Objašnjenje hidrauličke kavitacije: uzroci, simptomi i kako je spriječiti

Operater mobilne dizalice primjećuje tiho, šljunčano cviljenje iz hidrauličke pumpe tijekom hladnog jutarnjeg pokretanja. Stroj i dalje radi normalno, ali kada se filtar otvori na sljedećem servisu, tehničar pronalazi fine metalne čestice u ulju. Taj niz pokazuje koliko se brzo hidraulička kavitacija kreće od neobične buke do oštećenja cijelog sustava.

Kavitacija je drugi najčešći uzrok kvara hidrauličke pumpe, iza onečišćenja. Također može nagrizati kućišta pumpi, ventile i površine hidrauličkih cilindara, što dovodi do skupih popravaka i neplaniranih zastoja. Ovaj vodič objašnjava što je hidraulička kavitacija, što je uzrokuje, kako je prepoznati i kako spriječiti.

Što je hidraulička kavitacija?

Kavitacija je stvaranje i kolaps mjehurića ispunjenih parom u hidrauličnoj tekućini. Nastaje kada lokalni tlak u ulju padne ispod tlaka pare tekućine. U tom trenutku otopljeni plinovi i lakše frakcije ulja isparavaju stvarajući male šupljine ili mjehuriće. Kad ti mjehurići putuju nizvodno i tlak se oporavi, oni se nasilno kolabiraju. Svaki kolaps oslobađa koncentrirani udarni val koji može nagrizati obližnje metalne površine.

Kavitacija gotovo uvijek počinje u pumpi, jer je pumpa mjesto gdje se tekućina ubrzava i gdje su promjene tlaka najekstremnije. U hidrauličkim sustavima prepoznaju se dva oblika kavitacije:

Što uzrokuje kavitaciju u hidrauličkim sustavima

Bez obzira na to pojavljuje li se kavitacija na usisnoj ili ispusnoj strani, temeljni mehanizam je isti: crpka ne prima tekućinu koja joj je potrebna ili se tlak na ispusnoj strani ponaša nepredvidivo. Iskustvo na terenu ukazuje na dosljedan niz temeljnih uzroka.

Ograničenja na usisnoj strani

• Začepljen ili premali usisni filtar ili cjedilo.
• Savijeno, slomljeno ili premalo usisno crijevo.
• Niska razina rezervoara koja omogućuje vrtloženje i uvlačenje zraka.
• Ograničeni odzračivač spremnika koji stvara vakuum unutar spremnika.

Tekućina i radni uvjeti

• Previsoka viskoznost tekućine pri hladnom pokretanju.
• Brzina crpke iznad mogućnosti ulaznog protoka koju je naveo proizvođač.
• Brzo mijenjanje opterećenja koje proizvodi oštre padove tlaka na ulazu pumpe.
• Pretjerano pjenjenje uzrokovano degradiranom tekućinom ili nekompatibilnim dodacima.

Većina ovih stanja razvija se postupno. Filtar se napuni, crijevo omekša i skupi se ili hladnoća zgusne ulje. Dok se buka pojavi, šteta je možda već u tijeku.

Prepoznavanje simptoma hidrauličke kavitacije

Kavitacija je i čujna i vidljiva ako znate što provjeriti. Ovo su najčešći znakovi upozorenja:

• zvuk: cviljenje, pucketanje ili pucketanje, često opisano kao klikeri ili šljunak koji prolaze kroz pumpu.
• Vibracija: visokofrekventne vibracije u pumpi i usisnom vodu koje nestaju kada se stroj isključi.
• Izgled tekućine: pjenasto ili pjenušavo ulje, au težim slučajevima mliječan ili mutan izgled rezervoara.
• temperatura: neuobičajeno vruće kućište pumpe uzrokovano gubitkom filma tekućine za podmazivanje tijekom kolapsa mjehurića.
• Izvedba: sporije kretanje cilindra, nestabilnost tlaka ili pumpa koja ne može držati nazivni tlak.

Kada se ovi znakovi pojave zajedno, kavitacija je vjerojatni krivac. The uobičajeni znakovi neispravnosti hidrauličkog cilindra često se preklapaju sa simptomima kavitacije, jer oba upućuju na istu kontaminiranu i slabo opskrbljenu tekućinu.

Kavitacija naspram aeracije: Kako ih razlikovati

Kavitacija i prozračivanje često se brkaju jer oboje proizvode buku i pjenasto ulje. Kavitacija je proces vezan uz tlak: mjehurići se stvaraju iz same hidrauličke tekućine kada tlak padne ispod tlaka pare. Prozračivanje je problem s ulaskom: vanjski zrak curi u sustav kroz labave priključke, oštećenu brtvu vratila ili nisku razinu spremnika koji omogućuje crpki da uvlači zrak.

Kako kavitacija oštećuje pumpe i cilindre

Kavitacijsko oštećenje je mehaničko, a ne kemijsko. Svaki kolapsirajući mjehurić oslobađa udarni val koji može premašiti granicu tečenja uobičajenih konstrukcijskih metala. Ponovljeno urušavanje kida i udubljuje površinu, ostavljajući uzorke erozije koji izgledaju poput spužve ili grubog pijeska.

Kod pumpi se erozija pojavljuje na zubima zupčanika, vrhovima lopatica ili zakretnim pločama. Pravi problem je što će se sljedeće dogoditi. Nagrizene metalne čestice ulaze u cirkulirajuću tekućinu i putuju kroz ventile, crijeva i hidrauličke cilindre. U cilindru te čestice zarezuju klipnjaču i provrt, režu dinamičke brtve i ubrzavaju unutarnje curenje. Cilindar s urezanom šipkom na kraju curi izvana; cilindar s istrošenom brtvom klipa zanosi se pod opterećenjem i gubi silu podizanja.

