A cavitación é unha ameaza oculta para  bomba de turbina vertical  funcionamento, provocando vibracións, ruídos e erosión do impulsor que poden provocar fallos catastróficos. Non obstante, debido á súa estrutura única (longitudes de eixe de ata decenas de metros) e instalación complexa, as probas de rendemento de cavitación (determinación de NPSHr) para bombas de turbina verticais presentan importantes desafíos.

I. Plataforma de proba de bucle pechado: precisión vs. restricións espaciais

1.Principios e procedementos de proba

• Equipo básico: Sistema de bucle pechado (bomba de baleiro, tanque estabilizador, caudalímetro, sensores de presión) para un control preciso da presión de entrada.

• Procedemento:

· Fixar velocidade e caudal da bomba.

· Reducir gradualmente a presión de entrada ata que a cabeza caia un 3% (punto de definición NPSHr).

· Rexistrar presión crítica e calcular NPSHr.

• Precisión dos datos: ±2%, conforme ás normas ISO 5199.

2. Retos para as bombas de turbina verticais

• Limitacións de espazo: as plataformas estándar de bucle pechado teñen unha altura vertical ≤5 m, incompatible con bombas de eixe longo (longitude típica do eixe: 10–30 m).

• Distorsión dinámica do comportamento: acurtar os eixes altera as velocidades críticas e os modos de vibración, sesgando os resultados das probas.

3. Aplicacións industriais

• Casos de uso: Bombas de pozo profundo de eixe curto (eixe ≤5 m), prototipo de I+D.

• Estudo de caso: un fabricante de bombas reduciu o NPSHr nun 22% despois de optimizar o deseño do impulsor mediante 200 probas de lazo pechado.

II. Plataforma de proba de bucle aberto: equilibrio entre flexibilidade e precisión

1. Principios de proba

• Sistema aberto:Utiliza diferenzas de nivel de líquido do tanque ou bombas de baleiro para o control da presión de entrada (máis sinxelo pero menos preciso).

• Actualizacións clave:

· Transmisores de presión diferencial de alta precisión (erro ≤0.1% FS).

· Caudalímetros láser (±0.5% de precisión) que substitúen os medidores de turbina tradicionais.

2. Adaptacións de bombas de turbina verticais

• Simulación de pozos profundos: constrúe pozos subterráneos (profundidade ≥ lonxitude do pozo da bomba) para reproducir as condicións de inmersión.

• Corrección de datos:O modelado CFD compensa as perdas de presión de entrada causadas pola resistencia da canalización.

III. Probas de campo: Validación do mundo real

1. Principios de proba

• Axustes operacionais: Module a presión de entrada mediante o estrangulamento da válvula ou os cambios de velocidade do VFD para identificar os puntos de caída de cabeza.

• Fórmula clave:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Require medir a presión de entrada Pin, velocidade vin e temperatura do fluído.)

Procedemento

Instale sensores de presión de alta precisión na brida de entrada.

Pecha gradualmente as válvulas de entrada mentres rexistras o caudal, a altura e a presión.

Trace a curva de presión de entrada en función da cabeza para identificar o punto de inflexión de NPSHr.

2.Retos e solucións

• Factores de interferencia:

· Vibración do tubo → Instalar soportes antivibratorios.

· Arrastre de gas → Use monitores de contido de gas en liña.

• Melloras da precisión:

· Media de varias medidas.

· Analizar os espectros de vibración (o inicio da cavitación desencadea picos de enerxía de 1–4 kHz).

IV. Probas de modelos reducidos: perspectivas rendibles

1. Bases da teoría da semellanza

•Leis de escala: Manter a velocidade específica ns; dimensións do impulsor de escala como:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Deseño do modelo:  Relacións de escala 1:2 a 1:5; replicación de materiais e rugosidade superficial.

2. Vantaxes da bomba de turbina vertical

•Compatibilidade espacial: Os modelos de eixe curto encaixan en bancos de proba estándar.

•Aforro de custos: Custos de proba reducidos a un 10-20% dos prototipos a gran escala.

Fontes de erros e correccións

•Efectos de escala:  Desviacións do número de Reynolds → Aplicar modelos de corrección de turbulencias.

•Rugosidade da superficie:  Modelos polacos a Ra≤0.8μm para compensar as perdas por fricción.

V. Simulación dixital: Revolución das probas virtuais

1. Modelado CFD

•Proceso:

Constrúe modelos 3D de fluxo completo.

Configure modelos de fluxo multifásico (auga + vapor) e cavitación (por exemplo, Schnerr-Sauer).

Iterar ata un 3% de caída de cabeza; extraer NPSHr.

• Validación: Os resultados de CFD mostran unha desviación ≤8% das probas físicas nos estudos de casos.

2. Predición de aprendizaxe automática

• Enfoque baseado en datos:  Adestrar modelos de regresión sobre datos históricos; parámetros do impulsor de entrada (D2, β2, etc.) para predecir NPSHr.

• Vantaxe: Elimina as probas físicas, recortando os ciclos de deseño nun 70%.

Conclusión: da "conxectura empírica" ​​á "precisión cuantificable"

As probas de cavitación da bomba de turbina vertical deben superar a idea errónea de que "as estruturas únicas impiden probas precisas". Ao combinar plataformas de bucle pechado/aberto, probas de campo, modelos a escala e simulacións dixitais, os enxeñeiros poden cuantificar NPSHr para optimizar deseños e estratexias de mantemento. A medida que avanzan as probas híbridas e as ferramentas de intelixencia artificial, conseguir unha visibilidade e un control total sobre o rendemento da cavitación converterase nunha práctica estándar.