Η σπηλαίωση είναι μια κρυφή απειλή για  κάθετη τουρμπίνα αντλία  λειτουργία, προκαλώντας κραδασμούς, θόρυβο και διάβρωση της πτερωτής που μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικές βλάβες. Ωστόσο, λόγω της μοναδικής δομής τους (μήκη άξονα έως δεκάδες μέτρα) και πολύπλοκης εγκατάστασης, η δοκιμή απόδοσης σπηλαίωσης (προσδιορισμός NPSHr) για κάθετες αντλίες στροβίλου δημιουργεί σημαντικές προκλήσεις.

I. Εξέδρα δοκιμής κλειστού βρόχου: Ακρίβεια έναντι χωρικών περιορισμών

1.Αρχές και διαδικασίες δοκιμής

• Βασικός Εξοπλισμός: Σύστημα κλειστού βρόχου (αντλία κενού, δεξαμενή σταθεροποιητή, ροόμετρο, αισθητήρες πίεσης) για ακριβή έλεγχο της πίεσης εισόδου.

• Διαδικασία:

· Διορθώστε την ταχύτητα και τον ρυθμό ροής της αντλίας.

· Μειώστε σταδιακά την πίεση εισόδου έως ότου η κεφαλή πέσει κατά 3% (σημείο ορισμού NPSHr).

· Καταγράψτε την κρίσιμη πίεση και υπολογίστε το NPSHr.

• Ακρίβεια δεδομένων: ±2%, συμβατή με τα πρότυπα ISO 5199.

2. Προκλήσεις για κάθετες αντλίες στροβίλου

• Περιορισμοί χώρου: Οι τυπικές βάσεις κλειστού βρόχου έχουν ≤5 m κατακόρυφο ύψος, ασυμβίβαστο με αντλίες μακριού άξονα (τυπικό μήκος άξονα: 10–30 m).

• Δυναμική Παραμόρφωση Συμπεριφοράς: Η βράχυνση των αξόνων αλλάζει τις κρίσιμες ταχύτητες και τους τρόπους δόνησης, παραμορφώνοντας τα αποτελέσματα των δοκιμών.

3. Εφαρμογές Βιομηχανίας

• Περιπτώσεις χρήσης: Αντλίες βαθιάς φρεατίου βραχείας ατράκτου (άξονας ≤5 m), πρωτότυπο R&D.

• Μελέτη περίπτωσης: Ένας κατασκευαστής αντλίας μείωσε το NPSHr κατά 22% μετά τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού της πτερωτής μέσω 200 δοκιμών κλειστού βρόχου.

II. Εξέδρα δοκιμών ανοιχτού βρόχου: Εξισορρόπηση ευελιξίας και ακρίβειας

1. Αρχές δοκιμής

• Ανοιχτό σύστημα:Χρησιμοποιεί διαφορές στάθμης υγρού δεξαμενής ή αντλίες κενού για τον έλεγχο της πίεσης εισόδου (πιο απλό αλλά λιγότερο ακριβές).

• Βασικές αναβαθμίσεις:

· Πομποί διαφορικής πίεσης υψηλής ακρίβειας (σφάλμα ≤0.1% FS).

· Ροόμετρα λέιζερ (±0.5% ακρίβεια) που αντικαθιστούν τους παραδοσιακούς μετρητές στροβίλου.

2. Προσαρμογές κάθετης αντλίας στροβίλου

• Προσομοίωση βαθιάς φρεατίου: Κατασκευάστε υπόγειους άξονες (βάθος ≥ μήκος άξονα αντλίας) για να αναπαράγετε τις συνθήκες βύθισης.

• Διόρθωση δεδομένων:Η μοντελοποίηση CFD αντισταθμίζει τις απώλειες πίεσης εισόδου που προκαλούνται από την αντίσταση του αγωγού.

III. Δοκιμή πεδίου: Επικύρωση σε πραγματικό κόσμο

1. Αρχές δοκιμής

• Λειτουργικές ρυθμίσεις: Ρυθμίστε την πίεση εισόδου μέσω στραγγαλισμού βαλβίδας ή αλλαγές ταχύτητας VFD για να προσδιορίσετε τα σημεία πτώσης κεφαλής.

• Τύπος κλειδιού:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Απαιτεί μέτρηση πίεσης εισόδου Pin, ταχύτητα vin και θερμοκρασία υγρού.)

Διαδικασία

Εγκαταστήστε αισθητήρες πίεσης υψηλής ακρίβειας στη φλάντζα εισόδου.

