Diagnozowanie kawitacji

1. Definicja: Czym jest kawitacja?

Kawitacja To destrukcyjne zjawisko występujące w pompach i innych układach hydraulicznych. Polega na szybkim tworzeniu się i gwałtownym zapadaniu (implozji) pęcherzyków pary w cieczy. Dzieje się tak, gdy ciśnienie statyczne cieczy spada poniżej ciśnienia pary.

Choć często opisuje się go jako dźwięk „syczenia” lub „grzechotania kulek”, kawitacja jest znaczącym źródłem wibracja i może spowodować poważne, erozyjne uszkodzenia wirników i obudów pomp. Jest to oznaką problemu hydraulicznego, a nie mechanicznego, ale można go łatwo wykryć za pomocą analizy drgań.

2. Dwa rodzaje kawitacji

a) Kawitacja ssąca

To najczęstsza forma kawitacji. Występuje, gdy pompa jest „niedostatecznie” napompowana, co oznacza, że dostępna dodatnia wysokość ssania netto (NPSHa) jest mniejsza niż wymagana dodatnia wysokość ssania netto (NPSHr) przez pompę.

• Mechanizm: Niskie ciśnienie w oku wirnika powoduje wrzenie cieczy, tworząc pęcherzyki pary. Gdy pęcherzyki te przedostają się do obszarów o wyższym ciśnieniu w łopatkach wirnika, gwałtownie zapadają się.
• Powoduje: Zatkany filtr ssący, częściowo zamknięty zawór ssący, zbyt długi lub zbyt mały przekrój przewodu ssącego albo pompa musi podnosić ciecz ze zbyt dużej wysokości.

b) Kawitacja wylotowa

Zjawisko to zdarza się rzadziej i występuje, gdy ciśnienie tłoczenia pompy jest wyjątkowo wysokie, uniemożliwiając wypływ płynu z pompy.

• Mechanizm: Płyn jest uwięziony między łopatkami wirnika i krąży z dużą prędkością, tworząc strefę niskiego ciśnienia, w której tworzą się pęcherzyki. Pęcherzyki te następnie implodują, opuszczając strefę niskiego ciśnienia.
• Powoduje: Zablokowany lub zamknięty zawór wylotowy albo pompowanie wbrew „martwemu przepływowi” (całkowicie zablokowanemu przewodowi wylotowemu).

3. Wibracyjna sygnatura kawitacji

Gwałtowna implozja tysięcy maleńkich pęcherzyków pary nie wytwarza pojedynczej, czystej częstotliwości. Zamiast tego tworzy bardzo wyraźną sygnaturę wibracyjną:

• Szum szerokopasmowy o wysokiej częstotliwości: Podstawowym wskaźnikiem kawitacji jest znaczny wzrost „poziomu szumów” Widmo FFT, szczególnie w wysokich częstotliwościach (zwykle powyżej 2000 Hz). Pojawia się jako „garb” losowej, szerokopasmowej energii, a nie jako wyraźne piki.
• Losowe i niestabilne: Wibracje są losowe i nieregularne, dlatego nie tworzą ostrych pików. Całkowita amplituda może ulegać znacznym wahaniom.
• Potencjalne harmoniczne częstotliwości przejścia łopat: W niektórych przypadkach losowa energia pochodząca z kawitacji może wzbudzić częstotliwość przejścia łopatek (BPF = liczba łopatek × Prędkość biegu) i jego harmoniczne, ale dominującą cechą nadal będzie szerokopasmowy poziom szumu.

Jeżeli kawitacja jest poważna, może powodować uszkodzenia wtórne, takie jak erozja wirnika, co może prowadzić do rzeczywistego uszkodzenia mechanicznego brak równowagi, co pokazałoby się jako wysoki szczyt 1X.

4. Potwierdzenie

Ponieważ sygnatura drgań jest losowym szumem, czasami można ją pomylić z innymi źródłami turbulencji lub problemami związanymi z przepływem. Potwierdzenie można uzyskać poprzez:

• Słuchający: Kawitacja często powoduje charakterystyczny, słyszalny dźwięk, przypominający odgłos żwiru lub kulek toczących się wewnątrz pompy.
• Zmiany w procesie: W przypadku podejrzenia kawitacji ssania, ostrożne i powolne otwarcie zaworu ssącego (jeśli jest częściowo zamknięty) lub wyczyszczenie filtra ssącego powinno natychmiast zmniejszyć lub wyeliminować drgania o wysokiej częstotliwości. To bardzo skuteczny test diagnostyczny.

Bardzo ważne jest, aby szybko zająć się kawitacją, ponieważ implozje działają jak mikromłot strumieniowy, powodując odłupywanie i erozję łopatek wirnika oraz korpusu pompy, co prowadzi do przedwczesnej awarii.

← Powrót do indeksu głównego