Kavitasyonun Teşhisi
Kavitasyon meydana gelen yıkıcı bir olgudur pompalar ve diğer hidrolik sistemlerde: bir sıvı içinde buhar kabarcıklarının hızla oluşup şiddetle çökmesi (implosion). Sıvının yerel statik basıncı buhar basıncının altına düştüğünde bu olay meydana gelir; böylece sıvı ortam sıcaklığında anlık olarak kaynar ve basınç toparlandığında yeniden yoğuşur. Bu durum sık sık “tıslama” ya da “bilye tıkırtısı” sesi olarak tarif edilse de, kavitasyon önemli bir titreşim ve pervanelerde ve muhafazalarda ciddi, aşındırıcı hasara neden olabilir. Daha da önemlisi, bu bir hidrolik mekanik bir sorundan ziyade bir proses sorunudur — yine de titreşim analizi, bu da onu bir proses arızasını teşhis etmek için titreşimin kullanıldığı klasik bir örnek haline getirir.
1. Tanım: Kavitasyon Nedir?
Kavitasyonun fiziği, yerel basınç ile buhar basıncı arasındaki ilişkiye dayanır. Bir pompanın içinde sıvı, çark gözüne girerken hızlanır ve Bernoulli'nin ilkesine göre bu hızlanma yerel basıncı düşürür. Basınç sıvının buhar basıncının altına düşerse, küçük buhar boşlukları oluşur. Bunlar ancak akış onları daha yüksek basınçlı bir bölgeye — tipik olarak kanat üzerinde birkaç milimetre ilerideki bir noktaya — taşıyana kadar varlığını sürdürür ve sonra neredeyse anında çöker. Her çöküş, keskin bir basınç darbesi ve yüksek frekanslı bir enerji patlaması oluşturan mikroskobik bir içe çökmedir. Her saniye oluşan binlerce kabarcıkla birlikte bunun kümülatif etkisi, metal yüzeylerde yavaş ama amansız oyulmayla birlikte hem duyulabilir gürültü hem de ölçülebilir titreşimdir.
2. İki Tür Kavitasyon
a) Emiş Kavitasyonu
Bu en yaygın biçimdir. Pompa “sıvısız kalmaya” başladığında, yani Mevcut Net Pozitif Emme Yüksekliği (NPSHa) pompanın Gerektirdiği Net Pozitif Emme Yüksekliğinin (NPSHr) altına düştüğünde meydana gelir.
- Mekanizma: Pervane gözündeki düşük basınç, sıvının kaynamasına ve buhar kabarcıkları oluşmasına neden olur. Bu kabarcıklar, pervane kanatlarının daha yüksek basınçlı bölgelerine taşınırken şiddetli bir şekilde çökerler.
- Nedenleri: tıkanmış bir emme filtresi veya süzgeci, kısmen kapalı bir emme valfi, çok uzun veya çapı çok küçük bir emme hattı veya sıvıyı çok yüksekten kaldırmak için gereken bir pompa.
Emme tarafı marjı temelde bir NPSH sorunudur, bu nedenle bir kurulum tasarlarken veya sorun giderirken sayıları açıkça kontrol etmek yardımcı olur; bizim NPSH Hesaplayıcısı mevcut basma yüksekliğini hesaplar ve bir sistemin kavitasyon eşiğine ne kadar yakın seyrettiğini gösterir.
b) Deşarj Kavitasyonu
Bu durum daha az yaygındır ve pompanın basma basıncı son derece yüksek olduğunda, akışkanın pompadan dışarı akmasını engellediğinde ortaya çıkar.
- Mekanizma: Akışkan, pervane kanatları arasında sıkışır ve yüksek hızda devridaim yaparak, kabarcıkların oluştuğu düşük basınçlı bir vakum bölgesi oluşturur. Bu kabarcıklar daha sonra düşük basınçlı bölgeden çıktıkça kendi içlerine doğru patlarlar.
- Nedenleri: Tıkalı veya kapalı bir tahliye vanası veya “ölü kafaya” (tamamen tıkalı bir tahliye hattı) karşı pompalama.
