Kavitation er en skjult trussel mod  vertikal turbinepumpe  drift, hvilket forårsager vibrationer, støj og impellererosion, der kan føre til katastrofale fejl. Men på grund af deres unikke struktur (aksellængder op til snesevis af meter) og komplekse installation, udgør kavitationsydelsestest (NPSHr-bestemmelse) for vertikale turbinepumper betydelige udfordringer.

I. Closed-Loop Test Rig: Præcision vs. Spatial Constraints

1.Prøvningsprincipper og -procedurer

• Kerneudstyr: Lukket sløjfesystem (vakuumpumpe, stabilisatortank, flowmåler, tryksensorer) til præcis indløbstrykregulering.

• Fremgangsmåde:

· Fastgør pumpehastighed og flowhastighed.

· Reducer gradvist indløbstrykket, indtil løftehøjden falder med 3 % (NPSHr definition point).

· Registrer kritisk tryk og beregn NPSHr.

• Datanøjagtighed: ±2%, i overensstemmelse med ISO 5199-standarder.

2. Udfordringer for vertikale turbinepumper

• Pladsbegrænsninger: Standardrigge med lukket sløjfe har ≤5 m lodret højde, inkompatible med langakslede pumper (typisk aksellængde: 10–30 m).

• Dynamisk adfærdsforvrængning: Afkortning af aksler ændrer kritiske hastigheder og vibrationstilstande, hvilket skæver testresultater.

3. Industriapplikationer

• Use Cases: Kortakslede dybbrøndspumper (aksel ≤5 m), prototype R&D.

• Casestudie: En pumpeproducent reducerede NPSHr med 22 % efter at have optimeret pumpehjulsdesignet via 200 lukket sløjfetest.

II. Open-loop testrig: Afbalancerer fleksibilitet og nøjagtighed

1. Testprincipper

• Åbent system:Bruger tankvæskeniveauforskelle eller vakuumpumper til regulering af indløbstryk (enklere men mindre præcis).

• Nøgleopgraderinger:

· Højnøjagtige differenstryktransmittere (fejl ≤0.1% FS).

· Laserflowmålere (±0.5% nøjagtighed) erstatter traditionelle turbinemålere.

2. Lodrette turbinepumpetilpasninger

• Dybbrøndssimulering: Konstruer underjordiske aksler (dybde ≥ pumpeaksellængde) for at kopiere nedsænkningsforhold.

• Datakorrektion:CFD-modellering kompenserer for indløbstryktab forårsaget af rørledningsmodstand.

III. Felttest: Real-World Validation

1. Testprincipper

• Driftsjusteringer: Moduler indløbstrykket via ventilregulering eller VFD-hastighedsændringer for at identificere hovedfaldspunkter.

• Nøgleformel:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Kræver måling af indløbstryk Pin, hastighed vin og væsketemperatur.)

Procedure

Installer tryksensorer med høj nøjagtighed ved indløbsflangen.

Luk gradvist indløbsventilerne, mens flow, løftehøjde og tryk registreres.

Plot hoved vs. indløbstrykkurve for at identificere NPSHr-bøjningspunktet.

2.Udfordringer og løsninger

• Interferensfaktorer:

· Rørvibration → Installer antivibrationsbeslag.

· Gasindblæsning → Brug inline gasindholdsmonitorer.

• Nøjagtighedsforbedringer:

· Gennemsnit af flere målinger.

· Analyser vibrationsspektre (kavitationsstart udløser 1-4 kHz energispidser).

IV. Nedskaleret modeltestning: omkostningseffektiv indsigt

1. Similarity Theory Basis

•Skaleringslove: Oprethold specifik hastighed ns; skala pumpehjulets dimensioner som:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Modeldesign:  1:2 til 1:5 skalaforhold; kopiere materialer og overfladeruhed.

2. Fordele ved lodret turbinepumpe

• Rumkompatibilitet: Modeller med kort aksel passer til standard testrigge.

•Omkostningsbesparelser: Testomkostninger reduceret til 10-20 % af fuldskala prototyper.

Fejlkilder og rettelser

•Skalaeffekter:  Reynolds talafvigelser → Anvend turbulenskorrektionsmodeller.

•Overfladeruhed:  Polske modeller til Ra≤0.8μm for at udligne friktionstab.

V. Digital simulering: Virtuel testrevolution

1. CFD-modellering

•Behandle:

Byg 3D-modeller med fuld flow.

Konfigurer multifase flow (vand + damp) og kavitationsmodeller (f.eks. Schnerr-Sauer).

Gentag indtil 3 % hovedfald; ekstrahere NPSHr.

• Validering: CFD-resultater viser ≤8 % afvigelse fra fysiske tests i casestudier.

2. Maskinlæringsforudsigelse

• Datadrevet tilgang:  Træn regressionsmodeller på historiske data; input impeller-parametre (D2, β2, etc.) for at forudsige NPSHr.

• Fordel: Eliminerer fysisk testning, skærer designcyklusser med 70 %.

Konklusion: Fra "empirisk gætværk" til "kvantificerbar præcision"

Kavitationstestning af lodrette turbinepumper skal overvinde den misforståelse, at "unikke strukturer udelukker nøjagtig test." Ved at kombinere lukkede/åben sløjfe rigge, felttest, skalerede modeller og digitale simuleringer kan ingeniører kvantificere NPSHr for at optimere design og vedligeholdelsesstrategier. Efterhånden som hybridtestning og AI-værktøjer udvikler sig, vil opnåelse af fuld synlighed og kontrol over kavitationsydelse blive standardpraksis.