Hydraulische cavitatie uitgelegd: oorzaken, symptomen en hoe u dit kunt voorkomen

Een mobiele kraanmachinist merkt tijdens een koude ochtendstart een zwak, grindachtig gejank uit de hydraulische pomp. De machine draait nog steeds normaal, maar als bij de volgende onderhoudsbeurt het filter wordt geopend, ontdekt een monteur fijne metaaldeeltjes in de olie. Die reeks laat zien hoe snel hydraulische cavitatie verandert van een ongewoon geluid naar systeembrede schade.

Cavitatie is de tweede meest voorkomende oorzaak van defecten aan hydraulische pompen, na vervuiling. Het kan ook pomphuizen, klepspoelen en hydraulische cilinderoppervlakken eroderen, wat leidt tot dure reparaties en ongeplande stilstand. In deze gids wordt uitgelegd wat hydraulische cavitatie is, waardoor deze wordt veroorzaakt, hoe u deze kunt herkennen en hoe u deze kunt voorkomen.

Wat is hydraulische cavitatie?

Cavitatie is de vorming en ineenstorting van met damp gevulde bellen in een hydraulische vloeistof. Het treedt op wanneer de lokale druk in de olie onder de dampdruk van de vloeistof daalt. Op dat moment verdampen opgeloste gassen en de lichtere fracties van de olie, waardoor kleine holtes of belletjes ontstaan. Wanneer deze bellen stroomafwaarts reizen en de druk zich herstelt, storten ze met geweld in. Bij elke instorting komt een geconcentreerde schokgolf vrij die nabijgelegen metalen oppervlakken kan eroderen.

Cavitatie begint bijna altijd in de pomp, omdat de pomp de plek is waar de vloeistof wordt versneld en waar de drukveranderingen het meest extreem zijn. In hydraulische systemen worden twee vormen van cavitatie herkend:

Wat veroorzaakt cavitatie in hydraulische systemen

Ongeacht of er cavitatie optreedt aan de zuig- of perszijde, het onderliggende mechanisme is hetzelfde: de pomp ontvangt niet de vloeistof die hij nodig heeft, of de druk aan de perszijde gedraagt zich onvoorspelbaar. Ervaring uit het veld wijst op een consistente reeks grondoorzaken.

Beperkingen aan de zuigzijde

• Een verstopt of te klein aanzuigfilter of zeef.
• Een geknikte, ingeklapte of te kleine zuigslang.
• Een laag reservoirniveau dat vortexen en luchtmeevoering mogelijk maakt.
• Een beperkte reservoirontluchting die een vacuüm in de tank creëert.

Vloeistof- en bedrijfsomstandigheden

• Vloeistofviscositeit die te hoog is bij koude start.
• Pompsnelheid boven de door de fabrikant gespecificeerde inlaatstroomcapaciteit.
• Snelle belastingswisselingen die scherpe drukval veroorzaken bij de pompinlaat.
• Overmatige schuimvorming veroorzaakt door afgebroken vloeistof of incompatibele additieven.

De meeste van deze aandoeningen ontwikkelen zich geleidelijk. Een filter raakt vol, een slang wordt zacht en bezwijkt, of een koudegolf maakt de olie dikker. Tegen de tijd dat het geluid verschijnt, is de schade mogelijk al aan de gang.

Herkennen van de symptomen van hydraulische cavitatie

Cavitatie is zowel hoorbaar als zichtbaar als u weet wat u moet controleren. Dit zijn de meest voorkomende waarschuwingssignalen:

• Geluid: een jankend, knallend of knetterend geluid, vaak omschreven als knikkers of grind dat door de pomp gaat.
• Trillingen: hoogfrequente trillingen in de pomp en zuigleiding die verdwijnen als de machine wordt uitgeschakeld.
• Vloeibaar uiterlijk: schuimende of schuimende olie, en in ernstige gevallen een melkachtig of troebel uiterlijk in het reservoir.
• Temperatuur: een ongewoon heet pomphuis veroorzaakt door het verlies van de smeervloeistoffilm tijdens het instorten van de bel.
• Prestaties: langzamere cilinderbeweging, drukinstabiliteit of een pomp die de nominale druk niet kan vasthouden.

