Een hydraulische pomp op een bouwmachine heeft slechts 480 uur dienst gedaan voordat de technicus het kenmerkende grindachtige geluid uit de zuigzijde opmerkte. Toen de unit werd geopend, vertoonden het inlaatgebied en de pomppatroon diepe putten en ruwe oppervlakken. Dat was cavitatie, geen defect onderdeel. Cavitatie is de belangrijkste oorzaak van voortijdige pompstoringen in hydraulische systemen, en kan bijna altijd worden vermeden door de omstandigheden te begrijpen die deze veroorzaken.
Cavitatie vindt plaats wanneer de vloeistofdruk bij de pompinlaat onder de dampdruk van de olie daalt, waardoor dampbellen worden gevormd die met geweld instorten wanneer ze in de hogedrukzone in de pomp worden geduwd. De instorting genereert plaatselijke schokgolven die metaal eroderen, trillingen veroorzaken en uiteindelijk tot vernietiging van de pomp leiden. Voor bouwmachines operators betekent dit ongeplande stilstand en dure reparaties. Alleen al een vervangende pompcartridge kan honderden dollars kosten, en de stilstand van een graafmachine of hydraulische pers kan zelfs nog duurder zijn.
Wat cavitatie is en waarom het pompen vernietigt
Cavitatie is een fysiek proces dat in elke vloeistofpomp voorkomt. Elke hydraulische vloeistof heeft een dampdruk die stijgt met de temperatuur. Wanneer de druk aan de zuigzijde van de pomp onder die dampdruk daalt, begint de vloeistof bij omgevingstemperatuur te koken, waardoor microscopisch kleine belletjes ontstaan. Terwijl deze bellen het hogedrukgebied van de pomp binnendringen, worden ze samengevouwen door de omringende vloeistof. Deze implosies werken als microscopisch kleine hamers tegen de metalen oppervlakken en genereren schokgolven met een lokale druk die hoger kan zijn dan 1.000 bar.
De marge tussen de beschikbare en vereiste NPSH is wat ingenieurs de NPSH-marge noemen. Het gezond houden van die marge is de belangrijkste ontwerpregel om cavitatie te voorkomen.
De schade als gevolg van dit proces heeft een onderscheidend uiterlijk. De getroffen gebieden, meestal de aanzuigpoort, de inlaatrand van de schoepenpatroon of de waaier, bevatten putjes en voelen ruw aan. In ernstige gevallen ontbreekt metaal helemaal. De pompcapaciteit neemt af, het geluid wordt luider en het risico op een volledige pompvastlopen neemt toe.
De belangrijkste oorzaken van cavitatie in pompen
Het begrijpen van de oorzaken is de eerste stap naar preventie. Er zijn twee algemene categorieën: oorzaken aan de zuigzijde en oorzaken aan de perszijde. De onderstaande tabel vat de meest voorkomende samen.
| Categorie | Oorzaak | Effect op de pomp |
|---|---|---|
| Zuigkracht | NPSHa lager dan NPSHr | Bij de inlaat vormen zich belletjes |
| Zuigkracht | Verstopt aanzuigfilter of zeef | Drukval en stromingsgebrek |
| Zuigkracht | Zuigkracht line too long, too small, or too many bends | Overmatig drukverlies |
| Zuigkracht | Hoge vloeistoftemperatuur | Dampdruk stijgt, gemakkelijker te caviteren |
| Zuigkracht | Pomp te hoog boven het oliepeil gemonteerd | Onvoldoende opvoerhoogte bij de inlaat |
| Ontlading | Geblokkeerde uitlaat, gesloten klep of hogedrukinstelling | Ontlading cavitation |
| Ontlading | Werking boven de nominale snelheid | De interne druk daalt tot onder de dampdruk |
| Systeem | Luchtindringing in de zuigleiding | Gaszakken die cavitatie nabootsen |
De meest voorkomende categorie is cavitatie aan de zuigzijde. Het treedt op wanneer de pomp eenvoudigweg niet genoeg vloeistof kan aanzuigen. Het filterelement is de meest voorkomende boosdoener: naarmate het filter verstopt raakt, stijgt het drukverschil erover en daalt de druk bij de pompinlaat tot onder de dampdruk. Zelfs een filter met een bescheiden hoeveelheid vervuiling kan dit veroorzaken.
