Diagnostische gids: Cavitatie van hydraulische pompen - Problemen oplossen

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

Cavitatie van een hydraulische pomp is een kritieke storing, die gepaard gaat met de vorming en daaropvolgende vernietiging van stoombellen in de stroom hydraulische vloeistof. Dit fenomeen treedt op wanneer de druk in bepaalde delen van de pomp (meestal de inlaat) onder de verzadigde dampdruk van de vloeistof daalt. Het instorten van deze bellen genereert gelokaliseerde schokgolven met hoge intensiteit die aanzienlijke schade aan de interne oppervlakken van de pomp en andere componenten van het hydraulische systeem veroorzaken.

Symptomen van cavitatie:

• Geluid: Een karakteristiek geluid dat doet denken aan het knetteren van grind, het knarsen van metaal of het ratelen in de pomp.
• Trillingen: verhoogde trillingen van het pomphuis en aangrenzende pijpleidingen.
• Verminderde prestaties: daling van de druk en de stroomsnelheid van de door de pomp geleverde vloeistof, daling van de systeemefficiëntie.
• Oververhitting: Lokale temperatuurstijging van vloeistof- en pompcomponenten.
• Erosieschade: putjes, kuilen, metaalerosie op de werkoppervlakken van de waaiers, tandwielen, zuigers en pompbehuizing.

Deze handleiding is van toepassing op alle typen hydraulische pompen die in de industrie worden gebruikt (tandwiel, schoepen, zuiger) en is bedoeld om systematisch de grondoorzaken van cavitatie te identificeren en te elimineren.

Ernstclassificatie:

• Kritisch: snelle progressie van de schade, risico op plotselinge pompstoringen en productieonderbreking. Vereist onmiddellijke interventie.
• Belangrijk: Merkbare afname van de efficiëntie, meer geluid en trillingen, versnelde slijtage. Vereist planning van reparatiewerkzaamheden.
• Klein: eerste symptomen (intermitterend geluid, lichte trillingen) die wijzen op een mogelijk probleem. Behoefte aan monitoring en diagnostiek.

2. Voorzorgsmaatregelen

WAARSCHUWING! Voordat u met diagnose- of reparatiewerkzaamheden aan hydraulische apparatuur begint, dient u zich strikt aan de veiligheidsregels te houden:

• LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Zorg er altijd voor dat de energiebronnen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) volledig uitgeschakeld en vergrendeld/tagout zijn om het per ongeluk starten van de apparatuur te voorkomen.
• ONTLADING VAN RESTDRUK: Zorg ervoor dat alle druk in het hydraulische systeem is ontlast voordat u onderdelen demonteert. Hydraulische vloeistof onder druk kan ernstig letsel veroorzaken.
• PERSOONLIJKE BESCHERMINGSUITRUSTING (PBM): Gebruik geschikte PBM: veiligheidsbril/-schilden, handschoenen, werkkleding, veiligheidsschoenen. Hete hydraulische vloeistof kan brandwonden veroorzaken en vloeistof onder druk kan steekwonden veroorzaken.
• OPPERVLAKKEN MET HOGE TEMPERATUUR: Wees voorzichtig, aangezien sommige onderdelen van het hydraulische systeem heet kunnen zijn tijdens of na gebruik.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

4. Checklist voor de initiële beoordeling

Voordat u een gedetailleerde diagnostiek start, voert u de volgende stappen uit om informatie te verzamelen en de downtime te minimaliseren:

5. Systematische stroom van diagnostiek

De diagnose van cavitatie begint met het observeren van symptomen en de daaropvolgende uitsluiting van mogelijke oorzaken:

1. Is er een karakteristiek geluid (kraken, gieren) en/of trillingen van de pomp?
   
   • JA: Ga door met de diagnostiek.
   • NEE: Het probleem houdt waarschijnlijk geen verband met cavitatie. Raadpleeg andere diagnosehandleidingen voor het hydraulische systeem.
2. Controleer het niveau van de hydraulische vloeistof in de tank.
   
