En hydraulikkpumpe på en anleggsmaskin ga kun 480 timers service før teknikeren la merke til den karakteristiske gruslignende støyen som kom fra sugesiden. Da enheten ble åpnet, viste innløpsområdet og pumpepatronen dype groper og ru overflater. Det var kavitasjon, ikke en defekt del. Kavitasjon er den viktigste årsaken til for tidlig pumpesvikt i hydrauliske systemer, og det kan nesten alltid unngås ved å forstå forholdene som utløser det.
Kavitasjon skjer når væsketrykket ved pumpens innløp faller under damptrykket til oljen, og danner dampbobler som kollapser voldsomt når de presses inn i høytrykkssonen inne i pumpen. Kollapsen genererer lokale sjokkbølger som eroderer metall, forårsaker vibrasjoner og til slutt fører til pumpeødeleggelse. For anleggsmaskiner operatører, betyr dette uplanlagt nedetid og kostbare reparasjoner. En erstatningspumpepatron alene kan koste hundrevis av dollar, og nedetiden for en gravemaskin eller hydraulisk presse kan bli enda dyrere.
Hva kavitasjon er og hvorfor det ødelegger pumper
Kavitasjon er en fysisk prosess som skjer i enhver væskepumpe. Hver hydraulikkvæske har et damptrykk som stiger med temperaturen. Når trykket på sugesiden av pumpen faller under det damptrykket, begynner væsken å koke ved omgivelsestemperatur, og danner mikroskopiske bobler. Når disse boblene beveger seg inn i pumpens høytrykksområde, blir de kollapset av den omkringliggende væsken. Disse implosjonene fungerer som mikroskopiske hammere mot metalloverflatene, og genererer sjokkbølger med lokalt trykk som kan overstige 1000 bar.
Marginen mellom tilgjengelig og nødvendig NPSH er det ingeniører kaller NPSH-marginen. Å holde marginen sunn er den viktigste designregelen for å forhindre kavitasjon.
Skaden fra denne prosessen har et særegent utseende. De berørte områdene, vanligvis sugeporten, innløpskanten på vingepatronen eller pumpehjulet, er groper og føles grove å ta på. I alvorlige tilfeller mangler metall totalt. Pumpekapasiteten synker, støyen blir høyere, og risikoen for et fullstendig pumpebeslag øker.
De ledende årsakene til kavitasjon i pumper
Å forstå årsakene er det første skrittet mot forebygging. Det er to generelle kategorier: årsaker på sugesiden og årsaker på utløpssiden. Tabellen nedenfor oppsummerer de vanligste.
| Kategori | Årsak | Effekt på pumpen |
|---|---|---|
| Sug | NPSHa lavere enn NPSHr | Det dannes bobler ved innløpet |
| Sug | Tett sugefilter eller sil | Trykkfall og strømningssult |
| Sug | Sug line too long, too small, or too many bends | For stort trykktap |
| Sug | Høy væsketemperatur | Damptrykket stiger, lettere å kavitere |
| Sug | Pumpen er montert for høyt over oljenivået | Utilstrekkelig hode ved innløpet |
| Utflod | Blokkert utløp, stengt ventil eller høytrykksinnstilling | Utflod cavitation |
| Utflod | Drift over nominell hastighet | Det indre trykket faller under damptrykket |
| System | Luftinntrenging i sugeledningen | Gasslommer som etterligner kavitasjon |
Den vanligste kategorien er kavitasjon på sugesiden. Det oppstår når pumpen rett og slett ikke kan trekke nok væske. Filterelementet er den hyppigste synderen: Når filteret tetter seg, øker trykkforskjellen over det, og trykket ved pumpeinntaket faller under damptrykket. Selv et filter med en beskjeden mengde forurensning kan forårsake dette.
En annen vanlig årsak er selve sugeledningen. Hvis ledningen er smalere enn pumpeprodusentens anbefaling, eller hvis det er for mange albuer og beslag, øker væskehastigheten i sugeledningen og lokalt trykk faller. Det samme skjer når pumpen er montert langt over reservoaret: sugeløftet overstiger det væsken trygt kan levere.
Væsketemperatur er en skjult årsak som operatører ofte overser. Damptrykket til de fleste hydraulikkoljer øker betydelig over 60°C. Hvis et system kjører ved 70°C med lavt oljenivå eller delvis tett filter, kan kavitasjon begynne selv når NPSH-beregningene så bra ut på designstadiet.
Kavitasjon på utflodssiden er mindre vanlig, men fortsatt alvorlig. Hvis utløpsledningen er blokkert, hvis en ventil bare er delvis åpen, eller hvis trykkavlastningssettpunktet heves utover pumpens nominelle kapasitet, kan trykket ved pumpeelementene falle under damptrykket. I stempelpumper og vingepumper På samme måte produserer denne tilstanden den samme støyen og skaden.
Luftinnblanding fra en lekk sugeledning kan også etterligne symptomene på ekte kavitasjon. Når pumpen får i seg luft, kollapser gasslommene med en lignende støy og forårsaker lignende erosjon. Forskjellen er at grunnårsaken er luft, ikke damptrykk. Inspeksjon og stramming av alle sugeledningsforbindelser er et enkelt trinn som unngår mange falske alarmer.
