Kavitatsioon on varjatud oht  vertikaalne turbiinpump  töö, põhjustades vibratsiooni, müra ja tiiviku erosiooni, mis võib põhjustada katastroofilisi rikkeid. Kuid tänu nende ainulaadsele struktuurile (võlli pikkused kuni kümned meetrid) ja keeruka paigalduse tõttu seab vertikaalsete turbiinpumpade kavitatsiooni jõudluse testimine (NPSHr määramine) olulisi väljakutseid.

I. Suletud ahelaga katseseade: täpsus vs ruumilised piirangud

1.Testimise põhimõtted ja protseduurid

• Põhivarustus: Suletud ahelaga süsteem (vaakumpump, stabilisaatoripaak, vooluhulgamõõtur, rõhuandurid) sisendrõhu täpseks reguleerimiseks.

• Menetlus:

· Määrake pumba kiirus ja voolukiirus.

· Vähendage järk-järgult sisselaskerõhku, kuni rõhk langeb 3% (NPSHr määratluspunkt).

· Registreerige kriitiline rõhk ja arvutage NPSHr.

• Andmete täpsus: ±2%, vastab ISO 5199 standarditele.

2. Väljakutsed vertikaalsete turbiinpumpade jaoks

• Ruumipiirangud: standardsete suletud ahelaga platvormide vertikaalne kõrgus on ≤5 m, mis ei sobi kokku pika võlliga pumpadega (tüüpiline võlli pikkus: 10–30 m).

• Dünaamiline käitumismoonutus: võllide lühendamine muudab kriitilisi kiirusi ja vibratsioonirežiime, moonutab katsetulemusi.

3. Tööstusrakendused

• Kasutusjuhtumid: Lühivõlliga süvakaevude pumbad (võll ≤5 m), uurimis- ja arendustegevuse prototüüp.

• Juhtumiuuring: pumba tootja vähendas NPSHr-i 22% pärast tiiviku konstruktsiooni optimeerimist 200 suletud ahela testiga.

II. Avatud ahelaga katseseade: paindlikkuse ja täpsuse tasakaalustamine

1. Testimise põhimõtted

• Avatud süsteem:Kasutab paagi vedeliku taseme erinevusi või vaakumpumpasid sisendrõhu reguleerimiseks (lihtsam, kuid vähem täpne).

• Peamised uuendused:

· Suure täpsusega diferentsiaalrõhu saatjad (viga ≤0.1% FS).

· Laservoolumõõturid (±0.5% täpsusega), mis asendavad traditsioonilisi turbiinmõõtjaid.

2. Vertikaalsed turbiinpumba kohandused

• Sügava kaevu simulatsioon: ehitage maa-alused šahtid (sügavus ≥ pumba võlli pikkus), et korrata sukeldustingimusi.

• Andmete korrigeerimine:CFD modelleerimine kompenseerib torujuhtme takistusest põhjustatud sisselaskerõhukadusid.

III. Välitestimine: reaalmaailma valideerimine

1. Testimise põhimõtted

• Toimimisregulatsioonid: reguleerige sisselaskerõhku klapi drosseliga või VFD kiiruse muutmisega, et tuvastada pea langemispunktid.

• Võtmevalem:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Nõuab sisselaskerõhu mõõtmist Pin, kiiruse vin ja vedeliku temperatuuri.)

Menetlus

Paigaldage sisselaskeäärikule suure täpsusega rõhuandurid.

Sulgege sisselaskeventiilid järk-järgult, registreerides samal ajal voolu, kõrguse ja rõhu.

Joonistage NPSHr pöördepunkti tuvastamiseks pea vs. sisselaskerõhu kõver.

2. Väljakutsed ja lahendused

• Häiretegurid:

· Torude vibratsioon → Paigaldage vibratsioonivastased alused.

· Gaasi kaasahaaramine → Kasutage sisseehitatud gaasisisalduse monitore.

• Täpsuse täiustused:

· Mitme mõõtmise keskmine.

· Analüüsida vibratsioonispektreid (kavitatsiooni algus vallandab 1–4 kHz energiakõrgused).

IV. Vähendatud mudeli testimine: kulutõhus ülevaade

1. Sarnasusteooria alused

• Skaleerimise seadused: Spetsiifilise kiiruse ns säilitamine; tiiviku mõõtmed on järgmised:

· QmQ=(DmD)3, HmH=(DmD)2

• Mudeli disain:  1:2 kuni 1:5 mõõtkava suhted; kopeerida materjale ja pinna karedust.

2. Vertikaalse turbiinpumba eelised

• Ruumi ühilduvus: Lühivõlliga mudelid sobivad standardsetele katseseadmetele.

• Kulude kokkuhoid: Testimiskulud vähenesid 10–20% täismahus prototüüpidest.

Vigade allikad ja parandused

• Skaalaefektid:  Reynoldsi arvu hälbed → Rakenda turbulentsi korrigeerimise mudeleid.

• Pinna karedus:  Poola mudelid Ra≤0.8μm-ni, et kompenseerida hõõrdekadusid.

V. Digitaalne simulatsioon: virtuaalse testimise revolutsioon

1. CFD modelleerimine

• Protsess:

Looge täisvoolu 3D-mudeleid.

Mitmefaasilise voolu (vesi + aur) ja kavitatsioonimudelite (nt Schnerr-Sauer) seadistamine.

Korda kuni 3% pea languseni; ekstrakt NPSHr .

• Valideerimine: CFD tulemused näitavad juhtumiuuringutes ≤8% kõrvalekallet füüsilistest testidest.

2. Masinõppe ennustamine

• Andmepõhine lähenemine:  Treenige ajalooliste andmete regressioonimudeleid; sisendtiiviku parameetrid (D2, β2 jne) NPSHr ennustamiseks.

• Eelised: Välistab füüsilise testimise, vähendades projekteerimistsükleid 70%.

Järeldus: "empiirilisest arvamisest" kuni "kvantifitseeritava täpsuseni"

Vertikaalse turbiinpumba kavitatsiooni testimine peab ületama väärarusaama, et "unikaalsed struktuurid välistavad täpse testimise". Kombineerides suletud/avatud ahelaga platvorme, välikatseid, skaleeritud mudeleid ja digitaalseid simulatsioone, saavad insenerid mõõta NPSHr-i, et optimeerida konstruktsioone ja hooldusstrateegiaid. Hübriidtestimise ja tehisintellekti tööriistade edenedes muutub täieliku nähtavuse saavutamine ja kavitatsiooni jõudluse kontroll tavapäraseks tavaks.