Hiện tượng sủi bọt là mối đe dọa tiềm ẩn đối với  máy bơm tuabin thẳng đứng  hoạt động, gây ra rung động, tiếng ồn và xói mòn cánh quạt có thể dẫn đến hỏng hóc thảm khốc. Tuy nhiên, do cấu trúc độc đáo (chiều dài trục lên đến hàng chục mét) và lắp đặt phức tạp, thử nghiệm hiệu suất xâm thực (xác định NPSHr) đối với máy bơm tuabin đứng đặt ra những thách thức đáng kể.

I. Thiết bị kiểm tra vòng kín: Độ chính xác so với các ràng buộc không gian

1. Nguyên tắc và thủ tục thử nghiệm

• Thiết bị cốt lõi: Hệ thống vòng kín (bơm chân không, bình ổn áp, lưu lượng kế, cảm biến áp suất) để kiểm soát áp suất đầu vào chính xác.

• Thủ tục:

· Cố định tốc độ bơm và lưu lượng.

· Giảm dần áp suất đầu vào cho đến khi áp suất giảm 3% (điểm xác định NPSHr).

· Ghi lại áp suất tới hạn và tính NPSHr.

• Độ chính xác dữ liệu: ±2%, tuân thủ tiêu chuẩn ISO 5199.

2. Thách thức đối với máy bơm tuabin đứng

• Giới hạn về không gian: Các giàn khoan vòng kín tiêu chuẩn có chiều cao thẳng đứng ≤5 m, không tương thích với các máy bơm trục dài (chiều dài trục thông thường: 10–30 m).

• Biến dạng hành vi động: Việc rút ngắn trục làm thay đổi tốc độ quan trọng và chế độ rung, làm sai lệch kết quả thử nghiệm.

3. Ứng dụng công nghiệp

• Trường hợp sử dụng: Máy bơm giếng sâu trục ngắn (trục ≤5 m), nguyên mẫu R&D.

• Nghiên cứu tình huống: Một nhà sản xuất máy bơm đã giảm NPSHr xuống 22% sau khi tối ưu hóa thiết kế cánh quạt thông qua 200 thử nghiệm vòng kín.

II. Thiết bị kiểm tra vòng hở: Cân bằng tính linh hoạt và độ chính xác

1. Nguyên tắc kiểm tra

• Hệ thống mở:Sử dụng chênh lệch mức chất lỏng trong bể hoặc máy bơm chân không để kiểm soát áp suất đầu vào (đơn giản hơn nhưng kém chính xác hơn).

• Nâng cấp chính:

· Bộ truyền áp suất chênh lệch có độ chính xác cao (sai số ≤0.1% FS).

· Lưu lượng kế laser (độ chính xác ±0.5%) thay thế lưu lượng kế tuabin truyền thống.

2. Sự thích nghi của máy bơm tuabin thẳng đứng

• Mô phỏng giếng sâu: Xây dựng các trục ngầm (độ sâu ≥ chiều dài trục bơm) để mô phỏng các điều kiện ngâm.

• Sửa dữ liệu:Mô hình CFD bù đắp cho tổn thất áp suất đầu vào do sức cản của đường ống.

III. Kiểm tra thực tế: Xác nhận thực tế

1. Nguyên tắc kiểm tra

• Điều chỉnh hoạt động: Điều chỉnh áp suất đầu vào thông qua van tiết lưu hoặc thay đổi tốc độ VFD để xác định điểm giảm áp suất.

• Công thức chính:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Yêu cầu đo áp suất đầu vào Pin, vận tốc vin và nhiệt độ chất lỏng.)

Thủ tục

Lắp đặt cảm biến áp suất có độ chính xác cao ở mặt bích đầu vào.

Đóng dần các van đầu vào trong khi ghi lại lưu lượng, cột áp và áp suất.

Vẽ đường cong áp suất đầu vào so với áp suất đầu vào để xác định điểm uốn NPSHr.

2.Thách thức và giải pháp

• Các yếu tố can thiệp:

· Đường ống rung → Lắp đặt giá đỡ chống rung.

· Cuốn theo khí → Sử dụng thiết bị giám sát hàm lượng khí trực tuyến.

• Cải thiện độ chính xác:

· Tính trung bình nhiều phép đo.

· Phân tích phổ rung động (sự khởi đầu của hiện tượng sủi bọt kích hoạt các xung năng lượng 1–4 kHz).

IV. Kiểm tra mô hình thu nhỏ: Thông tin chi tiết hiệu quả về chi phí

1. Cơ sở lý thuyết tương đồng

•Luật tỷ lệ: Duy trì tốc độ cụ thể ns; kích thước cánh quạt theo tỷ lệ như sau:

· QmQ=(ĐmĐ)3,HmH=(ĐmĐ)2

• Thiết kế mô hình:  Tỷ lệ từ 1:2 đến 1:5; mô phỏng vật liệu và độ nhám bề mặt.

2. Ưu điểm của máy bơm tuabin đứng

• Khả năng tương thích với không gian: Các mẫu trục ngắn phù hợp với giàn thử nghiệm tiêu chuẩn.

•Tiết kiệm chi phí: Chi phí thử nghiệm giảm xuống còn 10–20% so với nguyên mẫu hoàn chỉnh.

Nguồn lỗi và sửa lỗi

•Hiệu ứng tỷ lệ:  Độ lệch số Reynolds → Áp dụng mô hình hiệu chỉnh nhiễu loạn.

• Độ nhám bề mặt:  Mô hình Ba Lan tới Ra≤0.8μm để bù đắp tổn thất ma sát.

V. Mô phỏng số: Cuộc cách mạng thử nghiệm ảo

1. Mô hình CFD

•Quá trình:

Xây dựng mô hình 3D đường dẫn dòng chảy đầy đủ.

Cấu hình dòng chảy đa pha (nước + hơi) và mô hình xâm thực (ví dụ: Schnerr-Sauer).

Lặp lại cho đến khi giảm 3%; trích xuất NPSHr.

• Xác thực: Kết quả CFD cho thấy độ lệch ≤8% so với các thử nghiệm vật lý trong các nghiên cứu điển hình.

2. Dự đoán của máy học

• Phương pháp tiếp cận dựa trên dữ liệu:  Đào tạo các mô hình hồi quy trên dữ liệu lịch sử; nhập các tham số cánh quạt (D2, β2, v.v.) để dự đoán NPSHr.

• Lợi thế: Loại bỏ thử nghiệm vật lý, cắt giảm 70% chu kỳ thiết kế.

Kết luận: Từ "Phỏng đoán thực nghiệm" đến "Độ chính xác định lượng"

Kiểm tra hiện tượng xâm thực của bơm tua bin thẳng đứng phải khắc phục được quan niệm sai lầm rằng "cấu trúc độc đáo ngăn cản việc kiểm tra chính xác". Bằng cách kết hợp các giàn vòng kín/mở, thử nghiệm thực địa, mô hình thu nhỏ và mô phỏng kỹ thuật số, các kỹ sư có thể định lượng NPSHr để tối ưu hóa thiết kế và chiến lược bảo trì. Khi thử nghiệm kết hợp và các công cụ AI tiến bộ, việc đạt được khả năng hiển thị và kiểm soát hoàn toàn hiệu suất xâm thực sẽ trở thành thông lệ tiêu chuẩn.