   • ALS het niveau onder het MIN-teken ligt:
     
     1. Oorspronkelijke oorzaak: Laag vloeistofniveau.
     2. Actie: Vul hydraulische vloeistof bij van het juiste type en zuiverheidsklasse (bijv. ISO VG 46, zuiverheidsklasse NAS 6-8).
     3. Controleren: Start het systeem en controleer op symptomen van cavitatie.
   • ALS het niveau normaal is: ga door.
3. Controle van de temperatuur van de hydraulische vloeistof.
   
   • Meet de temperatuur met een infraroodthermometer.
   • ALS de temperatuur veel lager is dan aanbevolen (<20°C):
     
     1. Oorspronkelijke oorzaak: Vloeistofviscositeit te hoog.
     2. Actie: Gebruik een vloeistofverwarmingssysteem of laat het systeem opwarmen. Overweeg het gebruik van een vloeistof met een lagere viscositeitsindex voor koude omstandigheden (volgens ISO 3448).
     3. Controleren: Start het systeem na het opwarmen en controleer op symptomen.
   • ALS de temperatuur veel hoger is dan aanbevolen (>70°C):
     
     1. Hoofdoorzaak: Vloeistofviscositeit te laag / Systeem oververhit.
     2. Actie: Controleer de efficiëntie van het koelsysteem. Overweeg het gebruik van een vloeistof met een hogere viscositeit of een hogere koelindex.
     3. Controleren: Start het systeem nadat de temperatuur is gestabiliseerd.
   • ALS de temperatuur normaal is (40-60°C): Ga verder.
4. Meet de inlaatdruk/vacuüm van de pomp.
   
   • Sluit een druk-/vacuümmeter aan op een testpunt op de inlaatleiding, zo dicht mogelijk bij de pomp.
   • ALS het vacuüm de toegestane waarden overschrijdt (< -0,4 bar):
     
     1. Waarschijnlijke oorzaken: Beperkingen op de inlaat of luchtaanzuiging.
     2. Ga door met het controleren van de beperkingen.
   • ALS de druk normaal is (0 ... -0,3 bar):
     
     1. Oorspronkelijke oorzaak: Onwaarschijnlijke cavitatie via de inlaatleiding. Houd rekening met interne schade aan de pomp of andere factoren (zoals drukpulsen).
5. Stel een diagnose van beperkingen in de inlaatleiding.
   
   • Visuele inspectie: Controleer het inlaatfilter/zeef op verstoppingen (stof, vuil, afzettingen).
   • ALS filter verstopt:
     
     1. Oorzaak: Inlaatfilter verstopt.
     2. Actie: Reinig of vervang het filter.
     3. Controleren: Start het systeem, controleer de inlaatdruk en de aanwezigheid van geluid.
   • Visuele inspectie: Controleer de inlaatleiding op knikken, vervormingen, overmatige lengte, onjuiste diameter.
   • ALS er vervormingen/buigingen worden gedetecteerd:
     
     1. Hoofdoorzaak: Mechanische beperking van de inlaatleiding.
     2. Actie: Vervang of repareer de pijpleiding, controleer op vrije doorstroming.
     3. Controleren: Start het systeem, controleer de inlaatdruk en de aanwezigheid van geluid.
6. Luchtaanzuigdiagnose.
   
   • Gebruik een monteurstethoscoop of een ultrasone detector om naar alle aansluitingen, afdichtingen en pakkingen op de inlaatleiding (van tank tot pomp) te luisteren.
   • Zeepwatermethode: Breng een zeepoplossing aan om verbindingen te vermoeden en let op luchtbellen terwijl het systeem in werking is.
   • INDIEN luchtinlaat gedetecteerd:
     
     1. Oorspronkelijke oorzaak: Lekkage inlaatleiding.
     2. Actie: Draai de verbindingen vast, vervang beschadigde afdichtingen, slangen of flenzen.
     3. Controleren: Controleer opnieuw op lekkages, start het systeem en beoordeel de symptomen.

