovali, postizanje potpune vidljivosti i kontrole nad izvedbom kavitacije postat će standardna praksa.