Hidraulička pumpa na građevinskom stroju radila je samo 480 sati prije nego što je tehničar primijetio karakterističnu buku poput šljunka koja je dolazila s usisne strane. Kad je jedinica otvorena, područje ulaza i uložak pumpe pokazali su duboke jame i grube površine. To je bila kavitacija, a ne neispravan dio. Kavitacija je vodeći uzrok prijevremenog kvara crpke u hidrauličkim sustavima i gotovo se uvijek može izbjeći razumijevanjem uvjeta koji je uzrokuju.
Kavitacija se događa kada tlak tekućine na ulazu u pumpu padne ispod tlaka pare ulja, stvarajući mjehuriće pare koji se snažno kolabiraju dok se guraju u zonu visokog tlaka unutar pumpe. Kolaps stvara lokalizirane udarne valove koji nagrizaju metal, uzrokuju vibracije i na kraju dovode do uništenja pumpe. Za građevinski strojevi operatera, to znači neplanirane zastoje i skupe popravke. Sam zamjenski uložak pumpe može koštati stotine dolara, a vrijeme prekida rada bagera ili hidraulične preše može biti još skuplje.
Što je kavitacija i zašto uništava pumpe
Kavitacija je fizički proces koji se događa u bilo kojoj pumpi za tekućinu. Svaka hidraulička tekućina ima tlak pare koji raste s temperaturom. Kada tlak na usisnoj strani pumpe padne ispod tog tlaka pare, tekućina počinje ključati na sobnoj temperaturi, stvarajući mikroskopske mjehuriće. Dok ti mjehurići putuju u područje visokog tlaka pumpe, okolna tekućina ih skuplja. Ove implozije djeluju poput mikroskopskih čekića na metalne površine, generirajući udarne valove s lokalnim pritiscima koji mogu premašiti 1000 bara.
Marža između dostupnog i potrebnog NPSH je ono što inženjeri nazivaju NPSH marža. Održavanje tog ruba zdravim najvažnije je pravilo dizajna za sprječavanje kavitacije.
Šteta od ovog procesa ima karakterističan izgled. Zahvaćena područja, obično usisni otvor, ulazni rub uloška s lopaticom ili impeler, su rupičasta i hrapava na dodir. U teškim slučajevima, metal u potpunosti nedostaje. Kapacitet pumpe opada, buka postaje glasnija, a rizik od potpunog zastoja pumpe raste.
Glavni uzroci kavitacije u pumpama
Razumijevanje uzroka prvi je korak prema prevenciji. Postoje dvije opće kategorije: uzroci na usisnoj strani i uzroci na strani pražnjenja. Donja tablica sažima one najčešće.
| Kategorija | Uzrok | Učinak na pumpu |
|---|---|---|
| Usisavanje | NPSHa niži od NPSHr | Na ulazu se stvaraju mjehurići |
| Usisavanje | Začepljen usisni filter ili cjedilo | Pad tlaka i gladovanje protoka |
| Usisavanje | Usisavanje line too long, too small, or too many bends | Pretjerani gubitak tlaka |
| Usisavanje | Visoka temperatura tekućine | Tlak pare raste, lakše dolazi do kavitacije |
| Usisavanje | Pumpa je postavljena previsoko iznad razine ulja | Nedovoljna visina na ulazu |
| pražnjenje | Blokiran izlaz, zatvoren ventil ili postavka visokog tlaka | pražnjenje cavitation |
| pražnjenje | Rad iznad nazivne brzine | Unutarnji tlak pada ispod tlaka pare |
| sustav | Ulaz zraka u usisni vod | Plinski džepovi koji oponašaju kavitaciju |
Najčešća kategorija je kavitacija na usisnoj strani. To se događa kada pumpa jednostavno ne može uvući dovoljno tekućine. Filterski element je najčešći krivac: kako se filter začepljuje, razlika tlaka na njemu raste, a tlak na ulazu pumpe pada ispod tlaka pare. Čak i filtar sa skromnom količinom onečišćenja može uzrokovati ovo.
Drugi uobičajeni uzrok je sam usisni vod. Ako je cjevovod uži od preporuke proizvođača crpke ili ako ima previše koljena i priključaka, brzina tekućine u usisnom cjevovodu raste, a lokalni tlak pada. Isto se događa kada je pumpa postavljena daleko iznad spremnika: usisna visina premašuje ono što tekućina može sigurno opskrbiti.
Temperatura tekućine je skriveni uzrok koji operateri često zanemaruju. Tlak pare većine hidrauličkih ulja znatno se povećava iznad 60°C. Ako sustav radi na 70°C s niskom razinom ulja ili djelomično začepljenim filtrom, kavitacija može početi čak i kada su izračuni NPSH izgledali dobro u fazi projektiranja.
Kavitacija na strani pražnjenja je rjeđa, ali još uvijek ozbiljna. Ako je izlazni vod začepljen, ako je ventil samo djelomično otvoren ili ako je zadana vrijednost rasterećenja tlaka podignuta iznad nazivnog kapaciteta crpke, tlak na crpnim elementima može pasti ispod tlaka pare. Kod klipnih pumpi i krilne pumpe podjednako, ovo stanje proizvodi istu izdajničku buku i štetu.
Uvlačenje zraka iz usisnog voda koji curi također može oponašati simptome prave kavitacije. Kada pumpa udahne zrak, plinski džepovi kolabiraju uz sličan zvuk i uzrokuju sličnu eroziju. Razlika je u tome što je glavni uzrok zrak, a ne tlak pare. Provjera i zatezanje svih priključaka usisnog voda jednostavan je korak koji izbjegava mnoge lažne alarme.