6. Matrix van storingen en oorzaken

7. Analyse van de oorzaak van elke storing

7.1. Laag niveau hydraulische vloeistof in de tank

Waarom dit gebeurt: Onvoldoende vloeistofvolume in de tank leidt ertoe dat de pomp samen met de vloeistof lucht begint aan te zuigen. Dit kan worden veroorzaakt door lekkages in het systeem, onvoldoende vloeistof bijvullen tijdens onderhoud of vloeistofverdamping bij hoge temperaturen. Naarmate het vloeistofniveau daalt, wordt de onderdompeling van de zuigleiding onvoldoende en wordt de oppervlaktefilm van de vloeistof verbroken, waardoor lucht de pomp kan binnendringen.

Hoe bevestigen: Visuele inspectie van de vloeistofniveau-indicator op de hydraulische tank. Het niveau moet zich tussen de MIN- en MAX-markeringen bevinden wanneer het systeem is uitgeschakeld en afgekoeld (volgens DSTU EN ISO 4413).

Welke schade veroorzaakt het:

• Versnelde slijtage van de pomp als gevolg van hydraulische schokken en erosie van interne componenten.
• Schuimen van hydraulische vloeistof, wat leidt tot oxidatie en verslechtering van de smeereigenschappen.
• Oververhitting van het systeem als gevolg van een afname van de warmtewisselingscapaciteit van de vloeistof.
• Mogelijke pompstoring.

7.2. Verstopping van het inlaatfilter/gaas

Waarom dit gebeurt: inlaatfilters of schermen zijn ontworpen om de pomp te beschermen tegen grote mechanische deeltjes. Na verloop van tijd kunnen ze verstopt raken door afzettingen, vuil of slijtageproducten. Een verstopt filter creëert een aanzienlijke hydraulische weerstand tegen de vloeistofstroom, wat leidt tot een daling van de druk bij de pompinlaat tot onder het toegestane niveau, waardoor cavitatie ontstaat.

Hoe te bevestigen:

• Meet het vacuüm op de inlaatleiding van de pomp: een waarde < -0,4 bar duidt op overmatige weerstand.
• Visuele inspectie van het inlaatfilter na demontage.

Welke schade veroorzaakt het:

• Verhoogde verdunning bij de inlaat, wat direct cavitatie veroorzaakt.
• Verslechtering van de pompvulling, vermindering van de productiviteit en efficiëntie.
• Versnelde slijtage van interne onderdelen van de pomp.

7.3. Luchtaanzuiging op de inlaatleiding

Waarom dit gebeurt: Lekkende verbindingen, scheuren in slangen of leidingen, beschadigde afdichtingen of defecte pompasafdichtingen kunnen ervoor zorgen dat atmosferische lucht de aanzuigleiding binnendringt. Luchtbellen die de pomp binnenkomen, gedragen zich op dezelfde manier als cavitatiebellen en veroorzaken lawaai, trillingen en schade.

Hoe te bevestigen:

• Met behulp van de stethoscoop van een monteur of een ultrasone detector om sissende geluiden bij gewrichten te detecteren.
• Het aanbrengen van een zeepoplossing op potentieel lekkende delen van de inlaatleiding terwijl het systeem draait - de vorming van luchtbellen bevestigt de luchtaanzuiging.
• Visuele inspectie van de vloeistof in de tank: de aanwezigheid van aanzienlijke schuimvorming.

Welke schade veroorzaakt het:

• Cavitatie-achtige pompschade door compressie en uitzetting van luchtbellen.
• Schuimen van hydraulische vloeistof, wat leidt tot degradatie en oxidatie ervan.
• Vermindering van de stijfheid van het hydraulische systeem, onnauwkeurige werking van uitvoerende mechanismen.

