Cavitația blocului cu șurub al compresorului: amenințarea ascunsă și metodele de protecție a echipamentului

Cavitația blocului cu șurub al compresorului este un proces fizic distructiv de formare și implozie a bulelor de vapori (caverne de aer) în fluxul uleiului de compresor, cauzat de variațiile bruște de presiune în zonele de lucru ale perechii cu șurub. Spre deosebire de uzura mecanică obișnuită, distrugerea prin cavitație se dezvoltă neliniar și poate transforma rotoarele de precizie în metal deformat în câteva sute de ore de funcționare. Diagnosticarea la timp și controlul calității lubrifianților permit eliminarea completă a acestui regim din funcționarea echipamentelor industriale.

Fizica procesului: cum distruge exact cavitația blocul cu șurub

În compresoarele cu șurub umplute cu ulei, uleiul îndeplinește o triplă funcție: etanșează jocurile dintre rotoare, răcește zona de lucru și lubrifiază toate suprafețele de frecare. Când regimurile hidrodinamice sunt perturbate în zonele de depresiune (la intrarea în perechea cu șurub), presiunea scade sub punctul de saturație a vaporilor de ulei — și aerul dizolvat în acesta începe să se degaje, formând caverne. Când aceste bule sunt transportate în zona de presiune ridicată, ele implodează exploziv, generând lovituri hidraulice de forță colosală.

Ciclul de viață al unei bule de cavitație parcurge cinci faze:

1. Nucleerea — formarea nucleului de cavitație pe microparticule de contaminanți sau gaz dizolvat.
2. Creșterea — expansiunea bulei în zona de presiune scăzută.
3. Deplasarea — mișcarea bulei odată cu fluxul de ulei spre zona de compresie.
4. Colapsul — implozia instantanee cu eliberare mare de energie.
5. Unda de șoc — propagarea undei de presiune în lichidul înconjurător.

Deosebit de distructivă este implozia asimetrică a bulei în apropierea suprafeței solide a rotorului: în loc de o compresie uniformă, se formează un microjet direcționat de ulei care lovește metalul cu viteze de până la 150 m/s, creând presiuni locale ce depășesc de multe ori limita de curgere a oțelului.

Trei motive principale pentru care cavitația este mai periculoasă decât uzura obișnuită

Inginerii profesioniști identifică trei factori care fac distrugerea prin cavitație fundamental diferită de orice alt tip de deteriorare:

Implozia locală de mare intensitate. Când o microculă implodează, se formează un jet cumulativ cu presiune locală de până la 5.000–10.000 de atmosfere. Aceasta depășește limita de curgere a majorității mărcilor de oțel și fontă utilizate în construcția de mașini.

Distrugerea termică (microdieselizarea). Compresia instantanee a gazului din interiorul bulei îi încălzește conținutul la +300…+500°C. Stratul adiacent de ulei de compresor se carbonizează, își pierde proprietățile de lubrifiere — și începe o reacție în lanț de degradare.

Distrugerea elementelor de susținere. Microvibratia de înaltă frecvență este transmisă rulmenților radial-axiali, cauzând pittingul (exfolierea) căilor de rulare. De îndată ce apare jocul rulmentului — blocarea blocului cu șurub devine inevitabilă.

Parametrii critici ai mediului de lucru al blocului cu șurub

Mai jos sunt prezentate condițiile tehnice în care procesele de cavitație trec în faza periculoasă.

Cum se diagnostichează cavitația: semne și metode

Diagnosticarea timpurie este singura modalitate de a evita o reparație catastrofală. Cavitația în blocul cu șurub poate fi detectată atât prin semne externe, cât și instrumental.

Semne externe care nu necesită echipament

• Zgomot atipic — un pocnet „uscat” sau un sunet asemănător cu rostogolirea pietricelelor în interiorul blocului. Acustic, cavitația se manifestă în domeniul 5–50 kHz.
• Vibrații sporite ale carcasei — componente de înaltă frecvență care nu sunt corelate cu turația rotorului.
• Întunecare rapidă a uleiului — semn al carbonizării din cauza distrugerii termice.
• Pulbere metalică în filtrul de ulei — vizibilă la schimbarea filtrului; indică faptul că eroziunea rotoarelor este deja în desfășurare.
• Scăderea productivității — reducerea debitului de aer la turație constantă; chiar din stadiile inițiale ale cavitației poate fi de 5–10%.
• Creșterea consumului de energie — compresorul consumă mai multă energie electrică la aceeași sarcină (creștere de 7–25% în cazurile avansate).
• Instabilitatea presiunii la ieșire — fluctuații de presiune fără cauze vizibile.

