Кавітація є прихованою загрозою для  вертикальний турбінний насос  роботи, що спричиняє вібрацію, шум і ерозію робочого колеса, що може призвести до катастрофічних збоїв. Однак через їх унікальну конструкцію (довжина вала до десятків метрів) і складну установку перевірка характеристик кавітації (визначення NPSHr) для вертикальних турбінних насосів створює значні проблеми.

I. Випробувальна установка із замкнутим циклом: точність проти просторових обмежень

1. Принципи та процедури тестування

• Основне обладнання: Система замкнутого циклу (вакуумний насос, резервуар стабілізатора, витратомір, датчики тиску) для точного контролю тиску на вході.

• Процедура:

· Зафіксуйте швидкість насоса та швидкість потоку.

· Поступово зменшуйте тиск на вході, поки напір не впаде на 3% (точка визначення NPSHr).

· Записати критичний тиск і розрахувати NPSHr.

• Точність даних: ±2%, відповідає стандартам ISO 5199.

2. Проблеми для вертикальних турбінних насосів

• Обмеження простору: стандартні установки із замкнутим циклом мають вертикальну висоту ≤5 м, що не сумісно з насосами з довгим валом (типова довжина вала: 10–30 м).

• Спотворення динамічної поведінки: укорочення валів змінює критичні швидкості та режими вібрації, спотворюючи результати випробувань.

3. Застосування в промисловості

• Варіанти використання: глибоководні насоси з коротким валом (вал ≤5 м), прототип R&D.

• Приклад: виробник насосів зменшив NPSHr на 22% після оптимізації конструкції робочого колеса за допомогою 200 випробувань замкнутого циклу.

II. Випробувальна установка з відкритим контуром: баланс гнучкості та точності

1. Принципи тестування

• Відкрита система:Використовує різницю рівня рідини в баку або вакуумні насоси для контролю тиску на вході (простіше, але менш точно).

• Ключові оновлення:

· Високоточні датчики диференціального тиску (похибка ≤0.1% повної шкали).

· Лазерні витратоміри (точність ±0.5%) замінюють традиційні турбінні лічильники.

2. Адаптація вертикального турбінного насоса

• Моделювання глибокої свердловини: побудуйте підземні шахти (глибина ≥ довжини шахти насоса), щоб відтворити умови занурення.

• Виправлення даних:CFD-моделювання компенсує втрати тиску на вході, спричинені опором трубопроводу.

III. Польове тестування: перевірка в реальному світі

1. Принципи тестування

• Робочі коригування: змінюйте вхідний тиск за допомогою дроселювання клапана або зміни швидкості VFD для визначення точок падіння напору.

• Ключова формула:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Потрібно виміряти вхідний тиск Pin, швидкість vin і температуру рідини.)

Процедура

На вхідному фланці встановити високоточні датчики тиску.

Поступово закривайте впускні клапани, записуючи потік, напір і тиск.

Побудуйте графік залежності напору від тиску на вході, щоб визначити точку перегину NPSHr.

2. Виклики та рішення

• Фактори перешкод:

· Вібрація труби → Встановити антивібраційні кріплення.

· Залучення газу → Використовуйте вбудовані монітори вмісту газу.

• Покращення точності:

· Усереднення багаторазових вимірювань.

· Аналізуйте спектри вібрації (початок кавітації викликає сплески енергії 1–4 кГц).

IV. Тестування зменшеної моделі: економічна ефективність

1. Основи теорії подібності

• Закони масштабування: Підтримувати питому швидкість ns; розміри робочого колеса:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

• Дизайн моделі:  співвідношення масштабів від 1:2 до 1:5; копіювати матеріали та шорсткість поверхні.

2. Переваги вертикального турбінного насоса

•Космічна сумісність: Моделі з коротким валом підходять до стандартних випробувальних установок.

• Економія: Витрати на тестування зменшені до 10–20% повномасштабних прототипів.

Джерела помилок і виправлення

•Ефекти масштабу:  Відхилення числа Рейнольдса → Застосувати моделі корекції турбулентності.

• Шорсткість поверхні:  Польські моделі до Ra≤0.8 мкм, щоб компенсувати втрати на тертя.

V. Цифрове моделювання: революція віртуального тестування

1. CFD моделювання

• Процес:

Створюйте 3D-моделі повного потоку.

Налаштувати моделі багатофазного потоку (вода + пара) і кавітації (наприклад, Schnerr-Sauer).

Ітерація до 3% падіння голови; екстракт НПШр .

• Перевірка: Результати CFD показують ≤8% відхилення від фізичних тестів у тематичних дослідженнях.

2. Прогноз машинного навчання

• Підхід, керований даними:  Навчання регресійних моделей на історичних даних; вхідні параметри робочого колеса (D2, β2 тощо) для прогнозування NPSHr.

• Перевага: Виключає фізичне тестування, скорочуючи цикли проектування на 70%.

Висновок: від «емпіричних припущень» до «кількісно визначеної точності»

Тестування кавітації вертикального турбінного насоса має подолати помилкове уявлення про те, що «унікальні конструкції перешкоджають точному тестуванню». Поєднуючи установки із замкнутим і відкритим циклом, польові випробування, масштабовані моделі та цифрове моделювання, інженери можуть кількісно визначити NPSHr для оптимізації проектів і стратегій технічного обслуговування. У міру розвитку гібридного тестування та інструментів штучного інтелекту досягнення повної видимості та контролю над продуктивністю кавітації стане стандартною практикою.