Một máy bơm thủy lực trên máy xây dựng chỉ hoạt động được 480 giờ trước khi kỹ thuật viên nhận thấy tiếng ồn đặc biệt giống như sỏi phát ra từ phía hút. Khi mở thiết bị, khu vực đầu vào và hộp bơm xuất hiện các hố sâu và bề mặt gồ ghề. Đó là hiện tượng xâm thực, không phải bộ phận bị lỗi. Xâm thực là nguyên nhân hàng đầu gây ra lỗi bơm sớm trong hệ thống thủy lực và hầu như luôn có thể tránh được bằng cách hiểu các điều kiện gây ra hiện tượng này.
Xâm thực xảy ra khi áp suất chất lỏng ở đầu vào máy bơm giảm xuống dưới áp suất hơi của dầu, hình thành các bong bóng hơi xẹp xuống dữ dội khi chúng bị đẩy vào vùng áp suất cao bên trong máy bơm. Sự sụp đổ tạo ra sóng xung kích cục bộ làm ăn mòn kim loại, gây rung động và cuối cùng dẫn đến phá hủy máy bơm. cho máy móc xây dựng điều hành, điều này có nghĩa là thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và sửa chữa tốn kém. Chỉ riêng một hộp mực máy bơm thay thế đã có thể tiêu tốn hàng trăm đô la và thời gian ngừng hoạt động của máy đào hoặc máy ép thủy lực có thể còn đắt hơn.
Cavitation là gì và tại sao nó phá hủy máy bơm
Cavitation là một quá trình vật lý xảy ra trong bất kỳ máy bơm chất lỏng nào. Mỗi chất lỏng thủy lực đều có áp suất hơi tăng theo nhiệt độ. Khi áp suất ở phía hút của bơm giảm xuống dưới áp suất hơi đó, chất lỏng bắt đầu sôi ở nhiệt độ môi trường, tạo thành các bong bóng cực nhỏ. Khi những bong bóng đó di chuyển vào vùng áp suất cao của máy bơm, chúng sẽ bị chất lỏng xung quanh làm xẹp xuống. Những vụ nổ này hoạt động giống như những chiếc búa siêu nhỏ tác động lên bề mặt kim loại, tạo ra sóng xung kích với áp suất cục bộ có thể vượt quá 1.000 bar.
Biên độ giữa NPSH sẵn có và yêu cầu được các kỹ sư gọi là biên NPSH. Giữ cho lề đó khỏe mạnh là quy tắc thiết kế quan trọng nhất để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực.
Thiệt hại từ quá trình này có một cái nhìn đặc biệt. Các khu vực bị ảnh hưởng, điển hình là cổng hút, mép đầu vào của hộp cánh quạt hoặc cánh quạt, bị rỗ và có cảm giác thô ráp khi chạm vào. Trong trường hợp nghiêm trọng, kim loại bị thiếu hoàn toàn. Công suất bơm giảm, tiếng ồn lớn hơn và nguy cơ ngừng hoạt động hoàn toàn của máy bơm tăng lên.
Nguyên nhân hàng đầu gây ra hiện tượng xâm thực ở máy bơm
Hiểu nguyên nhân là bước đầu tiên để phòng ngừa. Có hai loại chung: nguyên nhân phía hút và nguyên nhân phía xả. Bảng dưới đây tóm tắt những cái phổ biến nhất.
| Danh mục | nguyên nhân | Tác dụng lên máy bơm |
|---|---|---|
| hút | NPSHa thấp hơn NPSHr | Bong bóng hình thành ở đầu vào |
| hút | Bộ lọc hoặc bộ lọc hút bị tắc | Giảm áp suất và thiếu dòng chảy |
| hút | hút line too long, too small, or too many bends | Mất áp suất quá mức |
| hút | Nhiệt độ chất lỏng cao | Áp suất hơi tăng lên, dễ tạo bọt hơn |
| hút | Bơm được gắn quá cao so với mức dầu | Đầu vào không đủ |
| Xả | Đầu ra bị chặn, van đóng hoặc cài đặt áp suất cao | Xả cavitation |
| Xả | Hoạt động vượt quá tốc độ định mức | Áp suất bên trong giảm xuống dưới áp suất hơi |
| Hệ thống | Không khí lọt vào đường hút | Túi khí bắt chước cavitation |
Loại phổ biến nhất là cavitation phía hút. Nó xảy ra khi máy bơm không thể hút đủ chất lỏng. Phần tử lọc là thủ phạm thường gặp nhất: khi bộ lọc bị tắc, chênh lệch áp suất trên nó tăng lên và áp suất ở đầu vào máy bơm giảm xuống dưới áp suất hơi. Ngay cả một bộ lọc có lượng ô nhiễm khiêm tốn cũng có thể gây ra điều này.