Een tweede veel voorkomende oorzaak is de zuigleiding zelf. Als de leiding smaller is dan de aanbeveling van de pompfabrikant, of als er te veel bochten en fittingen zijn, stijgt de vloeistofsnelheid in de aanzuigleiding en daalt de plaatselijke druk. Hetzelfde gebeurt als de pomp ver boven het reservoir wordt gemonteerd: de zuighoogte overschrijdt wat de vloeistof veilig kan leveren.
De vloeistoftemperatuur is een verborgen oorzaak die operators vaak over het hoofd zien. De dampspanning van de meeste hydraulische oliën neemt aanzienlijk toe boven 60°C. Als een systeem op 70°C draait met een laag oliepeil of een gedeeltelijk verstopt filter, kan cavitatie optreden, zelfs als de NPSH-berekeningen er in de ontwerpfase goed uitzagen.
Cavitatie aan de afvoerzijde komt minder vaak voor, maar is nog steeds ernstig. Als de uitlaatleiding verstopt is, als een klep slechts gedeeltelijk open is, of als het instelpunt voor de drukontlasting hoger wordt dan de nominale capaciteit van de pomp, kan de druk bij de pompelementen onder de dampdruk dalen. In zuigerpompen en schotten pompen Deze toestand veroorzaakt hetzelfde veelbetekenende geluid en dezelfde schade.
Het meesleuren van lucht uit een lekkende zuigleiding kan ook de symptomen van echte cavitatie nabootsen. Wanneer de pomp lucht binnenkrijgt, storten de gaszakken met een soortgelijk geluid in en veroorzaken een soortgelijke erosie. Het verschil is dat de hoofdoorzaak lucht is en niet dampdruk. Het inspecteren en vastzetten van alle zuigleidingverbindingen is een eenvoudige stap die veel valse alarmen voorkomt.
Cavitatie detecteren voordat de pomp defect raakt
Cavitatie geeft duidelijke waarschuwingen. Het meest betrouwbare is geluid: een gestage "knikkers in een pot" of grindachtig geratel dat erger wordt naarmate de werklast toeneemt. Trillingen zijn het tweede teken. Een pomp die soepel draait bij 1.800 tpm maar ruw wordt bij 2.200 tpm, geeft aan dat de inlaat beperkt is.
Prestatieveranderingen komen ook vaak voor. De stroom neemt geleidelijk af en de hydraulische cilinder of motor aan de stroomafwaartse kant beweegt langzamer dan toen het systeem nieuw was. De drukwaarden bij de pompuitlaat fluctueren en de olie kan schuimen in het reservoir.
Wanneer u de pomp opent tijdens een onderhoudsinterval, inspecteer dan de pompcartridge. Vaak is de interne lamellenset het eerste onderdeel dat schade vertoont. Ontpitte schoepen, krassen op de poortplaat en ruwe oppervlakken bij de aanzuigpoort zijn allemaal aanwijzingen dat er cavitatie heeft plaatsgevonden. Het goede nieuws is dat de cartridge een vervangbaar onderdeel is. Bij een pomp in T6/T7-stijl kan de cartridge worden verwisseld zonder het pomphuis te vervangen, waardoor de reparatiekosten worden verlaagd.
T6/T7-cartridge Bladstructuur met dubbele lip De T-serie heeft een bladstructuur met dubbele lippen en de dubbele lippen maken afwisselend contact met de stator om de impact van de bladen op de stator te verminderen. T-serie pompkernolie... Bekijk Product → Hoe cavitatie in echte hydraulische systemen te voorkomen
Preventie kan op drie niveaus worden benaderd: systeemontwerp, bedieningsgewoonten en onderhoud.
