Hydraulické čerpadlo na stavebnom stroji vydržalo iba 480 hodín, kým si technik všimol výrazný hluk podobný štrku vychádzajúci zo sacej strany. Keď bola jednotka otvorená, vstupná oblasť a náplň čerpadla vykazovali hlboké jamy a drsné povrchy. Bola to kavitácia, nie chybná časť. Kavitácia je hlavnou príčinou predčasného zlyhania čerpadla v hydraulických systémoch a takmer vždy sa jej možno vyhnúť pochopením podmienok, ktoré ju spúšťajú.
Kavitácia nastáva, keď tlak kvapaliny na vstupe čerpadla klesne pod tlak pary oleja, čím sa vytvárajú bubliny pary, ktoré sa prudko zrútia, keď sú zatlačené do vysokotlakovej zóny vo vnútri čerpadla. Kolaps vytvára lokalizované rázové vlny, ktoré erodujú kov, spôsobujú vibrácie a nakoniec vedú k zničeniu čerpadla. Pre stavebné stroje operátorov, to znamená neplánované prestoje a nákladné opravy. Samotná výmenná kazeta čerpadla môže stáť stovky dolárov a prestoje rýpadla alebo hydraulického lisu môžu byť ešte drahšie.
Čo je kavitácia a prečo ničí čerpadlá
Kavitácia je fyzikálny proces, ktorý sa vyskytuje v akomkoľvek kvapalinovom čerpadle. Každá hydraulická kvapalina má tlak pár, ktorý s teplotou stúpa. Keď tlak na sacej strane čerpadla klesne pod tento tlak pár, kvapalina začne vrieť pri teplote okolia, pričom sa vytvoria mikroskopické bubliny. Keď tieto bubliny prechádzajú do vysokotlakovej oblasti čerpadla, sú zrútené okolitou tekutinou. Tieto implózie pôsobia ako mikroskopické kladivá na kovové povrchy a vytvárajú rázové vlny s lokálnym tlakom, ktorý môže presiahnuť 1 000 barov.
Rozpätie medzi dostupným a požadovaným NPSH je to, čo inžinieri nazývajú rozpätím NPSH. Udržiavanie zdravého okraja je najdôležitejším konštrukčným pravidlom na predchádzanie kavitácii.
Poškodenie z tohto procesu má charakteristický vzhľad. Postihnuté oblasti, zvyčajne sací otvor, vstupná hrana lopatkovej vložky alebo obežné koleso, sú jamkovité a na dotyk sú drsné. V závažných prípadoch kov úplne chýba. Kapacita čerpadla klesá, hluk je silnejší a riziko úplného zaseknutia čerpadla rastie.
Hlavné príčiny kavitácie v čerpadlách
Pochopenie príčin je prvým krokom k prevencii. Existujú dve všeobecné kategórie: príčiny na strane nasávania a príčiny na strane vypúšťania. V tabuľke nižšie sú zhrnuté tie najbežnejšie.
| Kategória | Príčina | Vplyv na čerpadlo |
|---|---|---|
| Odsávanie | NPSHa nižšie ako NPSHr | Na vstupe sa tvoria bubliny |
| Odsávanie | Zanesený sací filter alebo sitko | Pokles tlaku a hladovanie prietoku |
| Odsávanie | Odsávanie line too long, too small, or too many bends | Nadmerná strata tlaku |
| Odsávanie | Vysoká teplota kvapaliny | Tlak pár stúpa, ľahšie sa kavituje |
| Odsávanie | Čerpadlo namontované príliš vysoko nad hladinou oleja | Nedostatočná hlava na vstupe |
| Vypúšťanie | Zablokovaný výstup, zatvorený ventil alebo nastavenie vysokého tlaku | Vypúšťanie cavitation |
| Vypúšťanie | Prevádzka nad menovitými otáčkami | Vnútorný tlak klesá pod tlak pary |
| Systém | Vniknutie vzduchu do sacieho potrubia | Plynové vrecká, ktoré napodobňujú kavitáciu |
Najbežnejšou kategóriou je kavitácia na sacej strane. Vyskytuje sa, keď čerpadlo jednoducho nemôže čerpať dostatok tekutiny. Najčastejším vinníkom je filtračný prvok: keď sa filter upchá, tlakový rozdiel na ňom stúpa a tlak na vstupe čerpadla klesne pod tlak pary. Môže to spôsobiť aj filter s miernym znečistením.
