Діагностика кавітації
Кавітація це деструктивне явище, яке виникає в насоси та інших гідравлічних системах: швидке утворення і сильне руйнування (імплозія) бульбашок пари в рідині. Це відбувається, коли локальний статичний тиск рідини падає нижче тиску пари, тому рідина миттєво закипає при температурі навколишнього середовища, а потім знову конденсується, коли тиск відновлюється. Хоча її часто описують як “шипіння” або “брязкіт”, кавітація є важливим джерелом вібрація і може спричинити серйозні ерозійні пошкодження робочих коліс і корпусів. Дуже важливо, що це є ознакою гідравлічний а не механічна проблема - проте її легко виявити за допомогою аналіз вібрації, що робить його класичним прикладом використання вібрації для діагностики технологічної несправності.
1. Визначення: Що таке кавітація?
Фізика кавітації ґрунтується на взаємозв'язку між місцевим тиском і тиском пари. Усередині насоса рідина прискорюється, коли потрапляє у вушко робочого колеса, і за принципом Бернуллі це прискорення знижує місцевий тиск. Якщо тиск падає нижче тиску пари рідини, утворюються крихітні парові порожнини. Вони виживають лише доти, доки потік не віднесе їх в область вищого тиску - зазвичай на кілька міліметрів далі вздовж лопаті - де вони майже миттєво колапсують. Кожне руйнування - це мікроскопічний вибух, який вивільняє різкий стрибок тиску і сплеск високочастотної енергії. Помножте це на тисячі бульбашок, що утворюються щосекунди, і кумулятивний ефект - це і чутний шум, і вимірювана вібрація, поряд з повільним, невпинним роз'їданням металевих поверхонь.
2. Два типи кавітації
а) Кавітація всмоктування
Це найпоширеніша форма. Вона виникає, коли насос “голодує” на рідині, тобто коли наявний чистий позитивний напір всмоктування (NPSHa) падає нижче необхідного чистого позитивного напору всмоктування (NPSHr) для насоса.
- Механізм: Низький тиск біля вушка крильчатки призводить до кипіння рідини, утворюючи бульбашки пари. Коли ці бульбашки переносяться в області лопаток крильчатки з вищим тиском, вони різко руйнуються.
- Причини: засмічений всмоктувальний фільтр або сітчастий фільтр, частково закритий всмоктувальний клапан, занадто довгий або занадто малий діаметр всмоктувальної лінії або насос, який повинен піднімати рідину з надто великої висоти.
Відставання на стороні всмоктування є основною проблемою NPSH, тому під час проектування або усунення несправностей установки корисно перевіряти цифри в явному вигляді; наш Калькулятор NPSH обчислює наявний напір і показує, наскільки близько система підпливає до порогу кавітації.
b) Кавітація нагнітання
Це трапляється рідше і трапляється, коли тиск нагнітання насоса надзвичайно високий, що перешкоджає витоку рідини з насоса.
- Механізм: Рідина затримується між лопатями робочого колеса та рециркулює з високою швидкістю, створюючи вакуумну зону низького тиску, де утворюються бульбашки. Ці бульбашки потім вибухають, виходячи з області низького тиску.
- Причини: Заблокований або закритий напірний клапан, або перекачування проти «мертвого напору» (повністю заблокована напірна лінія).
Високошвидкісна внутрішня рециркуляція за кавітацією розряду тісно пов'язана з потоком рециркуляція, ще одна малопоточна нестабільність, яка має деякі з тих самих симптомів і є однією з декількох дефекти відцентрових насосів аналітик вчиться розрізняти.
3. Вібраційна сигнатура кавітації
Бурхливе зіткнення тисяч крихітних бульбашок пари не створює єдиної чіткої частоти. Натомість воно створює дуже чітку вібраційну сигнатуру:
- Високочастотний широкосмуговий шум: Основним індикатором є значне підвищення “шумового порогу” в Спектр ШПФ, особливо на високих частотах (зазвичай понад 2 000 Гц). Він виглядає як широкий “горб” випадкової енергії, а не як дискретні піки.
- Випадковий і нестабільний: вібрація є випадковою і неперіодичною - саме тому вона не утворює різких ліній - і загальна амплітуда може помітно коливатися від моменту до моменту. Ця випадковість і відрізняє кавітацію від звичайної течії турбулентність, який, як правило, м'якший і нижчий за частотою.
- Потенційні гармоніки частоти проходження леза: У деяких випадках випадкова енергія може збуджувати частота проходження лопаті (BPF = кількість лопатей × робоча швидкість) та його гармонік, але домінуючою характеристикою залишається широкосмуговий рівень шуму. На насосах цю саму складову часто називають частота проходження лопатки.
Оскільки енергія є широкосмуговою та імпульсною, методи, налаштовані на повторювані впливи, можуть підвищити точність діагностики: аналіз обвідної та метрики, такі як коефіцієнт амплітуди сильно реагують на швидкі перехідні процеси колапсу бульбашок. Якщо залишити кавітацію прогресувати, вона може спричинити вторинне пошкодження - ерозію робочого колеса, що призведе до справжнього механічного дисбаланс що відображається у вигляді високого піку 1×, корисне нагадування про те, що одна несправність може спричинити іншу.
4. Підтвердження
Оскільки сигнатура є випадковим шумом, її можна сплутати з іншими джерелами, пов'язаними з турбулентністю або потоком, тому перед початком ремонту варто підтвердити її наявність:
- Прослуховування: Кавітація часто викликає виразний звук, схожий на перекочування гравію або камінців всередині насоса, що часто є першою ознакою, яку оператор помічає на підлозі.
- Зміни в процесі: При підозрі на кавітацію всмоктування обережне і повільне відкриття частково закритого всмоктувального клапана або очищення всмоктувального сітчастого фільтра повинно негайно зменшити або усунути високочастотний шум. Цей тест навмисної зміни і спостереження є одним з найефективніших доступних підтверджень, оскільки він безпосередньо маніпулює гідравлічною причиною.
Вкрай важливо швидко усунути кавітацію. Кожна імплозія діє як мікроскопічний реактивний молот, руйнуючи лопаті робочого колеса і спіраль насоса і призводячи до передчасного виходу з ладу. У польових умовах практичний робочий процес полягає в тому, щоб підтвердити широкосмугову сигнатуру на віброаналізаторі, усунути гідравлічну причину, а потім переконатися, що машина повернулася до чистого механічного стану. Портативний двоканальний прилад, такий як Балансет-1а добре підходить для цього останнього етапу: як тільки технологічна помилка усунена, він вимірює 1× амплітуда і фаза у власних підшипниках насоса на робочій швидкості, тому будь-який залишковий дисбаланс залишені ерозією, можна кількісно оцінити та виправити на місці балансування.
