Есть большая емкость с мазутом, из которой он стекает в маленькую ёмкость, где подогревается паром.
Из этой маленькой емкости откачивается насосом.

Проблема в том, что этот насос может работать нормально какое-то время, после чего резко начинает гудеть. Очень громко. С вибрацией.
Это не зависит ни от температуры мазута в маленькой емкости, ни от уровня.
Есть подозрение, что насос создаёт полость внутри маленькой емкости и в какой-то момент начинает откачивать воздух.
Насос шестерённый с рубашкой, мощность 11кВт.

Подскажите, пожалуйста, в чём может быть дело и как исправить или отследить причину?

Подозрение, скорее всего, верное. Только как быть с этим:

Если есть уровень - как воздух попадает на прием насоса? Или уровнемер врет? Возможно, происходит так, что производительность откачки мазута насосом из маленькой емкости превышает производительность поступления мазута из большой емкости в малую (я так понял, из большой в малую поступает самотеком). Уровень в малой снижается (а прибор врет) и насос начинает захватывать воздух. Чтобы проверить это предположение, надо прижать задвижку на нагнетании насоса. В обвязке объемного насоса обязательно должен стоять предклапан со сбросом на всасывание. В этом случае производительность откачки уменьшится и малая емкость будет успевать пополняться. Перед экспериментом желательно проверить настройку предклапана

Вы его отключаете, включаете снова, и как он стартует?

я думаю, что воздух может образоваться в "воронке", которая образовалась когда насос высосал из емкости мазут, который был близко. Останавливаешь насос - воронка заполняется и по новой.

Из большой в малую мазут, действительно, поступает самотёком, а насос скорее всего откачивает быстрее, чем мазут поступает.
Но! Уровень точно не врёт, проверяли в разных условиях - у датчика 3 состояния (ниже нижнего, нижний, верхний) и отрабатывает он их весьма быстро. Проверяли в ведре с мазутом.

а можно подробнее, что за предклапан со сбросом на всасывание? что он из себя представляет и как работает?

есть второе предположение: в емкости создаётся разрежение за счёт того, что мазут откачивается быстрее, чем поступает, а воздух не поступает своевременно, в результате этого насос не может выкачать мазут, который просто всасывает назад


отключаешь после возникновения шума, немного постоит, затем снова пускаешь и он работает ок

Предклапан - предохранительный клапан - это устройство, которое предотвращает от превышения давления выше установленной величины. Чаще всего пружинный клапан, затяжкой пружины устанавливают давление настройки. Обязательно устанавливается на нагнетании объемных насосов. В википедии статья есть.

По образованию воронки. На аппаратах с отводом жидкости из днища предусматривают устройства от образования воронки. Сам видел наподобие крестовины из пластин. Размер пластин был миллиметров на 200 больше диаметра штуцера к насосу и миллиметров на 200 он выступал внутрь аппарата.

По вакууму. Думаю, воздушник диаметром равным штуцеру к насосу обеспечит отсутствие вакуума. Можно проверить техническим вакууметром

А вообще, проведите гидравлический расчет трубопроводов от малого бака к насосу и от большого к малому на производительность насоса. Там посмотрите, обеспечиваются ли сопротивления необходимым напором

Если малая ёмкость герметична, то откуда в ней берётся воздух?
Или она негерметична, раз во время работы меняется уровень? Без работы насоса ёмкость может полностью заполниться?
Версия воронки. Маловероятна, раз процесс не зависит от уровня (конкретно время появления шума после старта насоса не зависит от уровня в момент включения). Контрмеры T-rex указал.
Версия вакуума. Очень вероятна. При большом уровне больше давление столба на входе насоса, но меньше объём воздушной подушки над мазутом, при снижении уровня разряжение нарастает быстрее. Отсюда независимость от уровня. Вакуум-манометр поставить нужно для диагностики, а потом возможно и для управления насосом. Небольшой вакуум возможно и полезен для усиления стекания с большой ёмкости.
А предохранительный клапан на выходе не поможет от вакуума на входе насоса.
Версия3. Заборное отверстие не приподняли над днищем или разместили в зоне подачи холодного мазута. Откачав тёплый мазут насос начинает "кусками" хватать вязкий холодный. Но не представляю к чему это приведёт. Возможно при некотором уровне вакуума над поверхностью при затыкании входа насоса очередным "куском" холодного мазута в потоке образуются каверны (разрывы аналогично кавитации) и без образования воронки на поверхности.

Я предлагал как решение снизить производительность насоса. На поршневых, допустим, можно снизить ход поршня, а на шестеренчатом? Не думаю, что у них есть вариатор. Поэтому, самое простое решение - зажать нагнетание. Но раз насос объемный - обязательно должен быть установлен ППК. Про него я уж из целей безопасности сказал

Проще частотный преобразователь поставить для регулирования производительности насоса. В простейшем случае он будет поддерживать постоянную сниженную скорость электродвигателя, выдавая например 40Гц вместо 50 (сколько укажете).
А если подтвердится версия, что "затык" происходит от вакуума, то частотник можно включить в режим поддержания в ёмкости постоянного чуть сниженного давления по сигналу от датчика давления. Уставку давления выбрать чуть выше чем давление возникновения "затыка" от вакуума.

T-rex, and, спасибо большое, проверю ваши советы как только подгонят новую бочку

частотник поставить нет возможности, дополнительные датчики пока тоже.
нижняя ёмкость периодически разгерметизируется открытием воздушного клапана. но пока клапан работал в ручном режиме, возможно, это стало причиной вакуума. сейчас сделали всё в автомате.

в общем, всё проверю и отпишусь, ещё раз спасибо за активность

недавно проверяли факты.
воздушник поставили полностью на автомат, это не повлияло на вибрации - они как были, так и остались. версия с вакуумом отпадает.

теперь подозрения падают на датчик давления, который стоит за насосом. максимум, что он показывает - 1.5 технические атмосферы. А у насоса потенциал в 6.
может ли вибрация появляется из-за превышения давления за насосом? например, более холодный мазут закупоривает выходную трубу (она заужается в конце).

Схемку бы... хотя бы на листочке в клеточку...
Я похожую ситуацию видел когда в маленькой емкости стоял регистр и мазут начинал "газить" при вакууме и повышении температуры. Вы с вакуумом разобрались, я понял. А температура в маленькой емкости какая?