Za mobilne strojeve kao što su dizalice, dizalice i kamioni za vuču, posljedice su trenutne: sporija vremena ciklusa, problemi s držanjem tereta i zaglavljeni aktuatori. U strojevima za zabijanje pilota, isti obrasci erozije pojavljuju se u cilindrima rotacijske opreme za bušenje i cilindrima za podizanje cijevi, gdje visoke sile i prljava okolina povećavaju stopu oštećenja.

Kako spriječiti hidrauličku kavitaciju

Prevencija počinje na ulazu pumpe. Većina slučajeva kavitacije rješava se osiguravanjem neprekinute opskrbe pumpe čistom tekućinom ispravne temperature i viskoznosti. Ove su se prakse pokazale učinkovitima u građevinarstvu, rukovanju materijalima i pokretnoj opremi:

1. Neka usisni vodovi budu kratki, ravni i odgovarajuće veličine za protok crpke; izbjegavajte oštre zavoje i ograničenja.
2. Zamijenite usisne filtre prema rasporedu i pratite indikatore pada tlaka kako biste uhvatili puni filtar prije nego što utječe na ulaz.
3. Odaberite razinu tekućine koja odgovara rasponu temperature okoline i po potrebi prethodno zagrijte sustav po hladnom vremenu.
4. Održavajte razinu tekućine u spremniku na specifikaciji proizvođača i provjeravajte je dok je stroj u radnom položaju.
5. Provjerite ima li začepljenja odzračivača spremnika; začepljeni odzračnik stvara vakuum koji potiče kavitaciju.
6. Držite brzinu pumpe unutar nazivnog raspona; crpka koja radi iznad svoje ulazne sposobnosti kavitirati će čak i s čistim usisnim vodom.
7. Ugradite mjerač vakuuma na ulaz pumpe kako biste vidjeli razvojna ograničenja prije nego proizvedu zvučne simptome.
8. Koristite ispravne aditive protiv pjenjenja i zamijenite tekućinu koja se razgradila do točke prekomjernog pjenjenja.

Rutinska pažnja kvaliteti tekućine također igra središnju ulogu. Isto ulje cirkulira kroz pumpu i cilindre, dakle principi koji stoje iza pravilno podmazivanje i upravljanje tekućinom izravno podržavaju prevenciju kavitacije na cijelom stroju.

Zašto su specifikacije cilindra važne u strojevima sklonim kavitaciji

Kavitacija je problem na razini sustava, ali oštećenje se često prvo pokaže u cilindrima. Na dizalici montiranoj na kamion, pokretni i teleskopski cilindri podnose najteža opterećenja i najčešća preokretanja. Kada kavitacijska pumpa šalje kontaminiranu tekućinu u te cilindre, šipke se zarezuju, brtve gube svoj učinak brisanja, a stroj gubi pouzdanje podizanja. Odabir cilindra u takvim primjenama treba uzeti u obzir tvrdoću površine šipke, robusnost brtve i toleranciju na kontaminaciju česticama.

Cilindar poluge dizalice montiran na kamion za upravljanje granom za teške uvjete rada Ovaj cilindar upravlja podešavanjem kuta kraka na dizalicama montiranim na kamion. Njegova tvrdoća šipke i izvedba brtvljenja važni su kada kavitacija unosi onečišćenja, pa ga vrijedi pregledati za primjene koje zahtijevaju pouzdano podizanje i minimalno trošenje. Pogledajte proizvod →

Zračne radne platforme suočavaju se sa sličnim rizikom. Cilindri za niveliranje i luffing kontinuirano rade kako bi prilagodili košaru dok se platforma kreće po neravnom terenu. Čestice izazvane kavitacijom ubrzavaju trošenje brtve u ovim cilindrima, uzrokujući zanošenje i trzajno kretanje na visini, što je nesigurno i skupo za popravak.

Cilindar letjelice radnog vozila u zraku za stabilnost elevacije grane Ovaj cilindar podešava visinu grane na zračnim radnim platformama. S obzirom na rizik od trošenja brtve i trzaja zbog čestica izazvanih kavitacijom, njegov stabilan rad ključan je za sigurno pozicioniranje na visini, što ga čini ključnom komponentom za procjenu. Pogledajte proizvod →

U Zhejiang Huanfeng Machinery Co., Ltd. proizvodimo hidrauličke cilindre za dizalice, radne platforme na visini, kamione za vuču, vozila za inspekciju mostova i opremu za zabijanje stupova. Kada nas proizvođači strojeva pitaju za cilindre, jedno od prvih pitanja koje postavljamo jest je li kavitacija bila problem u njihovom voznom parku. To jedino pitanje nam govori trebamo li preporučiti tvrđe kromiranje, nadograđene komplete brtvi ili manje unutarnje zazore kako bi cilindar radio u lošijim uvjetima tekućine.

Suština

Kavitacija nije misterij. To je predvidljiv proces vezan uz pritisak s jasnim uzrocima, jasnim simptomima i dokazanim metodama prevencije. Trošak ignoriranja daleko je veći od troška prevencije: pumpa se pokvari, stroj se zaustavi, a ako erodirani metal dospije u cilindre, račun za popravak se višestruko povećava.

Slušajte cviljenje. Pregledajte ulje. Provjerite usisnu stranu. Održavajte tekućinu na odgovarajućoj razini, viskoznosti i čistoći. Ove navike smanjuju stope kvarova crpki, produžuju vijek trajanja cilindra i održavaju rad hidrauličke opreme prije nego što je kavitacija dobije priliku uništiti.