Nguyên nhân phổ biến thứ hai là do chính đường hút. Nếu đường ống hẹp hơn khuyến nghị của nhà sản xuất máy bơm hoặc nếu có quá nhiều khuỷu tay và phụ kiện, vận tốc chất lỏng trong đường hút sẽ tăng và áp suất cục bộ giảm. Điều tương tự cũng xảy ra khi máy bơm được lắp xa phía trên bình chứa: lực hút vượt quá mức chất lỏng có thể cung cấp một cách an toàn.
Nhiệt độ chất lỏng là nguyên nhân tiềm ẩn mà người vận hành thường bỏ qua. Áp suất hơi của hầu hết các loại dầu thủy lực tăng đáng kể trên 60°C. Nếu một hệ thống chạy ở nhiệt độ 70°C với mức dầu thấp hoặc bộ lọc bị tắc một phần, hiện tượng xâm thực có thể bắt đầu ngay cả khi các tính toán NPSH có vẻ ổn ở giai đoạn thiết kế.
Cavitation phía xả ít phổ biến hơn nhưng vẫn nghiêm trọng. Nếu đường thoát bị tắc, nếu van chỉ mở một phần hoặc nếu điểm đặt giảm áp được nâng lên vượt quá công suất định mức của máy bơm thì áp suất tại các bộ phận bơm có thể giảm xuống dưới áp suất hơi. Trong máy bơm piston và máy bơm cánh gạt giống nhau, tình trạng này tạo ra tiếng ồn và hư hỏng giống nhau.
Sự cuốn theo không khí từ đường hút bị rò rỉ cũng có thể bắt chước các triệu chứng của hiện tượng xâm thực thực sự. Khi máy bơm hút không khí vào, các túi khí sẽ xẹp xuống với tiếng ồn tương tự và gây ra hiện tượng xói mòn tương tự. Sự khác biệt là nguyên nhân sâu xa là do không khí chứ không phải áp suất hơi. Kiểm tra và siết chặt tất cả các kết nối đường ống hút là một bước đơn giản giúp tránh được nhiều cảnh báo sai.
Cách phát hiện cavitation trước khi máy bơm bị hỏng
Cavitation đưa ra cảnh báo rõ ràng. Đáng tin cậy nhất là âm thanh: tiếng "viên bi trong bình" ổn định hoặc tiếng lạch cạch như sỏi, trở nên tệ hơn khi khối lượng công việc tăng lên. Rung động là dấu hiệu thứ hai. Một máy bơm chạy trơn tru ở tốc độ 1.800 vòng/phút nhưng trở nên thô ráp ở tốc độ 2.200 vòng/phút cho bạn biết rằng đầu vào đang bị hạn chế.
Thay đổi hiệu suất cũng là phổ biến. Dòng chảy giảm dần và xi lanh thủy lực hoặc động cơ ở phía hạ lưu di chuyển chậm hơn so với khi hệ thống còn mới. Chỉ số áp suất ở đầu ra của máy bơm dao động và dầu có thể nổi bọt trong bình chứa.
Khi bạn mở máy bơm trong thời gian bảo dưỡng, hãy kiểm tra hộp mực máy bơm. Bộ cánh bên trong thường là bộ phận đầu tiên có biểu hiện hư hỏng. Các đầu cánh bị rỗ, vết hằn trên tấm cổng và bề mặt gồ ghề ở cổng hút đều là những dấu hiệu cho thấy hiện tượng xâm thực đang xảy ra. Tin tốt là hộp mực là một bộ phận có thể thay thế được. Ở máy bơm kiểu T6/T7, hộp mực có thể được thay thế mà không cần thay vỏ máy bơm, giúp giảm chi phí sửa chữa.
Cấu trúc lưỡi đôi môi của hộp mực T6/T7 Dòng T sử dụng cấu trúc lưỡi kép, môi kép lần lượt tiếp xúc với stato để giảm tác động của lưỡi dao lên stato. Dầu lõi bơm dòng T... Xem sản phẩm → Làm thế nào để ngăn chặn sự xâm thực trong hệ thống thủy lực thực sự
Phòng ngừa có thể được tiếp cận ở ba cấp độ: thiết kế hệ thống, thói quen vận hành và bảo trì.
