En hydraulikpumpe på en entreprenørmaskine gav kun 480 timers service, før teknikeren bemærkede den markante gruslignende støj, der kom fra sugesiden. Da enheden blev åbnet, viste indløbsområdet og pumpepatronen dybe fordybninger og ru overflader. Det var kavitation, ikke en defekt del. Kavitation er den førende årsag til for tidlig pumpesvigt i hydrauliske systemer, og det kan næsten altid undgås ved at forstå de forhold, der udløser det.
Kavitation sker, når væsketrykket ved pumpens indløb falder til under oliens damptryk og danner dampbobler, der kollapser voldsomt, når de skubbes ind i højtrykszonen inde i pumpen. Sammenbruddet genererer lokale stødbølger, der eroderer metal, forårsager vibrationer og til sidst fører til pumpeødelæggelse. For entreprenørmaskiner operatører, betyder det uplanlagt nedetid og dyre reparationer. En udskiftningspumpepatron alene kan koste hundredvis af dollars, og nedetiden for en gravemaskine eller hydraulisk presse kan være endnu dyrere.
Hvad kavitation er, og hvorfor det ødelægger pumper
Kavitation er en fysisk proces, der forekommer i enhver væskepumpe. Hver hydraulikvæske har et damptryk, der stiger med temperaturen. Når trykket på sugesiden af pumpen falder under dette damptryk, begynder væsken at koge ved omgivelsestemperatur og danner mikroskopiske bobler. Når disse bobler bevæger sig ind i pumpens højtryksområde, bliver de kollapset af den omgivende væske. Disse implosioner virker som mikroskopiske hamre mod metaloverfladerne og genererer stødbølger med lokale tryk, der kan overstige 1.000 bar.
Marginen mellem den tilgængelige og påkrævede NPSH er, hvad ingeniører kalder NPSH-marginen. At holde denne margin sund er den vigtigste designregel for at forhindre kavitation.
Skaderne fra denne proces har et karakteristisk udseende. De berørte områder, typisk sugeporten, indløbskanten på vingepatronen eller pumpehjulet, er fordybninger og føles ru at røre ved. I alvorlige tilfælde mangler metal helt. Pumpekapaciteten falder, støjen bliver højere, og risikoen for et komplet pumpeanfald vokser.
De førende årsager til kavitation i pumper
At forstå årsagerne er det første skridt mod forebyggelse. Der er to generelle kategorier: årsager på sugesiden og årsager på udledningssiden. Tabellen nedenfor opsummerer de mest almindelige.
| Kategori | Årsag | Effekt på pumpen |
|---|---|---|
| Sugning | NPSHa lavere end NPSHr | Der dannes bobler ved indløbet |
| Sugning | Tilstoppet sugefilter eller si | Trykfald og strømningssult |
| Sugning | Sugning line too long, too small, or too many bends | For stort tryktab |
| Sugning | Høj væsketemperatur | Damptrykket stiger, lettere at kavitere |
| Sugning | Pumpen monteret for højt over olieniveauet | Utilstrækkelig løftehøjde ved indløbet |
| Udledning | Blokeret udløb, lukket ventil eller højtryksindstilling | Udledning cavitation |
| Udledning | Drift over den nominelle hastighed | Det indre tryk falder under damptrykket |
| System | Luftindtrængning i sugeledningen | Gaslommer, der efterligner kavitation |
Den mest almindelige kategori er kavitation på sugesiden. Det opstår, når pumpen simpelthen ikke kan trække nok væske. Filterelementet er den hyppigste synder: Når filteret tilstoppes, stiger trykforskellen over det, og trykket ved pumpens indløb falder under damptrykket. Selv et filter med en beskeden mængde forurening kan forårsage dette.
En anden almindelig årsag er selve sugeledningen. Hvis ledningen er smallere end pumpeproducentens anbefaling, eller hvis der er for mange knæ og fittings, stiger væskehastigheden i sugeledningen, og det lokale tryk falder. Det samme sker, når pumpen er monteret langt over reservoiret: Sugeløftet overstiger, hvad væsken sikkert kan levere.
Væsketemperatur er en skjult årsag, som operatører ofte overser. Damptrykket i de fleste hydraulikolier stiger markant over 60°C. Hvis et system kører ved 70°C med et lavt olieniveau eller et delvist tilstoppet filter, kan kavitation begynde, selv når NPSH-beregningerne så fine ud på designstadiet.
Kavitation på udledningssiden er mindre almindelig, men stadig alvorlig. Hvis afgangsledningen er blokeret, hvis en ventil kun er delvist åben, eller hvis trykaflastningssetpunktet hæves ud over pumpens nominelle kapacitet, kan trykket ved pumpeelementerne falde under damptrykket. I stempelpumper og vingepumper På samme måde producerer denne tilstand den samme afslørende støj og skade.
Luftindtrængning fra en utæt sugeledning kan også efterligne symptomerne på ægte kavitation. Når pumpen indtager luft, kollapser gaslommerne med en lignende støj og forårsager lignende erosion. Forskellen er, at grundårsagen er luft, ikke damptryk. Inspicering og stramning af alle sugeledningsforbindelser er et simpelt trin, der undgår mange falske alarmer.
