O pompă hidraulică pe o mașină de construcții a oferit doar 480 de ore de funcționare înainte ca tehnicianul să observe zgomotul distinctiv, asemănător pietrișului, provenit din partea de aspirație. Când unitatea a fost deschisă, zona de admisie și cartușul pompei prezentau gropi adânci și suprafețe rugoase. A fost cavitație, nu o piesă defectă. Cavitația este cauza principală a defecțiunii premature a pompei în sistemele hidraulice și poate fi aproape întotdeauna evitată prin înțelegerea condițiilor care o declanșează.
Cavitația are loc atunci când presiunea fluidului la admisia pompei scade sub presiunea de vapori a uleiului, formând bule de vapori care se prăbușesc violent când sunt împinse în zona de înaltă presiune din interiorul pompei. Colapsul generează unde de șoc localizate care erodează metalul, provoacă vibrații și, în cele din urmă, duc la distrugerea pompei. Pentru utilaje de constructii operatori, aceasta înseamnă timp neplanificat și reparații costisitoare. Numai un cartus de pompa de schimb poate costa sute de dolari, iar timpul de nefunctionare pentru un excavator sau o presa hidraulica poate fi si mai scump.
Ce este cavitația și de ce distruge pompele
Cavitația este un proces fizic care are loc în orice pompă de lichid. Fiecare fluid hidraulic are o presiune a vaporilor care crește odată cu temperatura. Când presiunea de pe partea de aspirație a pompei scade sub această presiune de vapori, fluidul începe să fiarbă la temperatura ambiantă, formând bule microscopice. Pe măsură ce acele bule călătoresc în regiunea de înaltă presiune a pompei, ele sunt prăbușite de fluidul din jur. Aceste implozii acționează ca niște ciocane microscopice împotriva suprafețelor metalice, generând unde de șoc cu presiuni locale care pot depăși 1.000 bar.
Marja dintre NPSH disponibil și necesar este ceea ce inginerii numesc marja NPSH. Menținerea acestei marje sănătoase este cea mai importantă regulă de proiectare pentru prevenirea cavitației.
Daunele din acest proces au un aspect distinctiv. Zonele afectate, de obicei orificiul de aspirație, marginea de intrare a cartuşului cu palete sau rotorul, sunt zâmbite și se simt aspre la atingere. În cazurile severe, metalul lipsește cu totul. Capacitatea pompei scade, zgomotul devine mai puternic, iar riscul unei blocări complete a pompei crește.
Principalele cauze ale cavitației în pompe
Înțelegerea cauzelor este primul pas către prevenire. Există două categorii generale: cauze pe partea de aspirație și cauze pe partea de refulare. Tabelul de mai jos le rezumă pe cele mai comune.
| categorie | Cauza | Efect asupra pompei |
|---|---|---|
| Aspirare | NPSHa mai mic decât NPSHr | La intrare se formează bule |
| Aspirare | Filtru de aspirație sau sită înfundată | Căderea de presiune și lipsa debitului |
| Aspirare | Aspirare line too long, too small, or too many bends | Pierderea excesivă de presiune |
| Aspirare | Temperatura ridicată a fluidului | Presiunea vaporilor crește, mai ușor de cavitat |
| Aspirare | Pompa montată prea sus peste nivelul uleiului | Înălțime insuficientă la admisie |
| Descarcare | Ieșire blocată, supapă închisă sau setare de înaltă presiune | Descarcare cavitation |
| Descarcare | Funcționare peste viteza nominală | Presiunea internă scade sub presiunea vaporilor |
| Sistem | Pătrunderea aerului în conducta de aspirație | Pungi de gaz care imită cavitația |
Cea mai comună categorie este cavitația pe partea de aspirație. Apare atunci când pompa pur și simplu nu poate atrage suficient lichid. Elementul de filtrare este cel mai frecvent vinovat: pe măsură ce filtrul se înfundă, diferența de presiune peste el crește, iar presiunea la admisia pompei scade sub presiunea vaporilor. Chiar și un filtru cu o cantitate modestă de contaminare poate provoca acest lucru.
O a doua cauză comună este linia de aspirație în sine. Dacă conducta este mai îngustă decât recomandarea producătorului pompei sau dacă există prea multe coturi și fitinguri, viteza fluidului în conducta de aspirație crește și presiunea locală scade. Același lucru se întâmplă atunci când pompa este montată mult deasupra rezervorului: ridicarea de aspirație depășește ceea ce poate furniza fluidul în siguranță.
Temperatura fluidului este o cauză ascunsă pe care operatorii o ignoră adesea. Presiunea de vapori a majorității uleiurilor hidraulice crește semnificativ peste 60°C. Dacă un sistem funcționează la 70°C cu un nivel scăzut de ulei sau un filtru parțial înfundat, cavitația poate începe chiar și atunci când calculele NPSH au arătat bine în faza de proiectare.
Cavitația din partea de descărcare este mai puțin frecventă, dar totuși gravă. Dacă conducta de evacuare este obstrucționată, dacă o supapă este deschisă doar parțial sau dacă valoarea de referință de reducere a presiunii este crescută peste capacitatea nominală a pompei, presiunea la elementele de pompare poate scădea sub presiunea vaporilor. În pompele cu piston și pompe cu palete deopotrivă, această condiție produce același zgomot și daune.
Antrenarea aerului de la o conductă de aspirație cu scurgeri poate imita, de asemenea, simptomele cavitației adevărate. Când pompa ingerează aer, pungile de gaz se prăbușesc cu un zgomot similar și provoacă o eroziune similară. Diferența este că cauza principală este aerul, nu presiunea vaporilor. Inspectarea și strângerea tuturor conexiunilor conductei de aspirație este un pas simplu care evită multe alarme false.
