Cavitatie is een verborgen bedreiging voor  verticale turbinepomp  De werking ervan veroorzaakt trillingen, lawaai en waaiererosie, wat kan leiden tot catastrofale storingen. Vanwege hun unieke structuur (aslengtes tot tientallen meters) en complexe installatie, vormen cavitatieprestatietests (NPSHr-bepaling) voor verticale turbinepompen echter aanzienlijke uitdagingen.

I. Gesloten-lus testbank: precisie versus ruimtelijke beperkingen

1. Testprincipes en -procedures

• Kernuitrusting: Gesloten systeem (vacuümpomp, stabilisatortank, flowmeter, druksensoren) voor nauwkeurige regeling van de inlaatdruk.

• Werkwijze:

· Pas de pompsnelheid en het debiet aan.

· Verlaag geleidelijk de inlaatdruk totdat de opvoerhoogte met 3% daalt (NPSHr-definitiepunt).

· Registreer de kritische druk en bereken NPSHr.

• Datanauwkeurigheid: ±2%, conform ISO 5199-normen.

2. Uitdagingen voor verticale turbinepompen

• Ruimtebeperkingen: Standaard gesloten lusinstallaties hebben een verticale hoogte van ≤ 5 m en zijn niet compatibel met pompen met lange schacht (typische schachtlengte: 10–30 m).

• Dynamische gedragsvervorming: het verkorten van assen verandert kritische snelheden en trillingsmodi, waardoor de testresultaten scheeftrekken.

3. Industrie toepassingen

• Gebruiksscenario's: Diepwaterpompen met korte schacht (schacht ≤ 5 m), prototype R&D.

• Casestudy: Een pompfabrikant verlaagde de NPSHr met 22% nadat hij het waaierontwerp had geoptimaliseerd via 200 gesloten-lustesten.

II. Open-loop testbank: balans tussen flexibiliteit en nauwkeurigheid

1. Testprincipes

• Open systeem:Maakt gebruik van niveauverschillen in tanks of vacuümpompen voor de regeling van de inlaatdruk (eenvoudiger, maar minder nauwkeurig).

• Belangrijkste upgrades:

· Hoognauwkeurige differentiële druktransmitters (fout ≤0.1% FS).

· Laserstroommeters (±0.5% nauwkeurigheid) vervangen traditionele turbinemeters.

2. Aanpassingen aan verticale turbinepompen

• Simulatie van diepe putten: bouw ondergrondse schachten (diepte ≥ lengte van de pompschacht) om de immersieomstandigheden te simuleren.

• Gegevenscorrectie:CFD-modellering compenseert voor inlaat-drukverliezen veroorzaakt door pijpleidingweerstand.

III. Veldtesten: validatie in de praktijk

1. Testprincipes

• Operationele aanpassingen: moduleer de inlaatdruk via klepregeling of wijzigingen in de VFD-snelheid om opvoerhoogtepunten te identificeren.

• Sleutelformule:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Hiervoor moeten de inlaatdruk (Pin), de snelheid (Vin) en de vloeistoftemperatuur worden gemeten.)

Procedure

Installeer zeer nauwkeurige druksensoren bij de inlaatflens.

Sluit de inlaatkleppen geleidelijk terwijl u de stroming, opvoerhoogte en druk registreert.

Zet de curve van de opvoerhoogte versus de inlaatdruk uit om het NPSHr-buigpunt te identificeren.

2. Uitdagingen en oplossingen

• Interferentiefactoren:

· Buistrillingen → Installeer trillingsdempers.

· Gasinvoer → Gebruik inline gasinhoudsmonitoren.

• Verbeterde nauwkeurigheid:

· Bereken het gemiddelde van meerdere metingen.

· Analyseer trillingsspectra (cavitatie veroorzaakt energiepieken van 1–4 kHz).

IV. Geschaalde modeltesten: kosteneffectieve inzichten

1. Basis van de gelijkenistheorie

•Schaalwetten: Behoud specifieke snelheid ns; schaal waaier afmetingen als:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

•Modelontwerp:  Schaalverhoudingen van 1:2 tot 1:5; repliceren materialen en oppervlakteruwheid.

2. Voordelen van verticale turbinepompen

•Ruimtecompatibiliteit: Modellen met korte schacht passen op standaard testbanken.

•Kostenbesparing: Testkosten verlaagd tot 10–20% van prototypes op ware grootte.

Foutbronnen en correcties

•Schaaleffecten:  Afwijkingen van het Reynoldsgetal → Toepassen van turbulentiecorrectiemodellen.

•Oppervlakteruwheid:  Poolse modellen tot Ra≤0.8μm om wrijvingsverliezen te compenseren.

V. Digitale simulatie: virtuele testrevolutie

1. CFD-modellering

•Proces:

Bouw 3D-modellen met volledige stroompaden.

Configureer multifase stromings- (water + damp) en cavitatiemodellen (bijv. Schnerr-Sauer).

Herhaal tot een opvoerhoogtedaling van 3%; extraheer NPSHr.

• Geldigmaking: CFD-resultaten tonen een afwijking van ≤8% ten opzichte van fysieke testen in casestudies.

2. Voorspelling door machinaal leren

• Datagestuurde aanpak:  Train regressiemodellen op historische gegevens; voer impellerparameters in (D2, β2, enz.) om NPSHr te voorspellen.

• Voordeel: Elimineert fysieke tests en verkort de ontwerpcycli met 70%.

Conclusie: van 'empirische gok' naar 'kwantificeerbare precisie'

Cavitatietesten met verticale turbinepompen moeten de misvatting overwinnen dat "unieke structuren nauwkeurige tests onmogelijk maken". Door gesloten/open-loop-opstellingen, veldtesten, schaalmodellen en digitale simulaties te combineren, kunnen ingenieurs de NPSHr kwantificeren om ontwerpen en onderhoudsstrategieën te optimaliseren. Naarmate hybride testen en AI-tools zich verder ontwikkelen, zal het verkrijgen van volledige zichtbaarheid en controle over de cavitatieprestaties standaardpraktijk worden.