Mẹo thiết kế hệ thống
- Tính NPSHa trong điều kiện xấu nhất: nhiệt độ dầu cao, bộ lọc bị ô nhiễm và mức dầu thấp nhất trong bể chứa. Giữ mức chênh lệch ít nhất 15-20% so với NPSHr yêu cầu của máy bơm.
- Giữ đường hút càng ngắn và thẳng càng tốt. Vận tốc chất lỏng trong đường hút không được vượt quá 1,2 m/s đối với bơm thủy lực. Sử dụng một đường ống lớn hơn nếu cần thiết.
- Giảm thiểu các phụ kiện, khuỷu tay và van ở phía hút. Mỗi phụ kiện bổ sung sẽ làm giảm áp suất.
- Sử dụng bộ lọc đường hồi lưu thay vì bộ lọc hút khi có thể. Nếu không thể tránh khỏi bộ lọc hút, hãy chọn bộ lọc có chênh lệch áp suất thấp và đường vòng rộng.
- Trong bình chứa, duy trì mức chất lỏng bao phủ đầu vào máy bơm. Sử dụng vách ngăn để ngăn dầu xoáy và hút không khí vào máy bơm.
- Chọn máy bơm có NPSHr phù hợp với NPSH hiện có. Máy bơm cánh gạt dòng V được thiết kế với hộp mực nhỏ gọn và hoạt động êm ái, có thể phù hợp hơn với các hệ thống nhạy cảm với lực hút.
Máy bơm đơn có độ ồn thấp dòng V Máy bơm cánh gạt có độ ồn thấp dòng V đáp ứng ngành công nghiệp máy công cụ. Những máy bơm này có áp suất cao. Với công suất lớn, kích thước nhỏ gọn, độ ồn thấp và thời gian sử dụng lâu hơn... Xem sản phẩm → Thói quen vận hành
- Chạy máy bơm trong phạm vi tốc độ của nhà sản xuất. Hầu hết các máy bơm cánh gạt đều có tốc độ từ 1.200 đến 2.500 vòng/phút. Việc đẩy máy bơm lên tốc độ 3.000 vòng/phút liên tục sẽ tạo ra hiện tượng xâm thực ngay cả khi đường hút trông ổn.
- Giữ nhiệt độ chất lỏng trong khoảng 40-60°C. Sử dụng bộ trao đổi nhiệt khi máy chạy liên tục.
- Không đặt van xả cao hơn áp suất tối đa của nhà sản xuất máy bơm. Điểm đặt áp suất phải phù hợp với thiết kế hệ thống, không phải giới hạn lý thuyết của máy bơm.
- Đối với các ứng dụng áp suất cao có tải trọng thay đổi, bơm piston như dòng A10VSO có thiết kế chắc chắn và khả năng chịu áp suất cao tốt.
Bơm Piston dòng A10VSO 31 Mô tả sản phẩm: Xem sản phẩm → Mẹo bảo trì
- Thay bộ lọc hút theo lịch, không thay thế khi đèn báo hoạt động. Một bộ lọc bị tắc 80% vẫn có thể tạo ra áp suất thích hợp ở đường hồi lưu, nhưng độ sụt áp ở phía hút của nó có thể đã đủ cao để làm đảo lộn đầu vào của máy bơm.
- Kiểm tra hộp bơm trong mỗi lần bảo dưỡng theo lịch trình. Nếu các đầu cánh có biểu hiện mòn hoặc rỗ thì đó là tín hiệu sớm.
- Theo dõi nhiệt độ dầu và ô nhiễm. Nhiệt độ cao và bụi bẩn là sự kết hợp chết người.
Điểm mấu chốt
Cavitation là triệu chứng của hệ thống thủy lực được thiết kế kém, vận hành không đúng cách hoặc bảo trì kém. Bản thân máy bơm thường là nạn nhân chứ không phải nguyên nhân. Khắc phục các điều kiện đầu vào, giữ dầu mát và sạch, đồng thời chọn máy bơm có yêu cầu NPSH phù hợp với hệ thống thực tế. Đó là con đường đơn giản nhất để loại bỏ hư hỏng do xâm thực và duy trì hoạt động của thiết bị thủy lực.
