کاویتاسیون یک تهدید پنهان است  پمپ توربین عمودی  عملیات، باعث ایجاد لرزش، صدا و فرسایش پروانه می شود که می تواند منجر به خرابی های فاجعه بار شود. با این حال، به دلیل ساختار منحصر به فرد آنها (طول شفت تا ده ها متر) و نصب پیچیده، آزمایش عملکرد کاویتاسیون (تعیین NPSHr) برای پمپ های توربین عمودی چالش های مهمی را ایجاد می کند.

I. دستگاه تست حلقه بسته: دقت در مقابل محدودیت های فضایی

1. اصول و روش های تست

• تجهیزات اصلی: سیستم حلقه بسته (پمپ خلاء، مخزن تثبیت کننده، فلومتر، سنسورهای فشار) برای کنترل دقیق فشار ورودی.

• رویه:

· سرعت پمپ و سرعت جریان را ثابت کنید.

· به تدریج فشار ورودی را کاهش دهید تا زمانی که هد 3 درصد کاهش یابد (نقطه تعریف NPSHr).

· ثبت فشار بحرانی و محاسبه NPSHr.

• دقت داده ها: ± 2%، مطابق با استانداردهای ISO 5199.

2. چالش برای پمپ های توربین عمودی

• محدودیت‌های فضا: دکل‌های حلقه بسته استاندارد دارای ارتفاع عمودی ≤5 متر هستند که با پمپ‌های شفت بلند سازگار نیستند (طول شفت معمولی: 10 تا 30 متر).

• اعوجاج دینامیک رفتار: کوتاه کردن شفت ها سرعت های بحرانی و حالت های ارتعاش را تغییر می دهد و نتایج آزمایش را منحرف می کند.

3. برنامه های کاربردی صنعت

• موارد استفاده: پمپ های چاه عمیق شافت کوتاه (شفت ≤5 متر)، نمونه اولیه تحقیق و توسعه.

• مطالعه موردی: یک سازنده پمپ پس از بهینه سازی طراحی پروانه از طریق 22 آزمایش حلقه بسته NPSHr را 200 درصد کاهش داد.

II. دستگاه تست حلقه باز: تعادل انعطاف پذیری و دقت

1. اصول تست

• سیستم باز:از اختلاف سطح مایع مخزن یا پمپ های خلاء برای کنترل فشار ورودی (ساده تر اما دقیق تر) استفاده می کند.

• ارتقاهای کلیدی:

· فرستنده فشار دیفرانسیل با دقت بالا (خطای ≤0.1% FS).

· فلومترهای لیزری (با دقت 0.5%) جایگزین کنتورهای توربین سنتی.

2. سازگاری پمپ توربین عمودی

• شبیه سازی چاه عمیق: شفت های زیرزمینی (عمق ≥ طول شفت پمپ) بسازید تا شرایط غوطه وری را تکرار کنید.

• تصحیح داده ها:مدل سازی CFD تلفات فشار ورودی ناشی از مقاومت خط لوله را جبران می کند.

III. تست میدانی: اعتبارسنجی در دنیای واقعی

1. اصول تست

• تنظیمات عملیاتی: فشار ورودی را از طریق دریچه گاز یا تغییرات سرعت VFD تعدیل کنید تا نقاط افت سر را شناسایی کنید.

• فرمول کلید:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(نیاز به اندازه گیری فشار ورودی، پین سرعت، و دمای سیال دارد.)

روش

سنسورهای فشار با دقت بالا را در فلنج ورودی نصب کنید.

در حین ثبت جریان، سر و فشار، شیرهای ورودی را به تدریج ببندید.

برای شناسایی نقطه عطف NPSHr، منحنی فشار ورودی در برابر سر را رسم کنید.

2. چالش ها و راه حل ها

• عوامل تداخل:

· لرزش لوله → پایه های ضد لرزش را نصب کنید.

· حباب گاز → از مانیتورهای محتوای گاز درون خطی استفاده کنید.

• افزایش دقت:

· میانگین اندازه گیری های چندگانه.

· تجزیه و تحلیل طیف ارتعاش (شروع کاویتاسیون باعث افزایش انرژی 1-4 کیلوهرتز می شود).

IV. تست مدل کوچک شده: بینش مقرون به صرفه

1. مبنای نظریه تشابه

•قوانین مقیاس بندی: حفظ سرعت خاص ns. ابعاد پروانه به صورت:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

•طراحی مدل:  نسبت مقیاس 1:2 تا 1:5. مواد تکراری و زبری سطح

2. مزایای پمپ توربین عمودی

•سازگاری فضایی: مدل‌های شافت کوتاه مناسب دستگاه‌های تست استاندارد هستند.

• صرفه جویی در هزینه: هزینه های آزمایش به 10 تا 20 درصد نمونه های اولیه در مقیاس کامل کاهش یافت.

منابع خطا و اصلاحات

• جلوه های مقیاس:  انحرافات عدد رینولدز ← اعمال مدل های تصحیح آشفتگی.

زبری سطح:  مدل های لهستانی به Ra≤0.8μm برای جبران تلفات اصطکاک.

V. شبیه سازی دیجیتال: انقلاب تست مجازی

1. مدل سازی CFD

•روند:

ساخت مدل های سه بعدی با مسیر کامل.

مدل‌های جریان چند فازی (آب + بخار) و کاویتاسیون (به عنوان مثال، Schnerr-Sauer) را پیکربندی کنید.

تکرار تا 3% افت سر؛ NPSHr را استخراج کنید.

• اعتبارسنجی: نتایج CFD انحراف ≤8٪ از تست های فیزیکی را در مطالعات موردی نشان می دهد.

2. پیش بینی یادگیری ماشین

• رویکرد داده محور:  آموزش مدل های رگرسیون بر روی داده های تاریخی. پارامترهای پروانه ورودی (D2، β2، و غیره) برای پیش بینی NPSHr.

• مزیت: آزمایش فیزیکی را حذف می کند، چرخه های طراحی برش را تا 70٪ کاهش می دهد.

نتیجه گیری: از "حدس کاری تجربی" تا "دقت قابل سنجش"

آزمایش کاویتاسیون پمپ توربین عمودی باید بر این باور غلط غلبه کند که "ساختارهای منحصر به فرد مانع از آزمایش دقیق می شود." مهندسان با ترکیب ریگ های حلقه بسته/باز، آزمایش های میدانی، مدل های مقیاس شده و شبیه سازی های دیجیتالی، می توانند NPSHr را برای بهینه سازی طرح ها و استراتژی های تعمیر و نگهداری کمیت کنند. با پیشرفت تست ترکیبی و ابزارهای هوش مصنوعی، دستیابی به دید کامل و کنترل بر عملکرد کاویتاسیون به یک عمل استاندارد تبدیل خواهد شد.