7.4. Onjuiste viscositeit van hydraulische vloeistof

Waarom dit gebeurt: De viscositeit van de hydraulische vloeistof is een uiterst belangrijke parameter. Als de viscositeit te hoog is (bijvoorbeeld bij lage temperaturen), kan de vloeistof de aanzuigholte van de pomp niet snel genoeg vullen, waardoor verdunning en cavitatie ontstaat. Als de viscositeit te laag is (bijvoorbeeld bij overmatige oververhitting), zorgt de vloeistof niet voor voldoende smering en kunnen er gemakkelijker dampbellen ontstaan ​​dan bij optimale viscositeit.

Hoe te bevestigen:

• Meting van de werkelijke temperatuur van de vloeistof in het systeem.
• Meting van de kinematische viscositeit van een vloeistof met behulp van een draagbare viscometer of laboratoriumanalyse.
• Vergelijking van de verkregen waarden met de waarden aanbevolen door de fabrikant van de pomp en hydraulische vloeistof (volgens ISO VG en DSTU EN ISO 3448).

Welke schade veroorzaakt het:

• Bij hoge viscositeit: overbelasting van de pompaandrijving, cavitatie, verminderde productiviteit.
• Bij lage viscositeit: onvoldoende smering, verhoogde slijtage, oververhitting, verminderde efficiëntie, mogelijkheid tot vorming van stoombellen.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

8.1. Het niveau van de hydraulische vloeistof afstellen

1. Veiligheid: Voer de LOCKOUT/TAG OUT (LOTO) procedure uit en maak het systeem drukloos.
2. Het niveau controleren: Kijk naar de niveaumeter op de hydraulische tank.
3. Vloeistof bijvullen: Vul hydraulische vloeistof bij die voldoet aan de specificaties van de pompfabrikant (bijv. DIN 51524 HLP 46, reinheidsklasse niet slechter dan NAS 7 volgens ISO 4406). Gebruik een filterwagen om verdere besmetting te voorkomen. Breng het peil tot aan de bovenste MAX-markering.
4. Belangrijk: Vul de tank niet te vol om schuimvorming te voorkomen.
5. Opstarten en testen: start het systeem, laat het een paar minuten onbelast draaien en daarna onder belasting. Controleer de afwezigheid van geluid en trillingen, evenals de stabiliteit van het vloeistofpeil.

8.2. Reinigen/vervangen van het inlaatfilter/gaas

1. Veiligheid: Voer LOTO uit en haal de druk af.
2. Toegang tot het filter: Zoek het inlaatfilter of de zeef (meestal in de tank, aan het einde van de aanzuigleiding).
3. Demonteren: Demonteer het filter voorzichtig. Wees voorbereid op het aftappen van een kleine hoeveelheid vloeistof.
4. Conditiebeoordeling: Beoordeel visueel de mate van filtervervuiling.
5. Reinigen/vervangen:
• Reinigen: Als het filter herbruikbaar is (mesh), was het dan grondig met een geschikt oplosmiddel en blaas het door met perslucht. Zorg ervoor dat al het vuil verwijderd is.
• Vervanging: Als het filter wegwerpbaar of beschadigd is, vervang het dan door een nieuw element dat voldoet aan de oorspronkelijke specificaties (grootte, materiaal, nominale filtratiegrootte, bijvoorbeeld 125 µm).
6. Montage: Installeer een gereinigd of nieuw filter en zorg ervoor dat alle afdichtingen zich in de juiste positie bevinden. Draai de verbinding vast met het aanbevolen aanhaalmoment (volgens DSTU EN ISO 4759-1).
7. Opstarten en controleren: Start het systeem, controleer de dichtheid van de verbindingen, controleer de inlaatdruk (moet tussen 0 ... -0,2 bar liggen) en de afwezigheid van symptomen van cavitatie.

