A kavitáció rejtett veszélyt jelent  függőleges turbinás szivattyú  működését, ami vibrációt, zajt és a járókerék erózióját okozza, ami katasztrofális meghibásodásokhoz vezethet. Egyedülálló szerkezetük (akár több tíz méteres tengelyhossz) és összetett beépítésük miatt azonban a függőleges turbinás szivattyúk kavitációs teljesítményének vizsgálata (NPSHr meghatározás) jelentős kihívásokat jelent.

I. Zárt hurkú tesztberendezés: pontosság kontra térbeli korlátok

1. Tesztelési elvek és eljárások

• Alapfelszereltség: Zárt hurkú rendszer (vákuumszivattyú, stabilizátortartály, áramlásmérő, nyomásérzékelők) a pontos bemeneti nyomásszabályozás érdekében.

• Eljárás:

· A szivattyú fordulatszámának és térfogatáramának rögzítése.

· Fokozatosan csökkentse a bemeneti nyomást, amíg a nyomás le nem esik 3%-kal (NPSHr meghatározási pont).

· Rögzítse a kritikus nyomást és számítsa ki az NPSHr-t.

• Adatpontosság: ±2%, megfelel az ISO 5199 szabványnak.

2. Kihívások a függőleges turbinás szivattyúkkal szemben

• Helykorlátok: A szabványos zárt hurkú fúrótornyok függőleges magassága ≤5 m, nem kompatibilis a hosszútengelyű szivattyúkkal (tipikus tengelyhossz: 10-30 m).

• Dinamikus viselkedéstorzítás: A tengelyek lerövidítése megváltoztatja a kritikus sebességeket és a rezgési módokat, elferdíti a teszteredményeket.

3. Ipari alkalmazások

• Felhasználási esetek: Rövidtengelyű mélykútszivattyúk (akna ≤5 m), prototípus K+F.

• Esettanulmány: Egy szivattyúgyártó 22%-kal csökkentette az NPSHr-t, miután 200 zárt hurkú teszttel optimalizálta a járókerék kialakítását.

II. Nyílt hurkú tesztberendezés: a rugalmasság és a pontosság kiegyensúlyozása

1. Tesztelési alapelvek

• Nyílt rendszer:Tartály folyadékszint-különbségeket vagy vákuumszivattyúkat használ a bemeneti nyomás szabályozására (egyszerűbb, de kevésbé pontos).

• Főbb frissítések:

· Nagy pontosságú nyomáskülönbség-távadók (hiba ≤0.1% FS).

· A hagyományos turbinás mérőket felváltó lézeres áramlásmérők (±0.5%-os pontosság).

2. Függőleges turbinaszivattyú-adaptációk

• Mélykút-szimuláció: Építsen föld alatti aknákat (mélység ≥ szivattyútengely hossza) a merülési feltételek megismétléséhez.

• Adatjavítás:A CFD modellezés kompenzálja a csővezeték ellenállása által okozott bemeneti nyomásveszteségeket.

III. Helyszíni tesztelés: Validálás a valóságban

1. Tesztelési alapelvek

• Működési beállítások: Modulálja a bemeneti nyomást a szelep fojtásával vagy a VFD fordulatszám változtatásával, hogy azonosítsa a fejesési pontokat.

• Kulcsképlet:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Mérni kell a bemeneti nyomást a csap, a vin sebességet és a folyadék hőmérsékletét.)

Eljárás

Szereljen fel nagy pontosságú nyomásérzékelőket a bemeneti karimára.

Fokozatosan zárja el a bemeneti szelepeket, miközben rögzíti az áramlást, a nyomást és a nyomást.

Ábrázolja a fej/bemeneti nyomás görbét az NPSHr inflexiós pont azonosításához.

2. Kihívások és megoldások

• Zavartényezők:

· Csővibráció → Szerelje fel a rezgéscsillapító tartókat.

· Gázelszívás → Használjon beépített gáztartalom-figyelőket.

• Pontossági fejlesztések:

· Többszörös mérés átlaga.

· A rezgésspektrumok elemzése (a kavitáció 1–4 kHz-es energiacsúcsokat vált ki).

IV. Lekicsinyített modelltesztelés: Költséghatékony betekintés

1. Hasonlóságelméleti alapok

• Méretezési törvények: Fenntartja a fajlagos ns sebességet; a járókerék méretei:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Modell tervezés:  1:2-től 1:5-ig terjedő méretarányok; az anyagok és a felületi érdesség megismétlése.

2. A függőleges turbinás szivattyú előnyei

• Térkompatibilitás: A rövid tengelyű modellek szabványos tesztberendezésekhez illeszkednek.

• Költségmegtakarítás: A tesztelési költségek a teljes körű prototípusok 10–20%-ára csökkentek.

Hibaforrások és -javítások

• Skálahatások:  Reynolds-szám eltérések → Turbulenciakorrekciós modellek alkalmazása.

• Felületi érdesség:  Polírozza a modelleket Ra≤0.8μm-re a súrlódási veszteségek ellensúlyozására.

V. Digitális szimuláció: Virtuális tesztelési forradalom

1. CFD modellezés

•Folyamat:

Készítsen teljes áramlású 3D modelleket.

Többfázisú áramlási (víz + gőz) és kavitációs modellek (pl. Schnerr-Sauer) konfigurálása.

Iteráljon 3%-os fejesésig; NPSHr kivonat.

• Érvényesítés: A CFD eredmények ≤8%-os eltérést mutatnak a fizikai tesztektől az esettanulmányokban.

2. Gépi tanulási előrejelzés

• Adatközpontú megközelítés:  Regressziós modellek képzése történeti adatokon; bemeneti járókerék paraméterek (D2, β2 stb.) az NPSHr előrejelzéséhez.

• Előny: Megszünteti a fizikai tesztelést, 70%-kal csökkenti a tervezési ciklusokat.

Következtetés: Az "empirikus találgatástól" a "számszerűsíthető pontosságig"

A vertikális turbinaszivattyú kavitációs vizsgálatának le kell győznie azt a tévhitet, hogy "az egyedi szerkezetek kizárják a pontos tesztelést". A zárt/nyílt hurkú fúrótornyok, helyszíni tesztek, méretezett modellek és digitális szimulációk kombinálásával a mérnökök számszerűsíthetik az NPSHr-t a tervek és a karbantartási stratégiák optimalizálása érdekében. A hibrid tesztelés és az AI-eszközök fejlődésével a teljes láthatóság elérése és a kavitációs teljesítmény ellenőrzése általános gyakorlattá válik.