Wanneer deze symptomen samen verschijnen, is cavitatie de waarschijnlijke boosdoener. De veelvoorkomende symptomen van een defect aan de hydraulische cilinder vaak overlappen met cavitatiesymptomen, omdat beide terugwijzen op hetzelfde vervuilde en slecht aangevoerde vocht.

Cavitatie versus beluchting: hoe u ze uit elkaar kunt houden

Cavitatie en beluchting worden vaak verward omdat beide geluid en schuimende olie produceren. Cavitatie is een drukgerelateerd proces: er vormen zich bellen uit de hydraulische vloeistof zelf wanneer de druk onder de dampdruk daalt. Beluchting is een probleem met het binnendringen van lucht: buitenlucht lekt het systeem binnen via losse fittingen, een beschadigde asafdichting of een laag reservoirniveau waardoor de pomp lucht kan aanzuigen.

Hoe cavitatie pompen en cilinders beschadigt

Cavitatieschade is mechanisch, niet chemisch. Elke instortende bel geeft een schokgolf vrij die de vloeigrens van gewone structurele metalen kan overschrijden. Herhaaldelijk instorten versplintert en putjes in het oppervlak, waardoor erosiepatronen achterblijven die lijken op een spons of een grove zandafwerking.

Bij pompen treedt erosie op op tandwieltanden, schoepuiteinden of tuimelschijven. Het echte probleem is wat er daarna gebeurt. Geërodeerde metaaldeeltjes komen in de circulerende vloeistof terecht en reizen door kleppen, slangen en hydraulische cilinders. In een cilinder snijden deze deeltjes de zuigerstang en de boring, snijden ze dynamische afdichtingen kapot en versnellen ze de interne lekkage. Een cilinder met een ingekerfde staaf lekt uiteindelijk extern; een cilinder met een versleten zuigerafdichting drijft onder belasting en verliest hefkracht.

Voor mobiele machines zoals kranen, hoogwerkers en sleepwagens zijn de gevolgen onmiddellijk: langzamere cyclustijden, problemen met het vasthouden van de last en vastgelopen actuatoren. Bij heimachines komen dezelfde erosiepatronen voor in cilinders van roterende boorinstallaties en cilinders voor het doorpersen van pijpen, waar hoge krachten en vuile omgevingen de schade vergroten.

Hoe hydraulische cavitatie te voorkomen

Preventie begint bij de pompinlaat. De meeste gevallen van cavitatie worden opgelost door ervoor te zorgen dat de pomp een ononderbroken toevoer van schone vloeistof met de juiste temperatuur en viscositeit ontvangt. Deze praktijken zijn effectief gebleken in de bouw-, materiaaloverslag- en mobiele materieelvloten:

1. Houd de zuigleidingen kort, recht en correct gedimensioneerd voor de pompstroom; vermijd scherpe bochten en beperkingen.
2. Vervang aanzuigfilters op tijd en controleer de drukvalindicatoren, zodat u een laadfilter opvangt voordat deze de inlaat beïnvloedt.
3. Selecteer een vloeistofkwaliteit die past bij het omgevingstemperatuurbereik en verwarm het systeem indien nodig voor bij koud weer.
4. Houd het vloeistofpeil in het reservoir op de specificatie van de fabrikant en controleer het terwijl de machine in werkende positie staat.
5. Controleer de reservoirontluchting op verstopping; een geblokkeerde ontluchter creëert een vacuüm dat cavitatie bevordert.
6. Houd de pompsnelheid binnen het nominale bereik; een pomp die boven zijn inlaatcapaciteit draait, zal zelfs met een schone zuigleiding caviteren.
7. Installeer een vacuümmeter op de pompinlaat om eventuele beperkingen te zien voordat deze hoorbare symptomen veroorzaken.
8. Gebruik de juiste antischuimadditieven en vervang vloeistof die zodanig is afgebroken dat er sprake is van overmatig schuimen.

