Kavitācija ir slēpts drauds  vertikālais turbīnas sūknis  darbība, izraisot vibrāciju, troksni un lāpstiņriteņa eroziju, kas var izraisīt katastrofālas atteices. Tomēr to unikālās struktūras (vārpstu garums līdz pat desmitiem metru) un sarežģītās uzstādīšanas dēļ vertikālo turbīnu sūkņu kavitācijas veiktspējas pārbaude (NPSHr noteikšana) rada ievērojamas problēmas.

I. Slēgtā cikla pārbaudes iekārta: precizitāte pret telpiskajiem ierobežojumiem

1.Testēšanas principi un procedūras

• Pamataprīkojums: Slēgtā cikla sistēma (vakuumsūknis, stabilizatora tvertne, plūsmas mērītājs, spiediena sensori) precīzai ieplūdes spiediena kontrolei.

• Procedūra:

· Fiksēt sūkņa ātrumu un plūsmas ātrumu.

· Pakāpeniski samaziniet ieplūdes spiedienu, līdz spiediens nokrītas par 3% (NPSHr definīcijas punkts).

· Reģistrēt kritisko spiedienu un aprēķināt NPSHr.

• Datu precizitāte: ±2%, atbilst ISO 5199 standartiem.

2. Izaicinājumi vertikālajiem turbīnu sūkņiem

• Telpas ierobežojumi: Standarta slēgtās cilpas platformām ir ≤5 m vertikālais augstums, kas nav savienojams ar sūkņiem ar garu vārpstu (parastais vārpstas garums: 10–30 m).

• Dinamiskās uzvedības izkropļojumi: vārpstu saīsināšana maina kritiskos ātrumus un vibrācijas režīmus, izmaina testa rezultātus.

3. Pielietojumi nozarē

• Lietošanas gadījumi: īsas vārpstas dziļurbumu sūkņi (šahta ≤5 m), prototips R&D.

• Gadījuma izpēte: sūkņu ražotājs samazināja NPSHr par 22% pēc tam, kad optimizēja lāpstiņriteņa konstrukciju, veicot 200 slēgta cikla testus.

II. Atvērtās cilpas pārbaudes iekārta: elastības un precizitātes līdzsvarošana

1. Testēšanas principi

• Atvērtā sistēma:Ieplūdes spiediena kontrolei izmanto tvertnes šķidruma līmeņa atšķirības vai vakuumsūkņus (vienkāršāk, bet neprecīzāk).

• Galvenie jauninājumi:

· Augstas precizitātes diferenciālā spiediena devēji (kļūda ≤0.1% FS).

· Lāzera plūsmas mērītāji (±0.5% precizitāte), kas aizstāj tradicionālos turbīnu mērītājus.

2. Vertikālā turbīnas sūkņa pielāgošana

• Dziļās akas simulācija: izveidojiet pazemes šahtas (dziļums ≥ sūkņa vārpstas garums), lai atkārtotu iegremdēšanas apstākļus.

• Datu labošana:CFD modelēšana kompensē ieplūdes spiediena zudumus, ko izraisa cauruļvada pretestība.

III. Pārbaude uz vietas: validācija reālajā pasaulē

1. Testēšanas principi

• Darbības regulējumi: modulējiet ieplūdes spiedienu, izmantojot vārsta droseles vai VFD ātruma izmaiņas, lai noteiktu galvas kritiena punktus.

• Galvenā formula:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Nepieciešams izmērīt ieplūdes spiedienu Pin, ātrumu vin un šķidruma temperatūru.)

Procedūra

Uzstādiet augstas precizitātes spiediena sensorus pie ieplūdes atloka.

Pakāpeniski aizveriet ieplūdes vārstus, vienlaikus reģistrējot plūsmu, galvu un spiedienu.

Uzzīmējiet augstuma un ieplūdes spiediena līkni, lai noteiktu NPSHr lēciena punktu.

2. Izaicinājumi un risinājumi

• Traucējumu faktori:

· Cauruļu vibrācija → Uzstādiet pretvibrācijas stiprinājumus.

· Gāzes aizvadīšana → Izmantojiet iebūvētos gāzes satura monitorus.

• Precizitātes uzlabojumi:

· Vidēji vairāki mērījumi.

· Analizēt vibrāciju spektrus (kavitācijas sākums izraisa 1–4 kHz enerģijas kāpumus).

IV. Samazināta modeļa testēšana: rentabli ieskati

1. Līdzības teorijas pamati

• Mērogošanas likumi: Saglabāt īpašu ātrumu ns; mēroga lāpstiņriteņa izmēri:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Modeļa dizains:  Mēroga attiecības no 1:2 līdz 1:5; atkārtot materiālus un virsmas raupjumu.

2. Vertikālā turbīnas sūkņa priekšrocības

• Kosmosa saderība: Modeļi ar īsu vārpstu ir piemēroti standarta testa iekārtām.

• Izmaksu ietaupījumi: Testēšanas izmaksas samazinātas līdz 10–20% no pilna mēroga prototipiem.

Kļūdu avoti un labojumi

• Mēroga efekti:  Reinoldsa skaitļa novirzes → Lietot turbulences korekcijas modeļus.

• Virsmas raupjums:  Polijas modeļi līdz Ra≤0.8μm, lai kompensētu berzes zudumus.

V. Digitālā simulācija: virtuālās testēšanas revolūcija

1. CFD modelēšana

• Process:

Veidojiet pilnas plūsmas 3D modeļus.

Konfigurējiet daudzfāzu plūsmas (ūdens + tvaiki) un kavitācijas modeļus (piemēram, Schnerr-Sauer).

Atkārtojiet līdz 3% galvas krituma; ekstrakts NPSHr .

• Validācija: CFD rezultāti parāda ≤8% novirzi no fiziskajiem testiem gadījumu izpētē.

2. Mašīnmācīšanās prognozēšana

• Uz datiem balstīta pieeja:  Apmācīt regresijas modeļus uz vēsturiskiem datiem; ievades lāpstiņriteņa parametrus (D2, β2 utt.), lai prognozētu NPSHr.

• Priekšrocība: Novērš fizisko testēšanu, samazinot projektēšanas ciklus par 70%.

Secinājums: no "empīriskiem minējumiem" līdz "kvantifikējamai precizitātei"

Vertikālā turbīnas sūkņa kavitācijas pārbaudei ir jāpārvar nepareizs priekšstats, ka "unikālas struktūras neļauj veikt precīzu testēšanu". Apvienojot slēgtās/atvērtās cilpas platformas, lauka testus, mērogotus modeļus un digitālās simulācijas, inženieri var kvantitatīvi noteikt NPSHr, lai optimizētu dizainu un apkopes stratēģijas. Hibrīda testēšanai un AI rīkiem attīstoties, pilnīgas redzamības sasniegšana un kavitācijas veiktspējas kontrole kļūs par standarta praksi.