Druhou častou príčinou je samotné sacie potrubie. Ak je potrubie užšie, ako odporúča výrobca čerpadla, alebo ak je príliš veľa kolien a armatúr, rýchlosť tekutiny v sacom potrubí stúpa a miestny tlak klesá. To isté sa stane, keď je čerpadlo namontované vysoko nad nádržou: sacia výška presahuje to, čo môže kvapalina bezpečne dodať.
Teplota kvapaliny je skrytá príčina, ktorú operátori často prehliadajú. Tlak pár väčšiny hydraulických olejov sa výrazne zvyšuje nad 60 °C. Ak systém beží pri teplote 70 °C s nízkou hladinou oleja alebo čiastočne upchatým filtrom, kavitácia môže začať, aj keď výpočty NPSH vyzerali v štádiu návrhu v poriadku.
Kavitácia na strane výboja je menej častá, ale stále závažná. Ak je výstupné vedenie upchaté, ak je ventil otvorený len čiastočne, alebo ak je nastavená hodnota uvoľnenia tlaku zvýšená nad menovitý výkon čerpadla, tlak na čerpacích prvkoch môže klesnúť pod tlak pary. V piestových čerpadlách a lopatkové čerpadlá rovnako tento stav vytvára rovnaký oznamovací hluk a poškodenie.
Unášanie vzduchu z netesného sacieho potrubia môže tiež napodobňovať symptómy skutočnej kavitácie. Keď čerpadlo nasáva vzduch, plynové vrecká sa zrútia s podobným hlukom a spôsobia podobnú eróziu. Rozdiel je v tom, že hlavnou príčinou je vzduch, nie tlak pár. Kontrola a dotiahnutie všetkých spojov sacieho potrubia je jednoduchý krok, ktorý zabráni mnohým falošným poplachom.
Ako zistiť kavitáciu pred zlyhaním čerpadla
Kavitácia dáva jasné varovania. Najspoľahlivejší je zvuk: stabilné „guličky v nádobe“ alebo štrkové hrkanie, ktoré sa zhoršuje, keď sa zvyšuje pracovná záťaž. Vibrácie sú druhým znakom. Čerpadlo, ktoré beží hladko pri 1 800 otáčkach za minútu, ale pri 2 200 otáčkach za minútu sa stáva drsným, vám oznamuje, že prívod je obmedzený.
Bežné sú aj zmeny výkonu. Prietok postupne klesá a hydraulický valec alebo motor na strane po prúde sa pohybuje pomalšie, ako keď bol systém nový. Hodnoty tlaku na výstupe čerpadla kolíšu a olej môže v nádrži peniť.
Keď pumpu otvoríte počas servisného intervalu, skontrolujte náplň pumpy. Vnútorná súprava lopatiek je často prvou časťou, ktorá vykazuje poškodenie. Jamkové hroty lopatiek, ryhy na doske portu a drsné povrchy na sacom otvore sú indikátormi toho, že dochádza ku kavitácii. Dobrou správou je, že kazeta je vymeniteľný komponent. V pumpe typu T6/T7 je možné kazetu vymeniť bez výmeny krytu pumpy, čo znižuje náklady na opravu.
Štruktúra čepele s dvojitým okrajom kazety T6/T7 Séria T využíva štruktúru čepele s dvojitým okrajom a dvojité okraje sa striedavo dotýkajú statora, aby sa znížil vplyv čepelí na stator. Jadrový olej čerpadla série T s... Zobraziť produkt → Ako zabrániť kavitácii v skutočných hydraulických systémoch
K prevencii možno pristupovať na troch úrovniach: návrh systému, prevádzkové návyky a údržba.