Routinematige aandacht voor de vloeistofkwaliteit speelt ook een centrale rol. Dezelfde olie circuleert door de pomp en de cilinders, dus de principes erachter goede smering en vloeistofbeheer ondersteunt direct cavitatiepreventie op de gehele machine.

Waarom cilinderspecificaties belangrijk zijn in machines die gevoelig zijn voor cavitatie

Cavitatie is een probleem op systeemniveau, maar de schade manifesteert zich vaak eerst in de cilinders. Op een autolaadkraan kunnen beweegbare en telescopische cilinders de zwaarste lasten en de meest voorkomende omkeringen aan. Wanneer een cavitatiepomp verontreinigde vloeistof naar deze cilinders stuurt, raken de stangen beschadigd, verliezen de afdichtingen hun veegwerking en verliest de machine het hefvermogen. Bij de keuze van cilinders moet bij dergelijke toepassingen rekening worden gehouden met de hardheid van het staafoppervlak, de robuustheid van de afdichting en de tolerantie voor verontreiniging door deeltjes.

Op een vrachtwagen gemonteerde kraan-loefcilinder voor zwaar uitgevoerde giekbediening Deze cilinder regelt de giekhoekverstelling op autolaadkranen. De staafhardheid en afdichtingsprestaties zijn van belang wanneer cavitatie verontreinigingen introduceert, dus het is de moeite waard om te herzien voor toepassingen die betrouwbaar hijsen en minimale slijtage vereisen. Bekijk Product →

Hoogwerkers lopen een soortgelijk risico. Nivellerings- en beweegcilinders werken continu om de mand aan te passen terwijl het platform over oneffen terrein beweegt. Door cavitatie veroorzaakte deeltjes versnellen de slijtage van de afdichtingen in deze cilinders, waardoor drift en schokkerige bewegingen op hoogte ontstaan, wat zowel onveilig als kostbaar is om te repareren.

Luchtwerkvoertuig-loefcilinder voor stabiliteit van de giekhoogte Deze cilinder past de giekhoogte op hoogwerkers aan. Gezien het risico op afdichtingsslijtage en schokkerige bewegingen door door cavitatie veroorzaakte deeltjes, is de stabiele werking ervan van cruciaal belang voor een veilige positionering op hoogte, waardoor het een belangrijk onderdeel is om te evalueren. Bekijk Product →

Bij Zhejiang Huanfeng Machinery Co., Ltd. vervaardigen we hydraulische cilinders voor kranen, hoogwerkers, sleepwagens, bruginspectievoertuigen en heiapparatuur. Als machinebouwers ons om cilinders vragen, is een van de eerste vragen die we stellen of cavitatie een probleem is in hun machinepark. Die ene vraag vertelt ons of we hardere verchroming, verbeterde afdichtingskits of nauwere interne spelingen moeten aanbevelen om de cilinder te laten werken onder slechte vloeistofomstandigheden.

De onderste regel

Cavitatie is geen mysterie. Het is een voorspelbaar, drukgerelateerd proces met duidelijke oorzaken, duidelijke symptomen en bewezen preventiemethoden. De kosten van het negeren ervan zijn veel hoger dan de kosten van preventie: een pomp faalt, de machine stopt en als geërodeerd metaal de cilinders bereikt, wordt de reparatierekening vermenigvuldigd.

Luister naar het gejank. Inspecteer de olie. Controleer de zuigzijde. Houd de vloeistof op het juiste niveau, de juiste viscositeit en zuiverheid. Deze gewoonten verlagen het aantal pompstoringen, verlengen de levensduur van de cilinders en zorgen ervoor dat hydraulische apparatuur blijft produceren voordat cavitatie de kans krijgt deze te vernietigen.