Cavitația este o amenințare ascunsă pentru  pompa verticala cu turbina  funcționare, provocând vibrații, zgomot și erodarea rotorului care poate duce la defecțiuni catastrofale. Cu toate acestea, datorită structurii lor unice (lungimi a arborelui de până la zeci de metri) și a instalării complexe, testarea performanței cavitației (determinarea NPSHr) pentru pompele cu turbină verticale ridică provocări semnificative.

I. Sistem de testare în buclă închisă: Precizie vs. Constrângeri spațiale

1.Principii și proceduri de testare

• Echipamente de bază: Sistem în buclă închisă (pompă de vid, rezervor stabilizator, debitmetru, senzori de presiune) pentru un control precis al presiunii de admisie.

• Procedura:

· Fixați viteza pompei și debitul.

· Reduceți treptat presiunea de admisie până când înălțimea scade cu 3% (punctul de definire NPSHr).

· Înregistrați presiunea critică și calculați NPSHr.

• Precizia datelor: ±2%, conform standardelor ISO 5199.

2. Provocări pentru pompele cu turbină verticală

• Limitări de spațiu: instalațiile standard cu buclă închisă au o înălțime verticală ≤5 m, incompatibile cu pompele cu ax lung (lungime tipică a arborelui: 10–30 m).

• Distorsiunea dinamică a comportamentului: scurtarea arborilor modifică vitezele critice și modurile de vibrație, deformând rezultatele testelor.

3. Aplicații industriale

• Cazuri de utilizare: Pompe pentru puţuri adânci cu ax scurt (ax ≤5 m), prototip R&D.

• Studiu de caz: Un producător de pompe a redus NPSHr cu 22% după optimizarea designului rotorului prin 200 de teste în buclă închisă.

II. Platformă de testare în buclă deschisă: echilibrarea flexibilității și preciziei

1. Principii de testare

• Sistem deschis:Utilizează diferențe de nivel al lichidului din rezervor sau pompe de vid pentru controlul presiunii de admisie (mai simplu, dar mai puțin precis).

• Actualizări cheie:

· Transmițătoare de presiune diferențială de mare precizie (eroare ≤0.1% FS).

· Debitmetre cu laser (precizie ±0.5%) care înlocuiesc contoarele tradiționale cu turbină.

2. Adaptări pompe verticale cu turbină

• Simulare de puțuri adânci: Construiți puțuri subterane (adâncime ≥ lungimea arborelui pompei) pentru a reproduce condițiile de imersie.

• Corectarea datelor:Modelarea CFD compensează pierderile de presiune la intrare cauzate de rezistența conductei.

III. Testare pe teren: validare în lumea reală

1. Principii de testare

• Ajustări operaționale: Modulați presiunea de admisie prin reglarea supapei sau modificările vitezei VFD pentru a identifica punctele de cădere a capului.

• Formula cheie:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Necesită măsurarea presiunii de intrare Pin, viteza vin și temperatura fluidului.)

Procedură

Instalați senzori de presiune de înaltă precizie la flanșa de admisie.

Închideți treptat supapele de admisie în timp ce înregistrați debitul, înălțimea și presiunea.

Trasați curba capului față de presiunea de intrare pentru a identifica punctul de inflexiune NPSHr.

2.Provocări și soluții

• Factori de interferență:

· Vibrația conductei → Instalați suporturi antivibrații.

· Antrenarea gazelor → Utilizați monitoare de conținut de gaze în linie.

• Îmbunătățiri ale preciziei:

· Media măsurători multiple.

· Analizați spectrele de vibrații (declanșarea cavitației declanșează vârfuri de energie de 1–4 kHz).

IV. Testarea modelelor la scară redusă: perspective rentabile

1. Baza teoriei similitudinii

•Legile de scalare: Mentine viteza specifica ns; dimensiunile rotorului scalate ca:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Design model:  Raport de scară 1:2 până la 1:5; reproduce materialele și rugozitatea suprafeței.

2. Avantajele pompei cu turbină verticală

• Compatibilitate cu spațiu: Modelele cu arbore scurt se potrivesc cu platformele de testare standard.

• Economii de costuri: Costurile de testare au fost reduse la 10–20% din prototipurile la scară largă.

Surse de erori și corecții

• Efecte de scară:  Abateri ale numărului Reynolds → Aplicați modele de corecție a turbulenței.

• Rugozitatea suprafeței:  Modele poloneze la Ra≤0.8μm pentru a compensa pierderile prin frecare.

V. Simulare digitală: revoluția testării virtuale

1. Modelare CFD

•Proces:

Construiți modele 3D cu traseu complet.

Configurați debitul multifazic (apă + vapori) și modelele de cavitație (de exemplu, Schnerr-Sauer).

Repetați până la scăderea capului cu 3%; extrage NPSHr .

• Validare: Rezultatele CFD arată o abatere ≤8% de la testele fizice din studiile de caz.

2. Predicția învățării automate

• Abordare bazată pe date:  Antrenează modele de regresie pe date istorice; parametrii de intrare a rotorului (D2, β2, etc.) pentru a prezice NPSHr.

• Avantaj: Elimină testarea fizică, reducând ciclurile de proiectare cu 70%.

Concluzie: de la „ghicituri empirice” la „precizie cuantificabilă”

Testarea cavitației pompelor cu turbină verticală trebuie să depășească ideea greșită că „structurile unice împiedică testarea precisă”. Prin combinarea sistemelor cu buclă închisă/deschisă, teste pe teren, modele la scară și simulări digitale, inginerii pot cuantifica NPSHr pentru a optimiza proiectele și strategiile de întreținere. Pe măsură ce testarea hibridă și instrumentele AI avansează, obținerea unei vizibilități complete și control asupra performanței cavitației va deveni o practică standard.