Systeemontwerptips
- Bereken NPSHa onder de slechtst denkbare omstandigheden: hoge olietemperatuur, vervuild filter en het laagste oliepeil in het reservoir. Houd een marge aan van minimaal 15-20% boven de vereiste NPSHr van de pomp.
- Houd de zuigleiding zo kort en recht mogelijk. De vloeistofsnelheid in de zuigleiding mag bij een hydraulische pomp niet hoger zijn dan 1,2 m/s. Gebruik indien nodig een grotere buis.
- Minimaliseer fittingen, ellebogen en kleppen aan de zuigzijde. Elke extra fitting voegt een drukval toe.
- Gebruik indien mogelijk een retourleidingfilter in plaats van een aanzuigfilter. Als een aanzuigfilter onvermijdelijk is, kies dan een filter met een laag drukverschil en een royale bypass.
- Zorg ervoor dat het vloeistofpeil in het reservoir zo hoog is dat de pompinlaat bedekt is. Gebruik een schot om te voorkomen dat de olie gaat wervelen en lucht in de pomp zuigt.
- Kies een pomp met een NPSHr die past bij de beschikbare NPSH. Een schottenpomp uit de V-serie is ontworpen met een compact patroon en een stille werking, waardoor deze beter geschikt is voor zuiggevoelige systemen.
V-serie enkele geluidsarme pomp V-serie intra-schottenpomp met laag geluidsniveau voldoet aan de gereedschapsmachine-industrie. Deze pompen hebben hoge druk. Met grote capaciteit, compact formaat, laag geluidsniveau en langere levensduur. Bekijk Product → Bedrijfsgewoonten
- Laat de pomp draaien binnen het snelheidsbereik van de fabrikant. De meeste schottenpompen hebben een vermogen van 1.200 tot 2.500 tpm. Als u een pomp continu naar 3.000 tpm duwt, ontstaat er cavitatie, zelfs als de zuigleiding er goed uitziet.
- Houd de vloeistoftemperatuur binnen het bereik van 40-60°C. Gebruik een warmtewisselaar als een machine continu draait.
- Stel de ontlastklep niet boven de maximale druk van de pompfabrikant in. Het drukinstelpunt moet overeenkomen met het systeemontwerp en niet met de theoretische limiet van de pomp.
- Voor hogedruktoepassingen met variabele belasting biedt een zuigerpomp zoals de A10VSO-serie een stijf ontwerp en goede hogedruktoleranties.
A10VSO 31-serie zuigerpomp Productbeschrijving: Bekijk Product → Onderhoudstips
- Vervang zuigfilters op tijd, niet wanneer de indicator uitgaat. Een filter dat voor 80% verstopt is, kan nog steeds voldoende druk in de retourleiding produceren, maar de drukval aan de zuigzijde kan al hoog genoeg zijn om de pompinlaat te verstoren.
- Controleer de pompcartridge tijdens elk gepland onderhoud. Als de schoeppunten slijtage of putjes vertonen, is dat een vroeg signaal.
- Bewaak de olietemperatuur en vervuiling. Hoge temperaturen en vuil zijn een dodelijke combinatie.
De onderste regel
Cavitatie is een symptoom van een hydraulisch systeem dat slecht is ontworpen, onjuist wordt bediend of slecht wordt onderhouden. De pomp zelf is vaak het slachtoffer en niet de oorzaak. Corrigeer de inlaatomstandigheden, houd de olie koel en schoon en selecteer een pomp waarvan de NPSH-vereiste overeenkomt met het daadwerkelijke systeem. Dat is de eenvoudigste manier om cavitatieschade te elimineren en hydraulische apparatuur in bedrijf te houden.