Deşarj kavitasyonunun arkasındaki yüksek hızlı iç sirkülasyon akışla yakından ilişkilidir devridaim, aynı semptomlardan bazılarını paylaşan bir başka düşük akış istikrarsızlığıdır ve birkaç santrifüj pompa kusurları bir analist ayırt etmeyi öğrenir.
3. Kavitasyonun Titreşim İmzası
Binlerce küçük buhar kabarcığının şiddetli bir şekilde içe doğru patlaması tek bir düzgün frekans üretmez. Bunun yerine, çok belirgin bir titreşim imzası yaratır:
- Yüksek frekanslı geniş bant gürültüsü: birincil gösterge, spektrumda “gürültü tabanında” belirgin bir yükseliştir FFT spektrumu, özellikle yüksek frekanslarda (tipik olarak 2,000 Hz'in üzerinde). Ayrık tepe noktaları yerine rastgele enerjinin geniş bir “tümseği” olarak görünür.
- Rastgele ve kararsız: Titreşim rastgele ve periyodik değildir - tam da bu yüzden keskin çizgiler üretmez - ve genel genlik andan ana fark edilir şekilde dalgalanabilir. Bu rastgelelik kavitasyonu sıradan akıştan ayıran şeydir türbülans, daha hafif ve daha düşük sıklıkta olma eğilimindedir.
- Bıçak geçiş frekansının potansiyel harmonikleri: Bazı durumlarda, rastgele enerji kanat geçiş frekansı (BPF = kanat sayısı × çalışma hızı) ve harmoniklerini içerir, ancak baskın özellik geniş bant gürültü tabanı olarak kalır. Pompalarda bu aynı bileşen genellikle kanat geçiş frekansı.
Enerji geniş bantlı ve dürtüsel olduğundan, tekrarlayan darbelere göre ayarlanmış teknikler teşhisi keskinleştirebilir: zarf analizi ve aşağıdaki gibi metrikler tepe faktörü hızlı kabarcık çökmesi geçişlerine güçlü bir şekilde tepki verir. Kavitasyon ilerlemeye bırakılırsa ikincil hasara (pervanenin erozyona uğraması) neden olabilir ve bu da gerçek bir mekanik balanssızlık yüksek bir 1× tepe noktası olarak ortaya çıkar, bu da bir hatanın diğerini doğurabileceğine dair faydalı bir hatırlatmadır.
4. Doğrulama
İmza rastgele bir gürültü olduğundan, türbülans veya akışla ilgili diğer kaynaklarla karıştırılabilir, bu nedenle bir onarım yapmadan önce teyit etmek faydalı olacaktır:
- Dinleme: Kavitasyon genellikle pompanın içinde yuvarlanan çakıl veya bilyeler gibi belirgin bir ses çıkarır - genellikle bir operatörün zeminde fark ettiği ilk ipucu budur.
- Süreç değişiklikleri: Şüpheli emiş kavitasyonu için, kısmen kapalı bir emiş valfini dikkatlice ve yavaşça açmak veya emiş süzgecini temizlemek, yüksek frekanslı gürültüyü derhal azaltmalı veya ortadan kaldırmalıdır. Bu kasıtlı değiştirme ve gözlemleme testi, hidrolik nedeni doğrudan manipüle ettiği için mevcut en etkili doğrulamalardan biridir.
Kavitasyona hızla müdahale etmek kritik önem taşır. Her bir implosion, pervane kanatlarını ve pompa salyangozunu aşındırarak erken arızaya yol açan mikroskobik bir jet çekici gibi davranır. Sahada pratik iş akışı, bir titreşim analizöründe geniş bant imzayı doğrulamak, hidrolik nedeni ortadan kaldırmak ve ardından makinenin temiz bir mekanik duruma döndüğünü teyit etmektir. Bunun son adımı için Balanset-1A bu son adım için çok uygundur: süreç hatası iyileştirildikten sonra, 1× genlik ve faz pompanın kendi yataklarında, çalışma hızında 1× dengesizlik erozyonun geride bıraktığı herhangi bir artık balanslama.
