Kavitacija je skrita grožnja za  vertikalna turbinska črpalka  delovanje, kar povzroča vibracije, hrup in erozijo rotorja, ki lahko vodi do katastrofalnih okvar. Vendar pa zaradi njihove edinstvene strukture (dolžine gredi do več deset metrov) in zapletene namestitve preskušanje učinkovitosti kavitacije (določitev NPSHr) za vertikalne turbinske črpalke predstavlja velik izziv.

I. Preskusna naprava z zaprto zanko: natančnost v primerjavi s prostorskimi omejitvami

1. Načela in postopki testiranja

• Osnovna oprema: Sistem z zaprto zanko (vakuumska črpalka, rezervoar stabilizatorja, merilnik pretoka, senzorji tlaka) za natančno regulacijo vstopnega tlaka.

• Postopek:

· Določite hitrost črpalke in pretok.

· Postopoma zmanjšajte vstopni tlak, dokler se tlačna višina ne zmanjša za 3 % (točka definicije NPSHr).

· Zapišite kritični tlak in izračunajte NPSHr.

• Natančnost podatkov: ±2 %, skladno s standardi ISO 5199.

2. Izzivi za vertikalne turbinske črpalke

• Prostorske omejitve: standardne naprave z zaprto zanko imajo navpično višino ≤5 m, kar ni združljivo s črpalkami z dolgo gredjo (tipična dolžina gredi: 10–30 m).

• Izkrivljanje dinamičnega vedenja: skrajšanje gredi spremeni kritične hitrosti in načine tresljajev, poševne rezultate testov.

3. Industrijske aplikacije

• Primeri uporabe: črpalke za globoke vrtine s kratko gredjo (gred ≤5 m), raziskave in razvoj prototipa.

• Študija primera: Proizvajalec črpalke je zmanjšal NPSHr za 22 % po optimizaciji zasnove rotorja z 200 preskusi zaprte zanke.

II. Testna naprava z odprto zanko: uravnoteženje prilagodljivosti in natančnosti

1. Načela testiranja

• Odprti sistem:Uporablja razlike v nivoju tekočine v rezervoarju ali vakuumske črpalke za krmiljenje vstopnega tlaka (preprostejše, a manj natančno).

• Ključne nadgradnje:

· Visoko natančni oddajniki diferenčnega tlaka (napaka ≤0.1 % FS).

· Laserski merilniki pretoka (±0.5 % natančnost), ki nadomeščajo tradicionalne turbinske merilnike.

2. Prilagoditve navpične turbinske črpalke

• Simulacija globoke vrtine: zgradite podzemne jaške (globina ≥ dolžina jaška črpalke), da ponovite pogoje potopitve.

• Popravek podatkov:Modeliranje CFD kompenzira izgube vhodnega tlaka, ki jih povzroča upor cevovoda.

III. Testiranje na terenu: Validacija v resničnem svetu

1. Načela testiranja

• Delovne prilagoditve: Modulirajte vstopni tlak z dušenjem ventila ali spremembami hitrosti VFD, da prepoznate točke padca višine.

• Ključna formula:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Zahteva merjenje vstopnega tlaka Pin, hitrosti vin in temperature tekočine.)

Postopek

Na vstopno prirobnico namestite visokonatančne tlačne senzorje.

Postopoma zaprite vstopne ventile, medtem ko beležite pretok, višino in tlak.

Narišite krivuljo višine glede na vstopni tlak, da ugotovite prevojno točko NPSHr.

2. Izzivi in ​​rešitve

• Dejavniki motenj:

· Vibracije cevi → Namestite antivibracijske nosilce.

· Vnos plina → Uporabite vgrajene monitorje vsebnosti plina.

• Izboljšave natančnosti:

· Povprečje večkratnih meritev.

· Analizirajte spektre vibracij (začetek kavitacije sproži energijske konice 1–4 kHz).

IV. Testiranje pomanjšanega modela: stroškovno učinkoviti vpogledi

1. Osnova teorije podobnosti

• Zakoni skaliranja: Ohranjanje specifične hitrosti ns; Mere rotorja merila kot:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Oblikovanje modela:  1:2 do 1:5 razmerja; replika materialov in površinske hrapavosti.

2. Prednosti navpične turbinske črpalke

• Vesoljska združljivost: Modeli s kratko gredjo ustrezajo standardnim preskusnim napravam.

• Prihranek stroškov: Stroški testiranja so zmanjšani na 10–20 % prototipov v polnem obsegu.

Viri napak in popravki

• Učinki lestvice:  Odstopanja Reynoldsovega števila → Uporabite modele korekcije turbulence.

• Površinska hrapavost:  Poljski modeli na Ra≤0.8μm za izravnavo izgub zaradi trenja.

V. Digitalna simulacija: revolucija virtualnega testiranja

1. CFD modeliranje

• Postopek:

Zgradite 3D modele s celotno potjo.

Konfigurirajte modele večfaznega toka (voda + para) in kavitacije (npr. Schnerr-Sauer).

Ponavljajte do 3 % padca glave; ekstrakt NPSHr.

• Validacija: Rezultati CFD kažejo ≤8 % odstopanje od fizičnih testov v študijah primerov.

2. Napovedovanje strojnega učenja

• Pristop, ki temelji na podatkih:  Usposabljanje regresijskih modelov na zgodovinskih podatkih; vhodne parametre propelerja (D2, β2 itd.) za napovedovanje NPSHr.

• Prednost: Odpravlja fizično testiranje in skrajša cikle načrtovanja za 70 %.

Zaključek: od "empiričnega ugibanja" do "količinsko opredeljive natančnosti"

Testiranje kavitacije vertikalne turbinske črpalke mora preseči napačno prepričanje, da "edinstvene strukture onemogočajo natančno testiranje." S kombiniranjem naprav z zaprto/odprto zanko, testov na terenu, pomanjšanih modelov in digitalnih simulacij lahko inženirji kvantificirajo NPSHr za optimizacijo zasnov in strategij vzdrževanja. Ko hibridno testiranje in orodja AI napredujejo, bo doseganje popolne vidljivosti in nadzora nad delovanjem kavitacije postalo standardna praksa.