Metode instrumentale de diagnosticare

Important: O atenție deosebită necesită regimurile tranzitorii — pornirea după o perioadă lungă de inactivitate, schimbarea bruscă a sarcinii. Procesele de cavitație în blocul cu șurub se activează cel mai frecvent tocmai în aceste momente, când regimul termic nu s-a stabilizat încă.

Impactul cavitației asupra resursei și economiei compresorului

Cavitația exercită un impact negativ complex care se dezvoltă progresiv.

Deteriorări mecanice primare:

• Eroziunea suprafețelor rotoarelor cu un relief caracteristic „spongios” sau „celular”.
• Inițierea fisurilor de oboseală în materialul pieselor.
• Perturbarea geometriei profilului rotoarelor și creșterea jocurilor de lucru.
• Distrugerea peliculelor protectoare de oxid și declanșarea proceselor de coroziune.

Consecințe economice:

• Opriri neplanificate și reparații de urgență.
• Costul înlocuirii sau restaurării (rectificare, sudare, acoperire) blocului de rotoare.
• Pierderi de producție în timpul staționării.
• Consum sporit de energie electrică chiar și în intervalul dintre reparații.

În cazurile avansate, cavitația prelungită duce la consecințe critice: distrugerea totală a rotoarelor, defectarea lagărelor, deteriorarea etanșărilor și blocarea completă a blocului. Pierderile economice într-un astfel de scenariu depășesc de multe ori costul întreținerii tehnice la timp.

Sectoare industriale cu risc crescut de cavitație

Riscurile de cavitație cresc semnificativ în următoarele condiții de exploatare:

Industria alimentară și farmaceutică. Utilizarea uleiurilor specializate cu omologare alimentară (NSF H1), care sunt mai predispuse la spumare la perturbarea regimului termic.

Prelucrarea lemnului, producția de ciment, industria minieră. Nivelul ridicat de praf al aerului accelerează colmatarea filtrelor de aer, creând o depresiune critică la intrarea în compresor.

Metalurgie și construcții de mașini grele. Regimul de funcționare non-stop (24/7) la sarcină maximă accelerează degradarea aditivilor antispumanți din ulei.

Exploatarea în spații neîncălzite iarna. Uleiul rece și vâscos ajunge lent în bloc la pornire, cauzând o înfometare temporară de ulei.

Complexul de măsuri pentru protecția blocului cu șurub împotriva cavitației

Protecția eficientă necesită acțiuni simultane pe mai multe direcții.

1. Controlul calității uleiului de compresor

Uleiul nu este doar un lubrifiant, ci o componentă hidraulică a sistemului. Pentru compresoarele cu șurub umplute cu ulei, uleiul trebuie să respecte standardele DIN 51506 (clasa VDL) și ISO 6743-3:2003.

Cerințe esențiale pentru ulei în prevenirea cavitației:

• Indice ridicat de deaerare (degajare rapidă a aerului dizolvat).
• Aditivi antispumanți stabili, care nu se degradează în timpul exploatării îndelungate.
• Vâscozitate cinematică în intervalul 46 mm²/s la 40°C.
• Tendință scăzută de carbonizare la supraîncălziri locale.

Utilizarea unui ulei industrial ieftin în locul celui specializat pentru compresoare este una dintre cele mai frecvente cauze ale eroziunii prin cavitație în practică.

2. Controlul filtrelor de aer

Un filtru de aer colmatat creează o depresiune excesivă la intrare. Supapa de aspirație nu reușește să compenseze, iar presiunea în camera de aspirație scade sub pragul critic — începe degajarea intensă de gaze din ulei. Înlocuirea la timp a filtrului de aer (conform reglementărilor producătorului, nu „până se înfundă complet”) este cea mai simplă și mai ieftină măsură preventivă.