Cum să detectați cavitația înainte ca pompa să se defecteze
Cavitația dă avertismente clare. Cel mai de încredere este sunetul: o „marmură într-un borcan” constant sau un zdrănitor asemănător pietrișului, care devine mai rău atunci când volumul de muncă crește. Vibrația este al doilea semn. O pompă care funcționează fără probleme la 1.800 rpm, dar devine aspră la 2.200 rpm vă spune că admisia este restricționată.
Schimbările de performanță sunt, de asemenea, frecvente. Debitul scade treptat, iar cilindrul hidraulic sau motorul din aval se mișcă mai lent decât atunci când sistemul era nou. Citirile de presiune la ieșirea pompei fluctuează și uleiul poate face spumă în rezervor.
Când deschideți pompa în timpul unui interval de service, inspectați cartușul pompei. Setul de palete interne este adesea prima parte care arată deteriorarea. Vârfurile paletelor cu sâmburi, înțepăturile pe placa port și suprafețele aspre la orificiul de aspirație sunt toate indicii că cavitația a avut loc. Vestea bună este că cartuşul este o componentă înlocuibilă. Într-o pompă de tip T6/T7, cartuşul poate fi schimbat fără a înlocui carcasa pompei, ceea ce reduce costul reparaţiei.
Cartuș T6/T7 Structura lamei cu două buze Seria T adoptă o structură cu lame cu două buze, iar buzele duble contactează alternativ statorul pentru a reduce impactul lamelor asupra statorului. Ulei pentru miezul pompei din seria T... Vizualizare produs → Cum să preveniți cavitația în sistemele hidraulice reale
Prevenirea poate fi abordată la trei niveluri: proiectarea sistemului, obiceiurile de operare și întreținerea.
Sfaturi pentru proiectarea sistemului
- Calculați NPSHa în cel mai rău caz: temperatură ridicată a uleiului, filtru contaminat și cel mai scăzut nivel de ulei din rezervor. Păstrați o marjă de cel puțin 15-20% peste NPSHr necesar pompei.
- Păstrați conducta de aspirație cât mai scurtă și dreaptă posibil. Viteza fluidului în conducta de aspirație nu trebuie să depășească 1,2 m/s pentru o pompă hidraulică. Folosiți o țeavă mai mare dacă este necesar.
- Minimizați fitingurile, coturile și supapele pe partea de aspirație. Fiecare fiting suplimentar adaugă o cădere de presiune.
- Folosiți un filtru de retur în loc de un filtru de aspirație atunci când este posibil. Dacă un filtru de aspirație este inevitabil, selectați unul cu o presiune diferențială scăzută și un bypass generos.
- În rezervor, mențineți un nivel de lichid care acoperă admisia pompei. Folosiți un deflector pentru a preveni agitarea uleiului și atragerea aerului în pompă.
- Alegeți o pompă cu un NPSHr care se potrivește cu NPSH disponibil. O pompă cu palete din seria V este proiectată cu un cartuș compact și o funcționare silențioasă, ceea ce o poate face mai potrivită pentru sistemele sensibile la aspirație.
Pompă unică cu zgomot redus seria V Pompa intra-paletă cu zgomot redus din seria V îndeplinește industria mașinilor-unelte. Aceste pompe au presiune mare. Cu capacitate mare, dimensiuni compacte, nivel redus de zgomot și servicii mai lungi... Vizualizare produs → Obiceiuri de operare
- Porniți pompa în intervalul de viteză al producătorului. Majoritatea pompelor cu palete sunt nominale pentru 1.200 până la 2.500 rpm. Împingerea unei pompe la 3.000 rpm în mod continuu provoacă cavitație, chiar dacă linia de aspirație arată bine.
- Mențineți temperatura fluidului în intervalul 40-60°C. Utilizați un schimbător de căldură atunci când o mașină funcționează continuu.
- Nu setați supapa de siguranță peste presiunea maximă a producătorului pompei. Valoarea de referință a presiunii trebuie să se potrivească cu proiectarea sistemului, nu cu limita teoretică a pompei.
- Pentru aplicații de înaltă presiune cu sarcină variabilă, o pompă cu piston precum seria A10VSO oferă un design rigid și toleranțe bune la presiune înaltă.
Pompă cu piston seria A10VSO 31 Descriere produs: Vizualizare produs → Sfaturi de întreținere
- Înlocuiți filtrele de aspirație la program, nu atunci când indicatorul se declanșează. Un filtru care este înfundat în proporție de 80% poate produce în continuare o presiune adecvată în conducta de retur, dar căderea sa de presiune pe partea de aspirație poate fi deja suficient de mare pentru a perturba admisia pompei.
- Verificați cartușul pompei în timpul fiecărei service-uri programate. Dacă vârfurile paletelor arată uzură sau sâmburi, acesta este un semnal precoce.
- Monitorizați temperatura uleiului și contaminarea. Temperatura ridicată și murdăria sunt o combinație letală.
Concluzia
Cavitația este un simptom al unui sistem hidraulic care este prost proiectat, operat incorect sau prost întreținut. Pompa în sine este adesea victima, nu cauza. Remediați condițiile de admisie, mențineți uleiul rece și curat și selectați o pompă a cărei cerință NPSH se potrivește cu sistemul actual. Aceasta este calea cea mai simplă pentru eliminarea daunelor cauzate de cavitație și menținerea echipamentelor hidraulice în funcțiune.
