Kavitácia je skrytá hrozba  vertikálne turbínové čerpadlo  prevádzky, čo spôsobuje vibrácie, hluk a eróziu obežného kolesa, čo môže viesť ku katastrofálnym poruchám. Avšak vzhľadom na ich jedinečnú štruktúru (dĺžka hriadeľa až desiatky metrov) a komplexnú inštaláciu predstavuje testovanie kavitačného výkonu (stanovenie NPSHr) pre vertikálne turbínové čerpadlá značné výzvy.

I. Testovacie zariadenie s uzavretou slučkou: Presnosť vs. priestorové obmedzenia

1.Princípy a postupy testovania

• Základné vybavenie: Systém s uzavretou slučkou (vákuová pumpa, stabilizačná nádrž, prietokomer, tlakové snímače) pre presné riadenie vstupného tlaku.

• Postup:

· Nastavte otáčky čerpadla a prietok.

· Postupne znižujte vstupný tlak, kým dopravná výška neklesne o 3% (definičný bod NPSHr).

· Zaznamenajte kritický tlak a vypočítajte NPSHr.

• Presnosť údajov: ±2 %, v súlade s normami ISO 5199.

2. Výzvy pre vertikálne turbínové čerpadlá

• Priestorové obmedzenia: Štandardné súpravy s uzavretým okruhom majú vertikálnu výšku ≤5 m, čo nie je kompatibilné s čerpadlami s dlhým hriadeľom (typická dĺžka hriadeľa: 10–30 m).

• Dynamické skreslenie správania: Skrátenie hriadeľov mení kritické otáčky a režimy vibrácií a skresľuje výsledky testov.

3. Priemyselné aplikácie

• Prípady použitia: Čerpadlá do hlbokých vrtov s krátkym hriadeľom (hriadeľ ≤5 m), prototypový výskum a vývoj.

• Prípadová štúdia: Výrobca čerpadla znížil NPSHr o 22 % po optimalizácii konštrukcie obežného kolesa prostredníctvom 200 testov v uzavretej slučke.

II. Testovacie zariadenie s otvorenou slučkou: Vyváženie flexibility a presnosti

1. Princípy testovania

• Otvorený systém:Používa rozdiely hladiny kvapaliny v nádrži alebo vákuové čerpadlá na reguláciu vstupného tlaku (jednoduchšie, ale menej presné).

• Kľúčové inovácie:

· Vysoko presné prevodníky rozdielu tlaku (chyba ≤0.1 % FS).

· Laserové prietokomery (±0.5% presnosť) nahrádzajúce tradičné turbínové merače.

2. Adaptácie vertikálneho turbínového čerpadla

• Simulácia hlbokých vrtov: Vybudujte podzemné šachty (hĺbka ≥ dĺžka šachty čerpadla), aby ste zopakovali podmienky ponorenia.

• Oprava údajov:CFD modelovanie kompenzuje straty tlaku na vstupe spôsobené odporom potrubia.

III. Testovanie v teréne: Overenie v reálnom svete

1. Princípy testovania

• Prevádzkové úpravy: Modulujte vstupný tlak prostredníctvom škrtenia ventilu alebo zmien rýchlosti VFD, aby ste identifikovali body poklesu hlavy.

• Kľúčový vzorec:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Vyžaduje meranie vstupného tlaku kolíka, rýchlosti vin a teploty kvapaliny.)

Postup

Na vstupnú prírubu nainštalujte vysoko presné tlakové snímače.

Postupne zatvárajte vstupné ventily, pričom zaznamenávajte prietok, výšku a tlak.

Vyneste krivku hlavy vs. vstupného tlaku na identifikáciu inflexného bodu NPSHr.

2. Výzvy a riešenia

• Interferenčné faktory:

· Vibrácie potrubia → Nainštalujte antivibračné držiaky.

· Strhávanie plynu → Používajte zabudované monitory obsahu plynu.

• Vylepšenia presnosti:

· Priemer viacerých meraní.

· Analyzujte spektrá vibrácií (nástup kavitácie spúšťa energetické špičky 1–4 kHz).

IV. Testovanie zmenšeného modelu: nákladovo efektívne štatistiky

1. Základ teórie podobnosti

•Zákony o mierke: Udržujte špecifickú rýchlosť ns; rozmery obežného kolesa ako:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Dizajn modelu:  pomery mierky 1:2 až 1:5; replikovať materiály a drsnosť povrchu.

2. Výhody vertikálneho turbínového čerpadla

•Vesmírna kompatibilita: Modely s krátkym hriadeľom sú vhodné pre štandardné testovacie zariadenia.

•Úspora nákladov: Náklady na testovanie sa znížili na 10–20 % prototypov v plnom rozsahu.

Zdroje chýb a opravy

•Efekty mierky:  Odchýlky Reynoldsovho čísla → Použiť modely korekcie turbulencie.

• Drsnosť povrchu:  Poľské modely na Ra≤0.8μm na kompenzáciu strát trením.

V. Digitálna simulácia: Revolúcia virtuálneho testovania

1. CFD modelovanie

•Proces:

Vytvárajte 3D modely s plným tokom.

Nakonfigurujte viacfázové modely prúdenia (voda + para) a kavitačné modely (napr. Schnerr-Sauer).

Opakujte, kým poklesne o 3 %; extrakt NPSHr.

• Overenie: Výsledky CFD ukazujú ≤8 % odchýlku od fyzikálnych testov v prípadových štúdiách.

2. Predikcia strojového učenia

• Prístup založený na údajoch:  Trénujte regresné modely na historických údajoch; vstupné parametre obežného kolesa (D2, β2 atď.) na predpovedanie NPSHr.

• Výhoda: Eliminuje fyzické testovanie, znižuje návrhové cykly o 70 %.

Záver: Od „empirických dohadov“ k „kvantifikovateľnej presnosti“

Testovanie kavitácie vertikálneho turbínového čerpadla musí prekonať mylnú predstavu, že „jedinečné štruktúry vylučujú presné testovanie“. Kombináciou zariadení s uzavretou/otvorenou slučkou, testov v teréne, zmenšených modelov a digitálnych simulácií môžu inžinieri kvantifikovať NPSHr na optimalizáciu návrhov a stratégií údržby. Ako hybridné testovanie a nástroje AI napredujú, dosiahnutie plnej viditeľnosti a kontroly nad výkonom kavitácie sa stane štandardnou praxou.