Hydraulické čerpadlo na stavebním stroji vydrželo pouze 480 hodin, než si technik všiml výrazného hluku podobného štěrku vycházejícího ze strany sání. Když byla jednotka otevřena, vstupní oblast a kazeta čerpadla vykazovaly hluboké prohlubně a drsné povrchy. To byla kavitace, ne vadná součástka. Kavitace je hlavní příčinou předčasného selhání čerpadla v hydraulických systémech a téměř vždy se jí lze vyhnout pochopením podmínek, které ji spouštějí.
Ke kavitaci dochází, když tlak kapaliny na vstupu čerpadla klesne pod tlak par oleje, čímž se vytvoří bubliny páry, které se prudce zhroutí, když jsou zatlačeny do vysokotlaké zóny uvnitř čerpadla. Zhroucení generuje lokalizované rázové vlny, které erodují kov, způsobují vibrace a nakonec vedou ke zničení čerpadla. pro stavební stroje operátorů, to znamená neplánované odstávky a nákladné opravy. Samotná výměnná kazeta čerpadla může stát stovky dolarů a prostoje rypadla nebo hydraulického lisu mohou být ještě dražší.
Co je kavitace a proč ničí čerpadla
Kavitace je fyzikální proces, který se vyskytuje v jakémkoli kapalinovém čerpadle. Každá hydraulická kapalina má tlak par, který se zvyšuje s teplotou. Když tlak na sací straně čerpadla klesne pod tento tlak páry, kapalina se začne vařit při teplotě okolí a tvoří mikroskopické bubliny. Jak tyto bubliny putují do vysokotlaké oblasti čerpadla, jsou zhrouceny okolní tekutinou. Tyto imploze působí jako mikroskopická kladiva na kovové povrchy a generují rázové vlny s místními tlaky, které mohou přesáhnout 1000 barů.
Rozpětí mezi dostupným a požadovaným NPSH je to, co inženýři nazývají rozpětím NPSH. Zachování zdravého okraje je nejdůležitějším konstrukčním pravidlem pro prevenci kavitace.
Poškození z tohoto procesu má charakteristický vzhled. Postižené oblasti, typicky sací otvor, vstupní hrana lopatkové vložky nebo oběžné kolo, jsou důlkované a na dotek jsou drsné. V těžkých případech kov chybí úplně. Kapacita čerpadla klesá, hluk je hlasitější a roste riziko úplného zadření čerpadla.
Hlavní příčiny kavitace v čerpadlech
Pochopení příčin je prvním krokem k prevenci. Existují dvě obecné kategorie: příčiny na straně sání a příčiny na straně výtlaku. Níže uvedená tabulka shrnuje ty nejběžnější.
| Kategorie | Příčina | Vliv na čerpadlo |
|---|---|---|
| Odsávání | NPSHa nižší než NPSHr | Na vstupu se tvoří bubliny |
| Odsávání | Ucpaný sací filtr nebo sítko | Pokles tlaku a hladovění průtoku |
| Odsávání | Odsávání line too long, too small, or too many bends | Nadměrná ztráta tlaku |
| Odsávání | Vysoká teplota kapaliny | Tlak par stoupá, snadněji se kavituje |
| Odsávání | Čerpadlo namontované příliš vysoko nad hladinou oleje | Nedostatečná hlava na vstupu |
| Vybíjení | Zablokovaný výstup, uzavřený ventil nebo nastavení vysokého tlaku | Vybíjení cavitation |
| Vybíjení | Provoz nad jmenovitou rychlostí | Vnitřní tlak klesá pod tlak par |
| Systém | Vnikání vzduchu do sacího potrubí | Plynové kapsy, které napodobují kavitaci |
Nejběžnější kategorií je kavitace na straně sání. Objevuje se, když čerpadlo jednoduše nemůže čerpat dostatek kapaliny. Nejčastějším viníkem je filtrační vložka: jak se filtr ucpává, tlakový rozdíl na něm stoupá a tlak na vstupu čerpadla klesá pod tlak par. To může způsobit i filtr se skromným množstvím znečištění.
Druhou častou příčinou je samotné sací potrubí. Je-li potrubí užší, než doporučuje výrobce čerpadla, nebo je-li příliš mnoho kolen a armatur, rychlost kapaliny v sacím potrubí stoupá a místní tlak klesá. Totéž se stane, když je čerpadlo namontováno vysoko nad nádrží: sací výška přesahuje to, co může kapalina bezpečně dodat.
Teplota kapaliny je skrytá příčina, kterou operátoři často přehlížejí. Tlak par většiny hydraulických olejů se výrazně zvyšuje nad 60 °C. Pokud systém běží při 70 °C s nízkou hladinou oleje nebo částečně zaneseným filtrem, kavitace může začít, i když výpočty NPSH vypadaly ve fázi návrhu dobře.
Kavitace na straně výboje je méně častá, ale stále závažná. Je-li výstupní potrubí ucpané, je-li ventil otevřen pouze částečně nebo je-li nastavená hodnota odlehčení tlaku zvýšena nad jmenovitou kapacitu čerpadla, může tlak v čerpacích prvcích klesnout pod tlak par. V pístových čerpadlech a lopatková čerpadla stejně tak tato podmínka produkuje stejný zvuk a poškození.
Unášení vzduchu z netěsného sacího potrubí může také napodobovat příznaky skutečné kavitace. Když čerpadlo nasává vzduch, plynové kapsy se zhroutí s podobným hlukem a způsobí podobnou erozi. Rozdíl je v tom, že hlavní příčinou je vzduch, nikoli tlak par. Kontrola a dotažení všech spojů sacího potrubí je jednoduchým krokem, který zabrání mnoha falešným poplachům.
