Diagnozowanie kawitacji
Kawitacja to destrukcyjne zjawisko, które występuje w pompy i innych układach hydraulicznych: szybkie tworzenie się i gwałtowne zapadanie (implozja) pęcherzyków pary w cieczy. Dzieje się tak, gdy lokalne ciśnienie statyczne cieczy spada poniżej ciśnienia pary, więc ciecz chwilowo wrze w temperaturze otoczenia, a następnie ponownie się skrapla, gdy ciśnienie wraca do normy. Chociaż kawitacja jest często opisywana jako “syczenie” lub “grzechotanie marmurów”, jest ona znaczącym źródłem hałasu w cieczach. wibracja i może powodować poważne, erozyjne uszkodzenia wirników i obudów. Co najważniejsze, jest to oznaka hydrauliczny problem, a nie problem mechaniczny - jednak jest on łatwo wykrywalny za pomocą analiza drgań, co czyni go klasycznym przykładem wykorzystania wibracji do diagnozowania błędów procesu.
1. Definicja: Czym jest kawitacja?
Fizyka kawitacji opiera się na zależności między ciśnieniem lokalnym a ciśnieniem pary. Wewnątrz pompy ciecz przyspiesza, gdy wchodzi do oka wirnika, a zgodnie z zasadą Bernoulliego przyspieszenie to obniża lokalne ciśnienie. Jeśli ciśnienie spadnie poniżej ciśnienia pary cieczy, powstają małe wgłębienia pary. Przetrwają one tylko do momentu, gdy przepływ przeniesie je do obszaru o wyższym ciśnieniu - zwykle kilka milimetrów dalej wzdłuż łopatki - gdzie zapadają się niemal natychmiast. Każde zapadnięcie się to mikroskopijna implozja, która uwalnia gwałtowny skok ciśnienia i wybuch energii o wysokiej częstotliwości. Pomnóżmy to przez tysiące pęcherzyków powstających w każdej sekundzie, a skumulowanym efektem jest zarówno słyszalny hałas, jak i mierzalne wibracje, wraz z powolnym, nieubłaganym wżeraniem się metalowych powierzchni.
2. Dwa rodzaje kawitacji
a) Kawitacja ssąca
Jest to najbardziej powszechna forma. Występuje, gdy pompa jest “pozbawiona” cieczy - to znaczy, gdy dostępna dodatnia wysokość ssania netto (NPSHa) spada poniżej wymaganej dodatniej wysokości 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 lub filtr siatkowy, częściowo zamknięty zawór ssący, zbyt długi lub zbyt mały przewód ssący lub pompa wymagana do podnoszenia płynu ze zbyt dużej wysokości.
Margines po stronie ssącej jest zasadniczo problemem NPSH, więc podczas projektowania lub rozwiązywania problemów z instalacją pomocne jest wyraźne sprawdzenie liczb; nasze Kalkulator NPSH oblicza dostępną wysokość podnoszenia i pokazuje, jak blisko progu kawitacji znajduje się system.
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).
Wewnętrzna recyrkulacja o dużej prędkości za kawitacją wylotową jest ściśle związana z przepływem recyrkulacja, Kolejna niestabilność o niskim przepływie, która ma niektóre z tych samych objawów i jest jedną z kilku wady pomp odśrodkowych analityk uczy się rozróżniać.
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 jest znaczny wzrost poziomu szumów Widmo FFT, szczególnie przy wysokich częstotliwościach (zazwyczaj powyżej 2000 Hz). Pojawia się jako szeroki “garb” przypadkowej energii, a nie jako dyskretne szczyty.
- Losowe i niestabilne: Wibracje są losowe i nieokresowe - właśnie dlatego nie tworzą ostrych linii - a ogólna amplituda może się znacznie wahać z chwili na chwilę. Ta losowość jest tym, co odróżnia kawitację od zwykłego przepływu turbulencja, które są łagodniejsze i występują z mniejszą częstotliwością.
- Potencjalne harmoniczne częstotliwości przejścia łopatki: W niektórych przypadkach losowa energia może wzbudzić częstotliwość przejść łopatek (BPF = liczba łopatek × prędkość biegu) i jego harmoniczne, ale dominującą cechą pozostaje szerokopasmowy poziom szumów. W pompach ten sam składnik jest często nazywany częstotliwość przejścia łopatki.
Ponieważ energia jest szerokopasmowa i impulsywna, techniki dostosowane do powtarzających się uderzeń mogą wyostrzyć diagnozę: analiza obwiedni oraz wskaźniki takie jak współczynnik szczytu silnie reagują na szybkie stany przejściowe pęcherzyków powietrza. Jeśli kawitacja będzie postępować, może spowodować wtórne uszkodzenie - erozję wirnika - co z kolei wprowadzi prawdziwe mechaniczne uszkodzenie wirnika. brak równowagi który pojawia się jako wysoki pik 1×, co jest użytecznym przypomnieniem, że jedna usterka może rodzić inną.
4. Potwierdzenie
Ponieważ sygnatura jest przypadkowym szumem, może być mylona z innymi źródłami związanymi z turbulencjami lub przepływem, dlatego warto potwierdzić ją przed podjęciem decyzji o naprawie:
- Słuchający: Kawitacja często wytwarza wyraźny słyszalny dźwięk, przypominający żwir lub kulki toczące się wewnątrz pompy - często jest to pierwsza wskazówka, którą operator zauważa na podłodze.
- Zmiany w procesie: W przypadku podejrzenia kawitacji ssania, ostrożne i powolne otwieranie częściowo zamkniętego zaworu ssącego lub czyszczenie filtra ssącego powinno natychmiast zmniejszyć lub wyeliminować hałas o wysokiej częstotliwości. Ten celowy test zmiany i obserwacji jest jednym z najskuteczniejszych dostępnych potwierdzeń, ponieważ bezpośrednio manipuluje przyczyną hydrauliczną.
Szybkie usuwanie kawitacji ma kluczowe znaczenie. Każda implozja działa jak mikroskopijny młot strumieniowy, niszcząc łopatki wirnika i spiralę pompy i prowadząc do przedwczesnej awarii. W terenie praktyczna procedura polega na potwierdzeniu sygnatury szerokopasmowej na analizatorze drgań, wyeliminowaniu przyczyny hydraulicznej, a następnie sprawdzeniu, czy maszyna powróciła do czystego stanu mechanicznego. Przenośny dwukanałowy przyrząd, taki jak Balans-1a dobrze nadaje się do tego ostatniego etapu: po utwardzeniu błędu procesu mierzy 1× amplituda i faza w łożyskach pompy przy prędkości roboczej, więc wszelkie pozostałości nierównowaga pozostawione przez erozję można określić ilościowo i skorygować za pomocą równoważenie.
