Kavitation är ett dolt hot mot  vertikal turbinpump  drift, vilket orsakar vibrationer, buller och impellererosion som kan leda till katastrofala fel. På grund av deras unika struktur (axellängder upp till tiotals meter) och komplexa installationer, utgör kavitationsprestandatestning (NPSHr-bestämning) för vertikala turbinpumpar betydande utmaningar.

I. Testrigg med sluten slinga: Precision vs. Spatial Constraints

1. Testningsprinciper och -procedurer

• Kärnutrustning: Slutet system (vakuumpump, stabilisatortank, flödesmätare, trycksensorer) för exakt reglering av inloppstrycket.

• Procedur:

· Fixa pumphastighet och flödeshastighet.

· Minska gradvis inloppstrycket tills tryckhöjden sjunker med 3 % (NPSHr definition point).

· Registrera kritiskt tryck och beräkna NPSHr.

• Datanoggrannhet: ±2%, kompatibel med ISO 5199-standarder.

2. Utmaningar för vertikala turbinpumpar

• Utrymmesbegränsningar: Standardriggar med slutna kretsar har ≤5 m vertikal höjd, inkompatibla med pumpar med långa axlar (typisk axellängd: 10–30 m).

• Dynamisk beteendeförvrängning: Förkortning av axlar ändrar kritiska hastigheter och vibrationslägen, vilket gör testresultaten skeva.

3. Industriapplikationer

• Användningsfall: Kortskalade djupbrunnspumpar (axel ≤5 m), prototyp FoU.

• Fallstudie: En pumptillverkare minskade NPSHr med 22 % efter att ha optimerat impellerdesignen via 200 tester med slutna slinga.

II. Open-loop testrigg: balanserar flexibilitet och noggrannhet

1. Testprinciper

• Öppet system:Använder tankvätskenivåskillnader eller vakuumpumpar för reglering av inloppstrycket (enklare men mindre exakt).

• Nyckeluppgraderingar:

· Differenstryckgivare med hög noggrannhet (fel ≤0.1 % FS).

· Laserflödesmätare (±0.5% noggrannhet) som ersätter traditionella turbinmätare.

2. Anpassningar av vertikala turbinpumpar

• Deep-Well Simulering: Konstruera underjordiska schakt (djup ≥ pumpaxellängd) för att replikera nedsänkningsförhållanden.

• Datakorrigering:CFD-modellering kompenserar för inloppstryckförluster orsakade av rörledningsmotstånd.

III. Fälttestning: Real-World Validation

1. Testprinciper

• Driftsjusteringar: Modulera inloppstrycket via ventilstrypning eller VFD-hastighetsändringar för att identifiera tryckhöjdsfallpunkter.

• Nyckelformel:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Kräver mätning av inloppstrycket Pin, hastighet vin och vätsketemperatur.)

Tillvägagångssätt

Installera tryckgivare med hög noggrannhet vid inloppsflänsen.

Stäng gradvis inloppsventilerna medan du registrerar flöde, tryckhöjd och tryck.

Rita kurvan för huvud mot inloppstryck för att identifiera NPSHr-böjningspunkten.

2.Utmaningar och lösningar

• Interferensfaktorer:

· Rörvibrationer → Montera antivibrationsfästen.

· Gasindragning → Använd inbyggda gasinnehållsmätare.

• Noggrannhetsförbättringar:

· Genomsnittligt flera mätningar.

· Analysera vibrationsspektra (debut av kavitation utlöser 1–4 kHz energispikar).

IV. Nedskalad modelltestning: kostnadseffektiva insikter

1. Likhetsteori grund

•Skalningslagar: Bibehåll specifik hastighet ns; skala impellerdimensioner som:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Modelldesign:  1:2 till 1:5 skalförhållanden; replikera material och ytjämnhet.

2. Fördelar med vertikal turbinpump

• Rymdkompatibilitet: Kortskalade modeller passar standardtestriggar.

•Kostnadsbesparingar: Testkostnaderna minskade till 10–20 % av fullskaliga prototyper.

Felkällor och korrigeringar

• Skaleffekter:  Reynolds nummeravvikelser → Tillämpa modeller för turbulenskorrigering.

•Ytans ojämnhet:  Polska modeller till Ra≤0.8μm för att kompensera för friktionsförluster.

V. Digital simulering: virtuell testrevolution

1. CFD-modellering

•Behandla:

Bygg 3D-modeller med full flödesväg.

Konfigurera flerfasflöde (vatten + ånga) och kavitationsmodeller (t.ex. Schnerr-Sauer).

Iterera tills 3% faller; extrahera NPSHr.

• Validering: CFD-resultat visar ≤8 % avvikelse från fysiska tester i fallstudier.

2. Machine Learning Prediction

• Datadrivet tillvägagångssätt:  Träna regressionsmodeller på historiska data; mata in impellerparametrar (D2, β2, etc.) för att förutsäga NPSHr.

• Fördel: Eliminerar fysisk testning, skär designcykler med 70 %.

Slutsats: Från "empiriska gissningar" till "kvantifierbar precision"

Vertikal turbinpumps kavitationstestning måste övervinna missuppfattningen att "unika strukturer utesluter noggrann testning." Genom att kombinera slutna/öppna riggar, fälttester, skalade modeller och digitala simuleringar kan ingenjörer kvantifiera NPSHr för att optimera design och underhållsstrategier. I takt med att hybridtestning och AI-verktyg utvecklas, kommer att uppnå full synlighet och kontroll över kavitationsprestanda bli standardpraxis.