Κλείστε σταδιακά τις βαλβίδες εισόδου ενώ καταγράφετε τη ροή, την κεφαλή και την πίεση.

Σχεδιάστε την καμπύλη κεφαλής έναντι πίεσης εισόδου για να προσδιορίσετε το σημείο καμπής NPSHr.

2.Προκλήσεις και λύσεις

• Παράγοντες παρεμβολών:

· Δόνηση σωλήνα → Τοποθετήστε αντικραδασμικές βάσεις.

· Παραγωγή αερίου → Χρησιμοποιήστε ενσωματωμένες οθόνες περιεκτικότητας αερίου.

• Βελτιώσεις ακρίβειας:

· Μέσος όρος πολλαπλών μετρήσεων.

· Αναλύστε τα φάσματα δόνησης (η έναρξη της σπηλαίωσης ενεργοποιεί αιχμές ενέργειας 1–4 kHz).

IV. Κλιμακωμένη δοκιμή μοντέλου: Οικονομικά αποδοτικές πληροφορίες

1. Βάση Θεωρίας Ομοιότητας

•Νόμοι κλιμάκωσης: Διατήρηση συγκεκριμένης ταχύτητας ns. κλιμακώστε τις διαστάσεις της πτερωτής ως:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

•Σχεδίαση μοντέλου:  Αναλογίες κλίμακας 1:2 έως 1:5. επαναλαμβανόμενα υλικά και τραχύτητα επιφάνειας.

2. Πλεονεκτήματα κάθετης αντλίας στροβίλου

•Συμβατότητα χώρου: Τα μοντέλα με κοντό άξονα ταιριάζουν σε τυπικές δοκιμές.

•Εξοικονόμηση κόστους: Το κόστος δοκιμών μειώθηκε στο 10-20% των πρωτοτύπων πλήρους κλίμακας.

Πηγές σφαλμάτων και διορθώσεις

•Εφέ κλίμακας:  Αποκλίσεις αριθμών Reynolds → Εφαρμογή μοντέλων διόρθωσης στροβιλισμού.

• Τραχύτητα επιφάνειας:  Πολωνικά μοντέλα σε Ra≤0.8μm για αντιστάθμιση απωλειών τριβής.

V. Digital Simulation: Virtual Testing Revolution

1. Μοντελοποίηση CFD

•Διαδικασία:

Δημιουργήστε τρισδιάστατα μοντέλα πλήρους ροής.

Διαμορφώστε τα μοντέλα πολυφασικής ροής (νερό + ατμός) και σπηλαίωσης (π.χ. Schnerr-Sauer).

Επαναλάβετε μέχρι 3% πτώση κεφαλής. εξαγωγή NPSHr.

• Επικύρωση: Τα αποτελέσματα CFD δείχνουν ≤8% απόκλιση από τις φυσικές δοκιμές σε μελέτες περιπτώσεων.

2. Πρόβλεψη Μηχανικής Μάθησης

• Προσέγγιση βάσει δεδομένων:  Εκπαίδευση μοντέλων παλινδρόμησης σε ιστορικά δεδομένα. εισαγάγετε τις παραμέτρους του στροφείου (D2, β2, κ.λπ.) για την πρόβλεψη του NPSHr.

• Πλεονέκτημα: Εξαλείφει τις φυσικές δοκιμές, μειώνοντας τους κύκλους σχεδιασμού κατά 70%.

Συμπέρασμα: Από την "Εμπειρική Εικασία" στην "Ποσοτικοποιήσιμη Ακρίβεια"

Η δοκιμή σπηλαίωσης της κάθετης αντλίας στροβίλου πρέπει να ξεπεράσει την εσφαλμένη αντίληψη ότι "οι μοναδικές δομές αποκλείουν την ακριβή δοκιμή". Συνδυάζοντας εξέδρες κλειστού/ανοικτού βρόχου, δοκιμές πεδίου, κλιμακούμενα μοντέλα και ψηφιακές προσομοιώσεις, οι μηχανικοί μπορούν να ποσοτικοποιήσουν το NPSHr για να βελτιστοποιήσουν τα σχέδια και τις στρατηγικές συντήρησης. Καθώς οι υβριδικές δοκιμές και τα εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης προχωρούν, η επίτευξη πλήρους ορατότητας και ελέγχου της απόδοσης της σπηλαίωσης θα γίνει καθιερωμένη πρακτική.