Sådan registreres kavitation, før pumpen svigter
Kavitation giver klare advarsler. Den mest pålidelige er lyd: en stabil "kugler i en krukke" eller gruslignende rangle, der bliver værre, når arbejdsbyrden øges. Vibration er det andet tegn. En pumpe, der kører jævnt ved 1.800 rpm, men bliver ru ved 2.200 rpm, fortæller dig, at indløbet er begrænset.
Ændringer i ydeevne er også almindelige. Flow falder gradvist, og den hydrauliske cylinder eller motor på nedstrømssiden bevæger sig langsommere, end den gjorde, da systemet var nyt. Trykaflæsninger ved pumpens udløb svinger, og olien kan skumme i reservoiret.
Når du åbner pumpen under et serviceinterval, skal du efterse pumpepatronen. Det indvendige vingesæt er ofte den første del, der viser skader. Udhulede vingespidser, ridser på portpladen og ru overflader ved sugeporten er alle indikatorer på, at der er sket kavitation. Den gode nyhed er, at patronen er en udskiftelig komponent. I en pumpe i T6/T7-stil kan patronen skiftes ud uden at udskifte pumpehuset, hvilket reducerer reparationsomkostningerne.
T6/T7 patron dobbeltlæbebladstruktur T-serien anvender en dobbeltlæbebladstruktur, og de dobbelte læber kommer skiftevis i kontakt med statoren for at reducere knivenes påvirkning af statoren. T-serie pumpe kerneolie s... Se produkt → Sådan forhindres kavitation i rigtige hydrauliske systemer
Forebyggelse kan gribes an på tre niveauer: systemdesign, driftsvaner og vedligeholdelse.
Systemdesign tips
- Beregn NPSHa under de værste tilfælde: høj olietemperatur, forurenet filter og laveste olieniveau i reservoiret. Hold en margin på mindst 15-20 % over pumpens påkrævede NPSHr.
- Hold sugeledningen så kort og lige som muligt. Væskehastigheden i sugeledningen bør ikke overstige 1,2 m/s for en hydraulisk pumpe. Brug et større rør, hvis det er nødvendigt.
- Minimer fittings, albuer og ventiler på sugesiden. Hver ekstra fitting tilføjer et trykfald.
- Brug et returledningsfilter frem for et sugefilter, når det er muligt. Hvis et sugefilter er uundgåeligt, skal du vælge et med et lavt differenstryk og en generøs bypass.
- I reservoiret skal du holde et væskeniveau, der dækker pumpens indløb. Brug en skærm for at forhindre olie i at hvirvle og trække luft ind i pumpen.
- Vælg en pumpe med en NPSHr, der passer til den tilgængelige NPSH. En vingepumpe i V-serien er designet med en kompakt patron og støjsvag drift, som kan gøre den til at passe bedre til sugefølsomme systemer.
Enkeltpumpe med lav støj i V-serien V-seriens støjsvage intra-vingepumpe opfylder værktøjsmaskinindustrien. Disse pumper har højt tryk. Med stor kapacitet, kompakt størrelse, lavt støjniveau og længere betjening... Se produkt → Driftsvaner
- Kør pumpen inden for producentens hastighedsområde. De fleste vingepumper er normeret til 1.200 til 2.500 o/min. At skubbe en pumpe til 3.000 rpm på en kontinuerlig basis inviterer til kavitation, selvom sugeledningen ser fin ud.
- Hold væsketemperaturen i området 40-60°C. Brug en varmeveksler, når en maskine kører kontinuerligt.
- Indstil ikke aflastningsventilen over pumpeproducentens maksimale tryk. Tryksetpunktet skal matche systemdesignet, ikke pumpens teoretiske grænse.
- Til højtryksanvendelser med variabel belastning tilbyder en stempelpumpe som A10VSO-serien et stift design og gode højtrykstolerancer.
A10VSO 31 serie stempelpumpe Produktbeskrivelse: Se produkt → Tips til vedligeholdelse
- Udskift sugefiltre efter tidsplanen, ikke når indikatoren udløses. Et filter, der er 80 % tilstoppet, kan stadig producere tilstrækkeligt tryk i returledningen, men dets trykfald på sugesiden kan allerede være højt nok til at forstyrre pumpens indløb.
- Kontroller pumpepatronen under hver planlagt service. Hvis vingespidserne viser slid eller huller, er det et tidligt signal.
- Overvåg olietemperatur og forurening. Høj temperatur og snavs er en dødelig kombination.
Bundlinjen
Kavitation er et symptom på et hydraulisk system, der er dårligt designet, forkert betjent eller dårligt vedligeholdt. Pumpen i sig selv er ofte offeret, ikke årsagen. Ret indløbsforholdene, hold olien kølig og ren, og vælg en pumpe, hvis NPSH-krav svarer til det faktiske system. Det er den enkleste vej til at eliminere kavitationsskader og holde hydraulisk udstyr i drift.
