La cavitazione è una minaccia nascosta per  pompa a turbina verticale  funzionamento, causando vibrazioni, rumore ed erosione della girante che possono portare a guasti catastrofici. Tuttavia, a causa della loro struttura unica (alberi lunghi fino a decine di metri) e della complessità dell'installazione, i test delle prestazioni di cavitazione (determinazione del NPSHr) per le pompe a turbina verticale pongono sfide significative.

I. Banco di prova a circuito chiuso: precisione vs. vincoli spaziali

1. Principi e procedure di test

• Attrezzatura di base: Sistema a circuito chiuso (pompa per vuoto, serbatoio stabilizzatore, misuratore di portata, sensori di pressione) per un controllo preciso della pressione di ingresso.

• Procedura:

· Correggere la velocità e la portata della pompa.

· Ridurre gradualmente la pressione di ingresso fino a quando la prevalenza non scende del 3% (punto di definizione NPSHr).

· Registrare la pressione critica e calcolare l'NPSHr.

• Precisione dei dati: ±2%, conforme agli standard ISO 5199.

2. Sfide per le pompe a turbina verticale

• Limitazioni di spazio: le piattaforme standard a circuito chiuso hanno un'altezza verticale ≤5 m, incompatibile con le pompe a gambo lungo (lunghezza tipica del gambo: 10–30 m).

• Distorsione del comportamento dinamico: l'accorciamento degli alberi altera le velocità critiche e le modalità di vibrazione, alterando i risultati dei test.

3. Applicazioni del settore

• Casi d'uso: pompe per pozzi profondi a gambo corto (pozzo ≤5 m), ricerca e sviluppo di prototipi.

• Caso di studio: un produttore di pompe ha ridotto l'NPSHr del 22% dopo aver ottimizzato la progettazione della girante tramite 200 test a circuito chiuso.

II. Banco di prova a circuito aperto: bilanciamento di flessibilità e precisione

1. Principi di test

• Sistema aperto:Utilizza differenze di livello del liquido nel serbatoio o pompe a vuoto per il controllo della pressione di ingresso (più semplice ma meno preciso).

• Aggiornamenti chiave:

· Trasmettitori di pressione differenziale ad alta precisione (errore ≤0.1% FS).

· Flussimetri laser (precisione ±0.5%) in sostituzione dei tradizionali misuratori a turbina.

2. Adattamenti della pompa a turbina verticale

• Simulazione di pozzi profondi: costruzione di pozzi sotterranei (profondità ≥ lunghezza del pozzo della pompa) per replicare le condizioni di immersione.

• Correzione dei dati:La modellazione CFD compensa le perdite di pressione in ingresso causate dalla resistenza della tubazione.

III. Test sul campo: convalida nel mondo reale

1. Principi di test

• Regolazioni operative: modulare la pressione di ingresso tramite la strozzatura della valvola o le variazioni di velocità del VFD per identificare i punti di caduta di pressione.

• Formula chiave:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Richiede la misurazione della pressione di ingresso Pin, della velocità vin e della temperatura del fluido.)

Procedura

Installare sensori di pressione ad alta precisione sulla flangia di ingresso.

Chiudere gradualmente le valvole di ingresso registrando portata, prevalenza e pressione.

Rappresentare graficamente la curva della pressione di mandata rispetto alla pressione di ingresso per identificare il punto di inflessione dell'NPSHr.

2. Sfide e soluzioni

• Fattori di interferenza:

· Vibrazioni delle tubazioni → Installare supporti antivibranti.

· Trascinamento del gas → Utilizzare monitor del contenuto di gas in linea.

• Miglioramenti della precisione:

· Calcola la media di più misurazioni.

· Analizzare gli spettri delle vibrazioni (l'inizio della cavitazione innesca picchi di energia da 1 a 4 kHz).

IV. Test di modelli ridotti: approfondimenti convenienti

1. Basi della teoria della similarità

•Leggi di scala: Mantenere la velocità specifica ns; scalare le dimensioni della girante come:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

•Progettazione del modello:  Rapporti di scala da 1:2 a 1:5; riproducono i materiali e la rugosità delle superfici.

2. Vantaggi della pompa a turbina verticale

• Compatibilità spaziale: I modelli ad albero corto sono adatti ai banchi di prova standard.

•Risparmio sui costi: Costi di collaudo ridotti al 10-20% rispetto ai prototipi a grandezza naturale.

Fonti di errore e correzioni

•Effetti di scala:  Deviazioni del numero di Reynolds → Applicare modelli di correzione della turbolenza.

•Rugosità superficiale:  Modelli polacchi a Ra≤0.8μm per compensare le perdite per attrito.

V. Simulazione digitale: rivoluzione dei test virtuali

1. Modellazione CFD

•Processo:

Costruisci modelli 3D con percorso completo del flusso.

Configurare modelli di flusso multifase (acqua + vapore) e di cavitazione (ad esempio, Schnerr-Sauer).

Procedere fino al calo del carico del 3%; estrarre NPSHr.

• Validazione: I risultati della CFD mostrano una deviazione ≤8% dai test fisici nei casi di studio.

2. Previsione dell'apprendimento automatico

• Approccio basato sui dati:  Modelli di regressione del treno su dati storici; parametri della girante di input (D2, β2, ecc.) per prevedere NPSHr.

• Vantaggio: Elimina i test fisici, riducendo i cicli di progettazione del 70%.

Conclusione: da "supposizioni empiriche" a "precisione quantificabile"

I test di cavitazione delle pompe a turbina verticale devono superare l'errata convinzione che "strutture uniche precludano test accurati". Combinando impianti a circuito chiuso/aperto, test sul campo, modelli in scala e simulazioni digitali, gli ingegneri possono quantificare l'NPSHr per ottimizzare la progettazione e le strategie di manutenzione. Con l'avanzare dei test ibridi e degli strumenti di intelligenza artificiale, ottenere piena visibilità e controllo sulle prestazioni di cavitazione diventerà prassi standard.