Jak zjistit kavitaci před selháním čerpadla
Kavitace dává jasná varování. Nejspolehlivější je zvuk: stálé „kuličky ve sklenici“ nebo štěrkovité chrastění, které se zhoršuje, když se zvyšuje pracovní zátěž. Vibrace jsou druhým znakem. Čerpadlo, které běží hladce při 1 800 ot./min, ale zdrsní při 2 200 ot./min, vám říká, že je omezen vstup.
Běžné jsou také změny výkonu. Průtok postupně klesá a hydraulický válec nebo motor na straně po proudu se pohybuje pomaleji, než když byl systém nový. Údaje o tlaku na výstupu čerpadla kolísají a olej může v nádrži pěnit.
Když pumpu otevřete během servisního intervalu, zkontrolujte náplň pumpy. Sada vnitřních lopatek je často první částí, která vykazuje poškození. Důlkové špičky lopatek, rýhy na desce portu a drsné povrchy na sacím portu jsou indikátory toho, že došlo ke kavitaci. Dobrou zprávou je, že cartridge je vyměnitelný komponent. U pumpy typu T6/T7 lze kazetu vyměnit bez výměny pouzdra pumpy, což snižuje náklady na opravu.
Konstrukce kazety T6/T7 s dvojitým břitem Řada T využívá strukturu lopatek s dvojitým břitem a dvojité břity se střídavě dotýkají statoru, aby se snížil dopad lopatek na stator. Jádrový olej čerpadla řady T... Zobrazit produkt → Jak zabránit kavitaci ve skutečných hydraulických systémech
K prevenci lze přistupovat na třech úrovních: návrh systému, provozní návyky a údržba.
Tipy pro návrh systému
- Vypočítejte NPSHa za nejhorších podmínek: vysoká teplota oleje, znečištěný filtr a nejnižší hladina oleje v nádrži. Udržujte rezervu alespoň 15-20 % nad požadovanou NPSHr čerpadla.
- Sací potrubí udržujte co nejkratší a nejrovnější. Rychlost kapaliny v sacím potrubí by u hydraulického čerpadla neměla překročit 1,2 m/s. V případě potřeby použijte větší trubku.
- Minimalizujte armatury, kolena a ventily na sací straně. Každá další armatura zvyšuje tlakovou ztrátu.
- Pokud je to možné, používejte spíše filtr zpětného vedení než sací filtr. Pokud je sací filtr nevyhnutelný, vyberte filtr s nízkým diferenčním tlakem a velkorysým obtokem.
- V nádrži udržujte hladinu kapaliny, která zakrývá vstup čerpadla. Použijte přepážku, abyste zabránili víření oleje a nasávání vzduchu do čerpadla.
- Vyberte čerpadlo s NPSHr, které vyhovuje dostupnému NPSH. Lopatkové čerpadlo řady V je navrženo s kompaktní kazetou a tichým provozem, díky čemuž se lépe hodí pro systémy citlivé na sání.
Nízkohlučné jedno čerpadlo řady V Nízkohlučné mezilopatkové čerpadlo řady V vyhovuje průmyslu obráběcích strojů. Tato čerpadla mají vysoký tlak. Díky velké kapacitě, kompaktní velikosti, nízké hladině hluku a delší životnosti... Zobrazit produkt → Provozní návyky
- Provozujte čerpadlo v rozsahu otáček výrobce. Většina lamelových čerpadel je dimenzována na 1 200 až 2 500 ot./min. Nepřetržité tlačení čerpadla na 3 000 ot./min. vyvolává kavitaci, i když sací potrubí vypadá dobře.
- Udržujte teplotu kapaliny v rozmezí 40-60°C. Pokud stroj běží nepřetržitě, použijte výměník tepla.
- Nenastavujte pojistný ventil nad maximální tlak výrobce čerpadla. Nastavená hodnota tlaku by měla odpovídat konstrukci systému, nikoli teoretickému limitu čerpadla.
- Pro vysokotlaké aplikace s proměnným zatížením nabízí pístové čerpadlo, jako je řada A10VSO, tuhou konstrukci a dobré tolerance vysokého tlaku.
Pístové čerpadlo řady A10VSO 31 Popis produktu: Zobrazit produkt → Tipy na údržbu
- Sací filtry vyměňujte podle plánu, ne když se vypne indikátor. Filtr, který je z 80 % ucpaný, může stále vytvářet dostatečný tlak ve zpětném potrubí, ale jeho tlaková ztráta na sací straně již může být dostatečně vysoká, aby narušila vstup čerpadla.
- Při každé plánované údržbě zkontrolujte náplň pumpy. Pokud hroty lopatek vykazují opotřebení nebo důlky, je to první signál.
- Sledujte teplotu a znečištění oleje. Vysoká teplota a špína jsou smrtící kombinace.
Sečteno a podtrženo
Kavitace je příznakem hydraulického systému, který je špatně navržený, nesprávně provozovaný nebo špatně udržovaný. Samotná pumpa je často obětí, nikoli příčinou. Opravte podmínky sání, udržujte olej chladný a čistý a vyberte čerpadlo, jehož požadavky na NPSH odpovídají skutečnému systému. To je nejjednodušší cesta k odstranění kavitačního poškození a udržení hydraulického zařízení v provozu.
