Диагностициране на кавитация

1. Определение: Какво е кавитация?

Кавитация е разрушително явление, което се случва в помпи и други хидравлични системи. Това е бързото образуване и бурно свиване (имплозия) на парни мехурчета в течност. Това се случва, когато статичното налягане на течността падне под налягането на парите ѝ.

Въпреки че често се описва като „съскащ“ или „тракащ звук на топчета“, кавитацията е значителен източник на вибрация и може да причини сериозни, ерозивни повреди на работните колела и корпусите на помпата. Това е признак за хидравличен проблем, а не за механичен, но е лесно откриваем с вибрационен анализ.

2. Двата вида кавитация

а) Всмукателна кавитация

Това е най-често срещаната форма на кавитация. Тя възниква, когато помпата е „липсваща“ от флуид, което означава, че наличната нетна положителна всмукателна глава (NPSHa) е по-малка от необходимата нетна положителна всмукателна глава (NPSHr) на помпата.

• Механизъм: Ниското налягане в ухото на работното колело кара течността да заври, образувайки парни мехурчета. Тъй като тези мехурчета се пренасят в областите с по-високо налягане на лопатките на работното колело, те се свиват рязко.
• Причини: Запушен смукателен филтър, частично затворен смукателен клапан, твърде дълга или твърде малка смукателна линия или необходимостта помпата да повдига течността от твърде голяма височина.

б) Кавитация при изпускане

Това е по-рядко срещано и се случва, когато налягането на изхода на помпата е изключително високо, което предотвратява изтичането на течност от помпата.

• Механизъм: Флуидът се задържа между лопатките на работното колело и рециркулира с висока скорост, създавайки вакуумна зона с ниско налягане, където се образуват мехурчета. Тези мехурчета след това имплодират, докато излизат от зоната с ниско налягане.
• Причини: Блокиран или затворен изпускателен клапан или изпомпване срещу „мъртво налягане“ (напълно блокирана изпускателна линия).

3. Вибрационният подпис на кавитацията

Силната имплозия на хиляди малки парни мехурчета не произвежда единна, чиста честота. Вместо това, тя създава много отчетлива вибрационна сигнатура:

• Високочестотен широколентов шум: Основният индикатор за кавитация е значително увеличение на „шумовия праг“ на FFT спектър, особено при високи честоти (обикновено над 2000 Hz). Изглежда като „гърбица“ от произволна, широколентова енергия, а не като отчетливи пикове.
• Случайни и нестабилни: Вибрацията е произволна и непериодична, поради което не създава остри пикове. Общата амплитуда може да варира значително.
• Потенциални хармоници на честотата на преминаване на лопатката: В някои случаи, произволната енергия от кавитацията може да възбуди честотата на преминаване на лопатките (BPF = Брой на лопатките × Скорост на бягане) и неговите хармоници, но доминиращата характеристика ще си остане широколентовият шумов праг.

Ако кавитацията е силна, тя може да причини вторични повреди, като например ерозия на работното колело, което след това може да доведе до истинска механична повреда. дисбаланс, което би се проявило като висок 1X пик.

4. Потвърждение

Тъй като вибрационната сигнатура е случаен шум, понякога може да бъде объркана с други източници на турбулентност или проблеми, свързани с потока. Потвърждение може да се постигне чрез:

• Слушане: Кавитацията често произвежда отчетлив звук, подобен на търкаляне на чакъл или топчета вътре в помпата.
• Промени в процеса: При съмнение за кавитация във всмукателния канал, внимателното и бавно отваряне на смукателния клапан (ако е частично затворен) или почистването на смукателния филтър би трябвало незабавно да намали или елиминира високочестотния вибрационен шум. Това е много ефективен диагностичен тест.

Изключително важно е кавитацията да се отстрани бързо, тъй като имплозиите действат като микроструен чук, отчупвайки и ерозирайки лопатките на работното колело и спиралата на помпата, което води до преждевременна повреда.

← Обратно към основния индекс