Дијагностиковање кавитације
Кавитација је деструктиван феномен који се дешава у пумпе и других хидрауличних система: брзо формирање и насилно урушавање (импилозија) мехурова паре у течности. Дешава се када локални статички притисак течности падне испод њене тачке испаравања, тако да течност тренутно врети на амбијенталној температури, а затим поново кондензира када се притисак опорави. Иако се често описује као “звучни шум” или “звук клацкања куглица”, кавитација је значајан извор вибрација и може узроковати озбиљну еродиону штету на радним колима и кућиштима. Пресудно, то је знак хидрауличног проблема пре него што је механички — али је лако откривљив са Анализа вибрација, што га чини класичним примером коришћења вибрација за дијагнозу квара у процесу.
1. Дефиниција: Шта је кавитација?
Физика кавитације почива на односу између локалног притиска и притиска паре. Унутар пумпе, течност се убрзава док улази у импелер, и по Бернулијевом принципу то убрзање смањује локални притисак. Ако притисак падне испод притиска паре течности, настају мали мехури паре. Они опстају само док проток не донесе у регион већег притиска — обично неколико милиметара даље у лопатицама — где се урушавају скоро тренутно. Свако урушавање је микроскопска имплозија која ослобађа оштар скок притиска и налет енергије високе фреквенције. Помножи то са хиљадама мехура који се формирају сваке секунде и кумулативни ефекат је и чујан шум и мерљива вибрација, заједно са спором, неумитном пилирањем металних површина.
2. Две врсте кавитације
а) Усисна кавитација
Ово је најчешћа форма. Јавља се када пумпа “глади“ флуид — то јест, када је расположива позитивна висина сисања (NPSHa) испод висине сисања која је потребна пумпи (NPSHr).
- Механизам: Низак притисак на отвору импелера доводи до кључања течности, стварајући мехуриће паре. Како се ови мехурићи преносе у подручја вишег притиска лопатица импелера, они се нагло урушавају.
- Узроци: начепљен филтер сисања или цеђивач, делимично затворен вентил сисања, цев сисања која је превише дуга или премало пречника, или пумпа намењена да подигне течност са превише велике висине.
Маржа на страни сисања је у основи проблем NPSH, тако да при пројектовању или отклањању неуспеха инсталације помаже да се експлицитно провере бројеви; наш Калкулатор NPSH израчунава расположиву висину и показује како близу система плови прагу кавитације.
б) Потисна кавитација
Ово је ређе и дешава се када је притисак на излазу пумпе изузетно висок, што спречава истек течности из пумпе.
- Механизам: Течност је заробљена између лопатица импелера и рециркулише великом брзином, стварајући зону вакуума ниског притиска где се формирају мехурићи. Ови мехурићи затим имплодирају док се крећу из подручја ниског притиска.
- Узроци: Блокиран или затворен испусни вентил, или пумпање уз „мртви притисак“ (потпуно блокиран испусни вод).
Рециркулација великих брзина унутар кавитације пражњења је блиско повезана са протоком рециркулација, још једна нестабилност малог протока која дели нека од истих симптома и једна је од неколико неисправности центрифугалне пумпе аналитичар научи да разликује.
3. Вибрациони потпис кавитације
Насилна имплозија хиљада сићушних мехурића паре не производи једну, уредну фреквенцију. Уместо тога, ствара веома јасан вибрациони потпис:
- Шум великих фреквенција широког спектра: примарни показатељ је значајан пораст “пода буке” БФТ спектар, нарочито при високим фреквенцијама (обично изнад 2.000 Hz). Она изгледа као широк “грб” насумичне енергије пре него као дискретни врхови.
- Насумична и нестална: вибрација је насумична и непериодична — управо зато производи без оштрих линија — и укупна амплитуда може видљиво флуктуирати од момента до момента. Ова насумичност је оно што раздваја кавитацију од обичног протока турбуленција, који има тенденцију да буде миљи и нижи по фреквенцији.
- Потенцијални хармоници фреквенције пролаза лопатице: у неким случајевима насумична енергија може побудити фреквенција пролаза лопатице (BPF = broj lopatica × радна брзина) и њихових хармоника, али доминантна карактеристика остаје континуирани шум основе. На пумпама се иста компонента често назива фреквенција проласка лопатице.
Пошто је енергија континуирана и импулсивна, технике прилагођене поновљеним ударима могу оштрим дијагнозу: анализа обвојнице и метрике као што су крест фактор јако реагују на брзе прелазне појаве колапсирања мехурића. Ако се кавитација наставља, може проузроковати секундарну штету — ерозију радног кола — што затим уводи прави механички неравнотежа што се појављује као висок пик 1×, корисно подсетање да једна кварност може узроковати другу.
4. Потврда
Пошто је карактеристика случајног шума, може се помешати са другим изворима турбуленције или тока, тако да је потврда вредна пре него што се приступа поправци:
- Слушање: кавитација често производи карактеристичан чујан звук, као шљунак или куглице које се котрљају унутар пумпе — често први знак који оператер приметује на терену.
- Промене у процесу: за сумњану кавитацију на усису, пажљиво и постепено отварање парцијално затвореног усисног вентила или чишћење усисног цевара требало би одмах да смањи или отклони шум на високим фреквенцијама. Овај намерни тест промене-и-посматрања је један од најефикаснијих доступних потврда, јер директно делује на хидрауличку узрок.
Критично је брзо адресирати кавитацију. Свака имплозија делује као микроскопски млаз-чекић, одломавајући радне лопатице радног кола и пумпну завојницу и доводећи до превременог кварења. У пракси, практични радни ток је потврдити континуирани спектар на вибрацијски анализатору, отклонити хидрауличку узрок, а затим проверити да је машина вратила на чист механички стања. Преносива двоканалска апаратура као што је Balanset-1A је идеална за тај завршни корак: када је кварност процеса отклоњена, она мери 1× амплитуда и фаза у сопственим лежајима пумпе при радној брзини, тако да се свако преостало неуравнотеженост остављено ерозијом може квантификовати и исправити балансирањем на месту балансирањем.