Kako otkriti kavitaciju prije nego pumpa otkaže
Kavitacija daje jasna upozorenja. Najpouzdaniji je zvuk: stabilan "škula u staklenci" ili zveckanje poput šljunka koje se pogoršava kada se opterećenje poveća. Vibracija je drugi znak. Pumpa koja glatko radi na 1800 o/min, ali postaje gruba na 2200 o/min govori vam da je dovod ograničen.
Promjene performansi također su česte. Protok postupno opada, a hidraulički cilindar ili motor na nizvodnoj strani kreće se sporije nego kad je sustav bio nov. Očitavanje tlaka na izlazu pumpe varira, a ulje se može pjeniti u spremniku.
Kada otvorite pumpu tijekom servisnog intervala, pregledajte uložak pumpe. Unutarnji set lopatica često je prvi dio koji pokazuje oštećenje. Rupičasti vrhovi lopatica, brazde na ploči otvora i hrapave površine na usisnom otvoru pokazatelji su da je došlo do kavitacije. Dobra vijest je da je spremnik zamjenjiva komponenta. Kod pumpe tipa T6/T7, uložak se može zamijeniti bez zamjene kućišta pumpe, što smanjuje troškove popravka.
T6/T7 struktura oštrice s dvostrukom usnom T-serija ima strukturu lopatica s dvostrukim usnama, a dvostruke usne naizmjenično dodiruju stator kako bi se smanjio utjecaj lopatica na stator. Uljna jezgra pumpe T-serije... Pogledajte proizvod → Kako spriječiti kavitaciju u stvarnim hidrauličkim sustavima
Prevenciji se može pristupiti na tri razine: dizajn sustava, radne navike i održavanje.
Savjeti za dizajn sustava
- Izračunajte NPSHa u najgorem slučaju: visoka temperatura ulja, kontaminirani filter i najniža razina ulja u rezervoaru. Držite marginu od najmanje 15-20% iznad potrebnog NPSHr crpke.
- Neka usisni vod bude što kraći i ravniji. Brzina tekućine u usisnom vodu ne smije prelaziti 1,2 m/s za hidrauličku pumpu. Ako je potrebno, upotrijebite veću cijev.
- Minimizirajte armature, koljena i ventile na usisnoj strani. Svaki dodatni spoj dodaje pad tlaka.
- Koristite filtar povratnog voda radije nego usisni filtar kada je to moguće. Ako je usisni filtar neizbježan, odaberite onaj s niskim diferencijalnim tlakom i izdašnom premosnicom.
- U spremniku održavajte razinu tekućine koja pokriva ulaz pumpe. Koristite pregradu kako biste spriječili vrtloženje ulja i uvlačenje zraka u pumpu.
- Odaberite pumpu s NPSHr koja odgovara dostupnom NPSH. Pumpa s lopaticama u seriji V dizajnirana je s kompaktnim uloškom i tihim radom, što je čini boljom za sustave osjetljive na usisavanje.
Jedna pumpa niske razine buke serije V Tiha pumpa serije V s unutarnjom lopaticom odgovara industriji alatnih strojeva. Ove pumpe imaju visok pritisak. S velikim kapacitetom, kompaktnom veličinom, niskom razinom buke i duljim trajanjem... Pogledajte proizvod → Radne navike
- Neka crpka radi unutar raspona brzine proizvođača. Većina pumpi s lopaticama je predviđena za 1200 do 2500 o/min. Guranje crpke na 3000 okretaja u minuti na kontinuiranoj osnovi izaziva kavitaciju čak i ako usisni vod izgleda dobro.
- Održavajte temperaturu tekućine u rasponu od 40-60°C. Koristite izmjenjivač topline kada stroj neprekidno radi.
- Ne postavljajte sigurnosni ventil iznad maksimalnog tlaka proizvođača pumpe. Zadana vrijednost tlaka trebala bi odgovarati dizajnu sustava, a ne teoretskom ograničenju pumpe.
- Za visokotlačne primjene s promjenjivim opterećenjem, klipne pumpe poput serije A10VSO nude krutu konstrukciju i dobre tolerancije visokog tlaka.
Klipna pumpa serije A10VSO 31 Opis proizvoda: Pogledajte proizvod → Savjeti za održavanje
- Zamijenite usisne filtre prema rasporedu, a ne kada se indikator isključi. Filtar koji je 80% začepljen još uvijek može proizvesti odgovarajući tlak u povratnom vodu, ali njegov pad tlaka na usisnoj strani možda je već dovoljno visok da poremeti ulaz pumpe.
- Provjerite uložak pumpe tijekom svakog planiranog servisa. Ako se na vrhovima lopatica vidi istrošenost ili udubljenje, to je rani signal.
- Pratite temperaturu i kontaminaciju ulja. Visoka temperatura i prljavština su smrtonosna kombinacija.
Suština
Kavitacija je simptom hidrauličkog sustava koji je loše dizajniran, nepravilno radi ili se loše održava. Sama pumpa često je žrtva, a ne uzrok. Popravite ulazne uvjete, održavajte ulje hladnim i čistim i odaberite pumpu čiji NPSH zahtjev odgovara stvarnom sustavu. To je najjednostavniji put za uklanjanje oštećenja uzrokovanih kavitacijom i održavanje hidrauličke opreme u funkciji.
