Запобігання кавітації насоса за допомогою моніторингу стану

Чоловік регулює важіль над кількома промисловими насосами

Подовження терміну служби насосних систем

Кавітація — поширена проблема, яка може негативно вплинути на ефективність і надійність насосів. Однак частотно-регульовані приводи Danfoss мають інтегровану функцію моніторингу стану (CBM), що забезпечує нові можливості виявлення й уникнення кавітації в насосних системах. Використовуючи підхід «ЧРП як датчик» і аналіз сигнатур струму, моніторинг стану може ефективно виявити несправності, пов'язані з кавітацією, і допомогти запобігти потенційним пошкодженням і зносу.

Зверніться до наших експертів

Як і інші функції моніторингу стану, зокрема виявлення несправності обмотки статора, виявлення кавітації тепер вважається частиною сімейства CBM. Це означає, що ту саму інфраструктуру CBM можна використовувати для впровадження систем виявлення кавітації. Навіть частотно-регульовані приводи (ЧРП) зі старими ліцензіями CBM можна оновити для забезпечення підтримки моніторингу кавітації шляхом оновлення програмного забезпечення.

Ударні хвилі, що виникають унаслідок розриву бульбашок повітря, створюють мікроямки в металі робочого колеса насоса, що призводить до прискореного зношування. На цьому зображенні показана кавітація робочого колеса насоса.

Що викликає кавітацію насоса?

Отже, як виникає кавітація та чому вона становить небезпеку для насосних систем?

Кавітація виникає, коли швидкі зміни тиску в рідкому середовищі призводять до утворення бульбашок, наповнених парою. Ці бульбашки можуть руйнуватися під вищим тиском, утворюючи ударні хвилі, які створюють мікроямки в робочому колесі насоса. Це призводить до прискореного зношування та ерозії робочих лопатей. Крім того, руйнування бульбашок генерує додатковий шум, стукіт і вібрацію, що ще більше знижує ефективність насоса, спотворюючи форму потоку.

Локальні імплозії кавітаційних бульбашок також можуть змінювати хімічні властивості рідини, утворюючи вільні радикали, що призводить до окислення та розкладання хімічних сполук. Незважаючи на те, що ці ефекти виникають у невеликих кількостях, вони все одно призводять до змін у якості продукції, що є важливим фактором у харчовій і нафтогазовій галузях промисловості.

Важливо зазначити, що кавітація також може впливати на інші компоненти системи, які контактують із рідинами, що рухаються з високою швидкістю, включно із системами трубопроводів, компонентами насосів, корпусом двигуна, гільзами циліндрів, компонентами теплообмінника й компонентами гідротурбіни. Таким чином, раннє виявлення кавітації в насосі разом зі швидкими коригувальними діями може захистити всю систему компонентів і подовжити термін її служби.

Як моніторинг стану захищає насоси від кавітації?

Виявлення й уникнення кавітації має вирішальне значення для підтримання продуктивності насоса та запобігання дорогим пошкодженням. Моніторинг стану за допомогою функції CBM, інтегрованої в частотно-регульований привод, є ефективним рішенням для досягнення цієї мети. Виявлення кавітації можна здійснювати за допомогою аналізу сигнатури струму в частотно-регульованому приводі, що дає змогу виконувати виявлення без використання датчиків. Кавітація спричиняє турбулентність, утворюючи чутний шум і характерну сигнатуру в струмі двигуна. Ця турбулентність відображається в струмі двигуна й виявляється алгоритмом моніторингу стану.

Алгоритм порівнює фактичну сигнатуру кавітації з визначеними користувачем пороговими рівнями. Якщо значення перевищують задані пороги протягом наперед визначеного часу, подія позначається як кавітація.

Рівень сигнатури кавітації відображається як рівень несправності залежно від швидкості двигуна. Сигнатура сильно збільшується, коли виникає кавітація, починаючи з 3000 об/хв.

Частотно-регульовані приводи Danfoss із вбудованим моніторингом стану (CBM) забезпечують можливість раннього виявлення кавітації та оптимізації енергоефективності насосних операцій.

Переваги моніторингу стану та профілактичного технічного обслуговування

Уникнення кавітації за допомогою моніторингу стану надає значні переваги. Завдяки постійному моніторингу стану за допомогою функції CBM, інтегрованої в частотно-регульований привод Danfoss, стає можливим як виявлення, так і уникнення кавітації. Це економічно вигідне рішення, яке конкурує з традиційними методами на основі зовнішніх датчиків, що, наприклад, вимірюють звук, вібрацію або тиск. Запобігаючи зношуванню та пошкодженню насоса внаслідок кавітації, можна оптимізувати продуктивність і подовжити термін служби компонентів. Це дозволяє виконувати профілактичне технічне обслуговування, що в кінцевому підсумку сприяє зниженню витрат на обслуговування й заміну.

Кавітація є одним із факторів, що знижують продуктивність насоса. Завдяки моніторингу стану, інтегрованому безпосередньо в частотно-регульований привод, ми надаємо нашим клієнтам проактивний спосіб виявлення та запобігання пошкодженню до того, як воно станеться. Це розумніший, простіший і значно економічніший підхід, ніж використання традиційних методів на основі датчиків.

Тім Флінтхольм Фінк

Власник продукції Aqua в Danfoss Drives

Запобігання кавітації насоса за допомогою функції моніторингу стану

Щоб уникнути кавітації, можна зменшити витрату, знижуючи швидкість насоса невеликими кроками. Моніторинг стану дозволяє зробити це за допомогою функції уникнення. У разі виявлення кавітації швидкість двигуна автоматично знижується відповідно до попередньо визначених меж. Після уникнення кавітації функція може бути налаштована таким чином, щоб або залишатися на останній швидкості, яка запобігла кавітації, або поступово намагатися повернутися до початкового завдання швидкості, постійно перевіряючи, чи зникла кавітація. Крім того, ця функція надає всю необхідну інформацію про стан, що дозволяє частотно-регульованому приводу працювати як автономний пристрій або бути інтегрованим із ПЛК у систему керування процесом вищого рівня. Ця функція уникнення вимкнена за замовчуванням, і користувач повинен вирішити, чи активувати її на основі своїх конкретних потреб.

Узагальнюючи, запобігання кавітації насоса має вирішальне значення для підтримання ефективності насоса та зменшення потенційних пошкоджень і зносу. Моніторинг стану з використанням передових методів, як-от аналіз сигнатур струму, забезпечує надійне й економічно ефективне рішення для виявлення та уникнення кавітації. Завдяки впровадженню систем моніторингу стану промислові процеси можуть отримати вигоду від покращеного виробництва, подовженого терміну служби компонентів і зниження витрат на технічне обслуговування, що в кінцевому підсумку веде до більш плавної та надійної роботи.

Аналітика двигуна та насоса в режимі реального часу на базі найсучаснішого комп'ютера

Завдяки найсучанішому обчислювальному рішенню, яке дозволяє швидше отримувати інформацію шляхом обробки даних на частотно-регульованому приводі, дані збираються кілька разів на секунду, забезпечуючи швидке та своєчасне спрацьовування попередження про будь-які вимірювання за межами нормального діапазону, що зводить до мінімуму ризик невиявлених відхилень.