3. Respectarea regimului termic

• A nu se permite pornirea compresorului la temperatura uleiului sub +5°C fără preîncălzire prealabilă.
• Utilizarea sistemelor de preîncălzire înainte de pornire în spațiile neîncălzite.
• Controlul limitei superioare: la temperatura uleiului peste +110°C, aditivii antispumanți se distrug și uleiul începe să se comporte ca o sursă de cavitație.

4. Măsuri de regim

• Elaborarea și respectarea reglementărilor de modificare treptată a sarcinii.
• Excluderea funcționării îndelungate a compresorului în gol cu creșteri bruște ulterioare de sarcină.
• Efectuarea diagnosticării stării uleiului (analiza conținutului de particule metalice și gaze dizolvate) cel puțin o dată pe an.

5. Acoperiri de protecție ale rotoarelor

La reparația de restaurare sau înlocuirea planificată a blocului de rotoare, merită să se ia în considerare aplicarea de acoperiri speciale (carburi de crom sau wolfram, compozite ceramice) care cresc rezistența suprafețelor la cavitație. O acoperire aplicată corect reduce adeziunea bulelor de ulei și crește rezistența la sarcinile de microșoc.

„În practica noastră de service al echipamentelor de compresoare din Moldova, ne confruntăm frecvent cu situația în care proprietarii de întreprinderi încearcă să economisească la service, turnând ulei industrial ieftin în blocurile cu șurub de înaltă tehnologie. Rețineți: dacă uleiul nu are un indice de deaerare confirmat, în interiorul perechii cu șurub va începe o eroziune cavitațională ascunsă. Exterior, compresorul funcționează normal, dar în interior are loc un proces de distrugere care, în câteva sute de ore de funcționare, va transforma rotoarele de precizie într-o bucată de metal deformat. Prevenția, utilizarea uleiurilor originale și controlul jocurilor — singura modalitate de a evita o reparație capitală costisitoare.”

— Vitali Bolucevschi, specialist tehnic principal SRL „Acvatron”

Întrebări frecvente

Cum se identifică cavitația prin semne externe, fără a demonta compresorul?

Principalele simptome sunt un pocnet atipic „uscat” sau un sunet asemănător cu rostogolirea pietrelor mici în interiorul blocului, combinat cu vibrații sporite ale carcasei. Un indicator suplimentar este întunecare rapidă a uleiului și apariția în acesta a pulberii metalice fine (bine vizibilă la schimbarea filtrului de ulei). Indirect — o scădere imperceptibilă a productivității de 5–10% la sarcină constantă.

Poate un filtru de aer colmatat să provoace cavitație?

Da, și acesta este unul dintre cele mai frecvente scenarii. Filtrul colmatat creează o depresiune excesivă în camera de aspirație. Perechea cu șurub începe să funcționeze în condiții de deficit de densitate a amestecului aer-ulei, ceea ce crește brusc degajarea de gaze din ulei și provoacă lovituri de cavitație.

Ce trebuie făcut la exploatarea în spații neîncălzite iarna?

Înainte de pornire, asigurați-vă că temperatura uleiului din carter nu este sub +5°C. Uleiul rece și dens ajunge lent în bloc, cauzând o înfometare temporară de ulei și cavitație în canalele sistemului de ungere. Se recomandă utilizarea unui sistem de preîncălzire înainte de pornire sau asigurarea încălzirii permanente a sălii mașinilor până la temperatura minimă admisă de producător.

Cât de rapid se dezvoltă deteriorările prin cavitație?

Spre deosebire de uzura obișnuită, deteriorările prin cavitație se dezvoltă exponențial: mai întâi pe suprafața rotoarelor apar gropiță microscopice, care se extind rapid în zone extinse de eroziune. În funcție de intensitatea perturbării regimului, de la debutul cavitației până la necesitatea înlocuirii blocului de rotoare pot trece de la câteva sute la câteva mii de ore de funcționare.

Va ajuta un aditiv în ulei dacă cavitația a început deja?

Aditivii (în special cei antispumanți și de deaerare) pot încetini procesul, dar nu vor elimina cauza acestuia. Dacă cavitația s-a manifestat deja acustic sau prin schimbarea productivității — este necesară oprirea compresorului, identificarea cauzei (ulei necorespunzător, filtru colmatat, perturbarea regimului termic) și eliminarea acesteia. Continuarea funcționării în regim de cavitație va duce rapid la defectarea blocului.