Kavitacija yra paslėpta grėsmė  vertikalus turbininis siurblys  veikimas, sukeliantis vibraciją, triukšmą ir sparnuotės eroziją, dėl kurios gali atsirasti katastrofiškų gedimų. Tačiau dėl unikalios struktūros (velenų ilgis iki dešimčių metrų) ir sudėtingo įrengimo vertikalių turbininių siurblių kavitacijos veikimo bandymai (NPSHr nustatymas) kelia didelių iššūkių.

I. Uždarojo ciklo bandymo įrenginys: tikslumas ir erdvės apribojimai

1.Testavimo principai ir procedūros

• Pagrindinė įranga: Uždarojo ciklo sistema (vakuuminis siurblys, stabilizatoriaus bakas, srauto matuoklis, slėgio jutikliai) tiksliam įėjimo slėgio valdymui.

• Procedūra:

· Pataisykite siurblio greitį ir srautą.

· Palaipsniui mažinkite įleidimo slėgį, kol slėgis nukris 3 % (NPSHr apibrėžimo taškas).

· Užrašykite kritinį slėgį ir apskaičiuokite NPSHr.

• Duomenų tikslumas: ±2%, atitinka ISO 5199 standartus.

2. Vertikalių turbininių siurblių iššūkiai

• Erdvės apribojimai: standartinių uždarojo ciklo įrenginių vertikalus aukštis yra ≤5 m, nesuderinamas su ilgo veleno siurbliais (įprastas veleno ilgis: 10–30 m).

• Dinaminis elgesio iškraipymas: sutrumpinant velenus, keičiasi kritiniai greičiai ir vibracijos režimai, iškreipti bandymo rezultatai.

3. Pramonės taikymas

• Naudojimo atvejai: trumpo veleno giluminiai siurbliai (velenas ≤5 m), MTTP prototipas.

• Atvejo tyrimas: siurblio gamintojas sumažino NPSHr 22 %, optimizavęs sparnuotės konstrukciją atlikęs 200 uždarojo ciklo bandymų.

II. Atviros kilpos bandymo įrenginys: lankstumo ir tikslumo balansavimas

1. Testavimo principai

• Atvira sistema:Naudojami bako skysčio lygio skirtumai arba vakuuminiai siurbliai įleidimo slėgio kontrolei (paprastesnis, bet ne toks tikslus).

• Pagrindiniai atnaujinimai:

· Didelio tikslumo diferencinio slėgio siųstuvai (klaida ≤0.1% FS).

· Lazeriniai debitmačiai (±0.5 % tikslumas), pakeičiantys tradicinius turbininius matuoklius.

2. Vertikalios turbinos siurblio pritaikymai

• Giluminio šulinio modeliavimas: statykite požemines šachtas (gylis ≥ siurblio veleno ilgis), kad atkartotų panardinimo sąlygas.

• Duomenų taisymas:CFD modeliavimas kompensuoja įėjimo slėgio nuostolius, atsiradusius dėl vamzdyno pasipriešinimo.

III. Lauko testavimas: patvirtinimas realiame pasaulyje

1. Testavimo principai

• Eksploataciniai reguliavimai: moduliuokite įėjimo slėgį vožtuvo droseliu arba VFD greičio keitimu, kad nustatytumėte galvos kritimo taškus.

• Pagrindinė formulė:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Reikia išmatuoti įėjimo slėgį kaištį, greitį vin ir skysčio temperatūrą.)

Procedūra

Prie įleidimo jungės sumontuokite didelio tikslumo slėgio jutiklius.

Palaipsniui uždarykite įleidimo vožtuvus, registruodami srautą, aukštį ir slėgį.

Nubraižykite aukštį ir įėjimo slėgio kreivę, kad nustatytumėte NPSHr vingio tašką.

2.Iššūkiai ir sprendimai

• Trukdžių veiksniai:

· Vamzdžių vibracija → Sumontuokite antivibracinius laikiklius.

· Dujų įtraukimas → Naudokite integruotus dujų kiekio monitorius.

• Tikslumo patobulinimai:

· Vidutinis kelių matavimų skaičius.

· Analizuoti virpesių spektrus (kavitacijos pradžia sukelia 1–4 kHz energijos šuolius).

IV. Sumažintas modelio testavimas: ekonomiškai efektyvios įžvalgos

1. Panašumo teorijos pagrindas

• Mastelio keitimo dėsniai: Išlaikyti specifinį greitį ns; mastelio sparnuotės matmenys:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Modelio dizainas:  mastelio santykiai nuo 1:2 iki 1:5; atkartoti medžiagas ir paviršiaus šiurkštumą.

2. Vertikalaus turbininio siurblio privalumai

• Suderinamumas su erdve: Trumpo veleno modeliai tinka standartiniams bandymo stendams.

• Išlaidų taupymas: Bandymo išlaidos sumažintos iki 10–20 % viso masto prototipų.

Klaidų šaltiniai ir pataisymai

• Mastelio efektai:  Reinoldso skaičiaus nuokrypiai → Taikyti turbulencijos korekcijos modelius.

• Paviršiaus šiurkštumas:  Poliruoti modelius iki Ra≤0.8μm, kad būtų kompensuoti trinties nuostoliai.

V. Skaitmeninis modeliavimas: virtualaus testavimo revoliucija

1. CFD modeliavimas

• Procesas:

Kurkite viso srauto 3D modelius.

Konfigūruokite daugiafazius srautus (vanduo + garai) ir kavitacijos modelius (pvz., Schnerr-Sauer).

Kartokite iki 3% galvos kritimo; ekstraktas NPSHr.

• Patvirtinimas: CFD rezultatai rodo ≤8% nuokrypį nuo fizinių testų atvejų tyrimuose.

2. Mašininio mokymosi numatymas

• Duomenimis pagrįstas metodas:  Istorinių duomenų regresijos modelių mokymas; įvesties sparnuotės parametrai (D2, β2 ir kt.), kad būtų galima numatyti NPSHr.

• Privalumas: Pašalina fizinius bandymus, sumažina projektavimo ciklus 70%.

Išvada: nuo „empirinio spėliojimo“ iki „kiekybinio tikslumo“

Vertikalios turbinos siurblio kavitacijos bandymai turi įveikti klaidingą nuomonę, kad „unikalios konstrukcijos neleidžia atlikti tikslių bandymų“. Derindami uždarojo / atvirojo ciklo įrenginius, lauko bandymus, mastelio modelius ir skaitmeninius modeliavimus, inžinieriai gali kiekybiškai įvertinti NPSHr, kad optimizuotų dizainą ir priežiūros strategijas. Tobulėjant hibridiniam testavimui ir dirbtinio intelekto įrankiams, visiškas matomumas ir kavitacijos veikimo kontrolė taps įprasta praktika.