Tipy na dizajn systému
- Vypočítajte NPSHa v najhoršom prípade: vysoká teplota oleja, znečistený filter a najnižšia hladina oleja v nádrži. Udržujte rezervu aspoň 15-20% nad požadovaným NPSHr čerpadla.
- Sacie vedenie udržujte čo najkratšie a najrovnejšie. Rýchlosť kvapaliny v sacom potrubí by nemala presiahnuť 1,2 m/s pre hydraulické čerpadlo. V prípade potreby použite väčšiu rúrku.
- Minimalizujte armatúry, kolená a ventily na sacej strane. Každá ďalšia armatúra zvyšuje tlakovú stratu.
- Ak je to možné, použite radšej spätný filter ako sací filter. Ak sa nedá vyhnúť saciemu filtru, vyberte filter s nízkym diferenčným tlakom a veľkorysým obtokom.
- V nádrži udržujte hladinu kvapaliny, ktorá pokrýva vstup čerpadla. Použite usmerňovač, aby ste zabránili víreniu oleja a nasávaniu vzduchu do čerpadla.
- Vyberte pumpu s NPSHr, ktorá vyhovuje dostupnému NPSH. Lopatkové čerpadlo série V je navrhnuté s kompaktnou vložkou a tichou prevádzkou, vďaka čomu je vhodnejšie pre systémy citlivé na sanie.
Jedno čerpadlo s nízkou hlučnosťou radu V Nízkohlučné vnútrolopatkové čerpadlo série V vyhovuje priemyslu obrábacích strojov. Tieto čerpadlá majú vysoký tlak. Vďaka veľkej kapacite, kompaktným rozmerom, nízkej hladine hluku a dlhšej životnosti... Zobraziť produkt → Prevádzkové návyky
- Spustite čerpadlo v rozsahu otáčok výrobcu. Väčšina lamelových čerpadiel je dimenzovaná na 1 200 až 2 500 ot./min. Nepretržité stláčanie čerpadla na 3 000 otáčok za minútu vyvoláva kavitáciu, aj keď sacie potrubie vyzerá dobre.
- Udržujte teplotu kvapaliny v rozsahu 40-60 °C. Ak stroj beží nepretržite, použite výmenník tepla.
- Nenastavujte poistný ventil nad maximálny tlak výrobcu čerpadla. Požadovaná hodnota tlaku by mala zodpovedať konštrukcii systému, nie teoretickému limitu čerpadla.
- Pre vysokotlakové aplikácie s premenlivým zaťažením ponúka piestové čerpadlo, ako je séria A10VSO, tuhú konštrukciu a dobré tolerancie vysokého tlaku.
Piestové čerpadlo série A10VSO 31 Popis produktu: Zobraziť produkt → Tipy na údržbu
- Nasávacie filtre vymieňajte podľa plánu, nie vtedy, keď sa vypne indikátor. Filter, ktorý je na 80 % zanesený, môže stále vytvárať dostatočný tlak vo vratnom potrubí, ale jeho pokles tlaku na sacej strane už môže byť dostatočne vysoký na to, aby narušil vstup čerpadla.
- Počas každého plánovaného servisu skontrolujte náplň pumpy. Ak hroty lopatiek vykazujú opotrebovanie alebo jamkovanie, je to skorý signál.
- Sledujte teplotu a znečistenie oleja. Vysoká teplota a špina sú smrteľnou kombináciou.
Zrátané a podčiarknuté
Kavitácia je príznakom hydraulického systému, ktorý je zle navrhnutý, nesprávne prevádzkovaný alebo zle udržiavaný. Samotná pumpa je často obeťou, nie príčinou. Opravte podmienky na vstupe, udržujte olej chladný a čistý a vyberte čerpadlo, ktorého požiadavka na NPSH zodpovedá skutočnému systému. Toto je najjednoduchšia cesta k odstráneniu kavitačného poškodenia a udržaniu hydraulického zariadenia v prevádzke.