8.3. Eliminatie van luchtaanzuiging

1. Veiligheid: Voer LOTO uit en haal de druk af.
2. Visuele inspectie: Inspecteer zorgvuldig de gehele zuigleiding vanaf de hydraulische tank naar de pomp: slangen (op scheuren, schaafwonden, knikken), metalen leidingen, flens- en schroefdraadverbindingen, pompasafdichtingen, filterdeksels.
3. Zeepwatertest: Breng een zeepoplossing aan op verdachte gewrichten. Laat het systeem draaien (indien nodig kort) en let op luchtbellen die duiden op luchtaanzuiging.
4. Corrigerende acties:
• Losse verbindingen: Draai schroefdraad- of flensverbindingen vast tot de aanbevolen aanhaalmomenten.
• Beschadigde afdichtingen/pakkingen: Vervang ze door nieuwe van geschikt materiaal (bijv. NBR voor hydraulische oliën op minerale basis).
• Beschadigde slangen/leidingen: Vervang vervormde, gebarsten of gerafelde slangen/leidingen. Zorg ervoor dat de nieuwe buis de juiste diameter en een minimaal aantal bochten heeft.
5. Controleren: Controleer na het oplossen van problemen opnieuw of de verbindingen goed vastzitten. Start het systeem en controleer de afwezigheid van geluid, trillingen en schuimvorming van de vloeistof.

8.4. Aanpassen van de viscositeit van de hydraulische vloeistof

1. Temperatuurcontrole: Gebruik een infraroodthermometer om de temperatuur van de vloeistof in de tank en bij de pompinlaat te meten. Het optimale temperatuurbereik is gewoonlijk 40-60°C.
2. Als de temperatuur te laag is (<20°C):
   
   • Reden: Hoge viscositeit van de vloeistof, waardoor deze moeilijk vloeit.
   • Actie: Gebruik de voorraadvloeistofverwarmer (indien beschikbaar) of laat het systeem onbelast opwarmen. Overweeg om de vloeistof te vervangen door een vloeistof met een lagere viscositeitsindex of betere eigenschappen bij lage temperaturen, volgens DSTU EN ISO 3448.
3. Als de temperatuur te hoog is (>70°C):
   
   • Reden: Lage viscositeit van de vloeistof, risico op vorming van stoombellen en verslechtering van de smering. Controleer het koelsysteem (radiatoren, ventilatoren).
   • Actie: Herstel de efficiëntie van het koelsysteem. Als de vloeistof is aangetast door oververhitting (laboratoriumanalyse), vervang deze dan door een nieuwe die voldoet aan de eisen van de fabrikant. Overweeg het gebruik van een vloeistof met een hogere viscositeitsindex voor toepassingen bij hoge temperaturen.
4. Opstarten en controleren: na temperatuurstabilisatie en/of vloeistofvervanging start u het systeem en controleert u op cavitatiesymptomen.

9. Preventieve maatregelen

10. Reserveonderdelen en componenten

Voor een snelle en efficiënte probleemoplossing van cavitatie wordt aanbevolen om altijd de volgende reserveonderdelen op voorraad te hebben:

U kunt alle benodigde componenten en vloeistoffen bestellen in de UNITEC-D catalogus: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Koppelingen

• DSTU EN ISO 4406: Vloeistofhydrauliek. Codificatie van het niveau van vervuiling door vaste deeltjes.
• DSTU EN ISO 4413: Hydraulische systemen. Algemene veiligheidsregels en eisen voor systemen en hun componenten.
• DSTU EN ISO 3448: Smeermiddelen, industriële oliën en aanverwante producten. Viscositeitsclassificatie (ISO VG).
• DSTU ISO 6789-1: Montagegereedschap voor schroefdraadverbindingen. Handmatig dynamometrisch gereedschap. Deel 1: Eisen en testmethoden voor structurele naleving, nalevingscontrole en herkalibratie.
• Bedienings- en onderhoudshandleidingen van fabrikanten van hydraulische pompen (bijv. Bosch Rexroth, Eaton, Parker).
• UNITEC-D interne handleidingen: "Grondbeginselen van het onderhoud van hydraulische systemen", "Analyse van hydraulische vloeistoffen".