Hvordan oppdage kavitasjon før pumpen svikter
Kavitasjon gir klare advarsler. Den mest pålitelige er lyd: en jevn "kulekuler i en krukke" eller gruslignende rangle som blir verre når arbeidsmengden øker. Vibrasjon er det andre tegnet. En pumpe som går jevnt ved 1800 rpm, men blir grov ved 2200 rpm, forteller deg at innløpet er begrenset.
Ytelsesendringer er også vanlig. Strømmen faller gradvis, og den hydrauliske sylinderen eller motoren på nedstrømssiden beveger seg saktere enn den gjorde da systemet var nytt. Trykkavlesningene ved pumpeutløpet svinger, og oljen kan skumme i reservoaret.
Når du åpner pumpen under et serviceintervall, inspiser pumpepatronen. Det innvendige vingesettet er ofte den første delen som viser skade. Uthulte vingespisser, riss på portplaten og ru overflater ved sugeporten er alle indikatorer på at kavitasjon har skjedd. Den gode nyheten er at patronen er en utskiftbar komponent. I en pumpe i T6/T7-stil kan patronen byttes ut uten å bytte ut pumpehuset, noe som reduserer reparasjonskostnadene.
T6/T7-kassett med dobbel leppebladstruktur T-serien tar i bruk en bladstruktur med to leppe, og de doble leppene kommer vekselvis i kontakt med statoren for å redusere virkningen av bladene på statoren. T-serien pumpe kjerneolje s... Se produkt → Hvordan forhindre kavitasjon i ekte hydrauliske systemer
Forebygging kan tilnærmes på tre nivåer: systemdesign, driftsvaner og vedlikehold.
Systemdesign tips
- Beregn NPSHa under de verste tilfellene: høy oljetemperatur, forurenset filter og laveste oljenivå i reservoaret. Hold en margin på minst 15-20 % over pumpens nødvendige NPSHr.
- Hold sugeledningen så kort og rett som mulig. Væskehastighet i sugeledningen bør ikke overstige 1,2 m/s for en hydraulisk pumpe. Bruk et større rør om nødvendig.
- Minimer beslag, albuer og ventiler på sugesiden. Hver ekstra beslag legger til et trykkfall.
- Bruk et returfilter i stedet for et sugefilter når det er mulig. Hvis et sugefilter er uunngåelig, velg et med lavt differansetrykk og en generøs bypass.
- I reservoaret, oppretthold et væskenivå som dekker pumpens innløp. Bruk en ledeplate for å forhindre at olje virvler og trekker luft inn i pumpen.
- Velg en pumpe med en NPSHr som passer til den tilgjengelige NPSH. En vingepumpe i V-serien er designet med en kompakt patron og stillegående drift, noe som kan gjøre den bedre tilpasset sugefølsomme systemer.
Enkeltpumpe i V-serien med lav støy V-serien lavstøy intra-vingepumpe møter maskinverktøyindustrien. Disse pumpene har høyt trykk. Med stor kapasitet, kompakt størrelse, lavt støynivå og lengre serv... Se produkt → Driftsvaner
- Kjør pumpen innenfor produsentens hastighetsområde. De fleste vingepumper er klassifisert for 1200 til 2500 o/min. Å skyve en pumpe til 3000 rpm på en kontinuerlig basis inviterer til kavitasjon selv om sugeledningen ser fin ut.
- Hold væsketemperaturen i området 40-60°C. Bruk en varmeveksler når en maskin går kontinuerlig.
- Ikke still inn overtrykksventilen over pumpeprodusentens maksimale trykk. Trykksettpunktet skal samsvare med systemdesignet, ikke pumpens teoretiske grense.
- For høytrykksapplikasjoner med variabel belastning tilbyr en stempelpumpe som A10VSO-serien en stiv design og gode høytrykkstoleranser.
A10VSO 31-serien stempelpumpe Produktbeskrivelse: Se produkt → Vedlikeholdstips
- Bytt ut sugefiltre etter planen, ikke når indikatoren utløses. Et filter som er 80 % tilstoppet kan fortsatt produsere tilstrekkelig trykk i returledningen, men trykkfallet på sugesiden kan allerede være høyt nok til å forstyrre pumpeinnløpet.
- Kontroller pumpepatronen under hver planlagt service. Hvis vingespissene viser slitasje eller groper, er det et tidlig signal.
- Overvåk oljetemperatur og forurensning. Høy temperatur og skitt er en dødelig kombinasjon.
Bunnlinjen
Kavitasjon er et symptom på et hydraulisk system som er dårlig utformet, feil betjent eller dårlig vedlikeholdt. Pumpen i seg selv er ofte offeret, ikke årsaken. Fiks innløpsforholdene, hold oljen kjølig og ren, og velg en pumpe hvis NPSH-krav samsvarer med det faktiske systemet. Det er den enkleste veien til å eliminere kavitasjonsskader og holde hydraulisk utstyr i drift.
