Qu’est-ce que la cavitation dans les pompes centrifuges – Définition

La cavitation est un événement indésirable. Dans les pompes centrifuges, la cavitation provoque des dommages aux composants (érosion du matériau), des vibrations, du bruit et une perte de rendement. Génie thermique

Cavitation dans les pompes centrifuges

cavitation - roue endommagée-minLes principaux endroits où la cavitation se produit sont dans les pompes, sur les roues ou les hélices . Dans les pompes centrifuges, la cavitation résulte d’une réduction de la pression d’aspiration , d’une augmentation de la température d’aspiration ou d’une augmentation du débit au-dessus de celle pour laquelle la pompe a été conçue.

Il existe deux types de base de cavitation de pompe :

Cavitation d’aspiration

cavitation d'aspiration - impeller-minLa cavitation par aspiration , ou également cavitation classique , se produit lorsqu’une pompe est dans des conditions de basse pression ou de vide poussé. Lorsque le liquide pompé entre dans l’œil d’une pompe centrifuge , la pression est considérablement réduite . Dans certains cas, la chute de pression est suffisamment importante pour faire clignoter le liquide en vapeur lorsque la pression locale tombe en dessous de la pression de saturation du fluide qui est pompé. Des bulles ou des cavités se formeront à l’œil de la roue et par la suite, les bulles de vapeur formées se déplaceront dans des régions de pression plus élevée alors qu’elles se déplacent vers la décharge de la pompe. Dans la région à pression plus élevée,des bulles de vapeur s’effondrent soudainement sur les parties extérieures de la roue. Cela peut endommager considérablement toutes les pièces mobiles d’une pompe centrifuge.

Causes typiques de la cavitation d’aspiration:

  • La pompe tourne trop à droite sur la courbe de la pompe
  • Mauvaises conditions d’aspiration ( exigences NPSH )
  • Blocage dans le tuyau côté aspiration
  • Conception de tuyauterie inappropriée
  • Filtres ou crépines bouchés

Pour éviter ce type de cavitation, la tête d’aspiration positive nette disponible (NPSHa) dans le système doit être supérieure au NPSH requis de la pompe. Ce problème est typique de la cavitation par aspiration et, par conséquent, ce type de cavitation est également appelé cavitation NPSHa inadéquate .

Tête d'aspiration positive nette

Outre le changement de pompe, les problèmes de cavitation par aspiration peuvent également être résolus par:

  1. Baisser la température
  2. Réduction du régime moteur si possible
  3. Augmentation du diamètre de l’œil de la roue
  4. Utilisation d’un inducteur à turbine.
  5. Utilisation de deux pompes parallèles de moindre capacité.
  6. Utilisation d’une pompe d’appoint pour alimenter la pompe principale.

Un cas particulier de cavitation se produit du côté aspiration à la suite d’une tuyauterie inappropriée dans la conduite d’aspiration. L’utilisation de restrictions, de coudes pointus et d’autres équipements hydrauliques peut perturber le débit, ce qui peut contribuer à la formation de cavitation.

Cavitation de décharge

cavitation de décharge - pompe-minLa cavitation de refoulement se produit lorsque la pression de refoulement de la pompe est extrêmement élevée ou lorsque le débit de refoulement est restreint et ne peut pas quitter la pompe (par exemple causé par une vanne de sortie fermée). Une pression de refoulement extrêmement élevée fait que la majorité du fluide pompé circule à l’intérieur de la pompe .

Ce type de cavitation provient de deux sources. Tout d’abord, cette circulation interne (des zones à haute pression aux zones à basse pression) est forcée à travers le jeu entre la roue et le corps de pompe à grande vitesse entraînant la formation d’une région de basse pression (en raison du principe de Bernoulli ) dans quelle cavitation peut se produire. Deuxièmement, le liquide circule à l’intérieur de la volute de la pompe et surchauffe rapidement.

Dans les deux cas, la cavitation a des conséquences similaires. L’implosion de bulles déclenche des ondes de choc intenses, provoquant une usure prématurée des pointes de la roue et du corps de pompe. Dans les cas extrêmes, la cavitation de décharge peut provoquer la rupture de l’arbre de la roue.

Causes typiques de cavitation de décharge:

  • La pompe tourne trop à gauche sur la courbe de la pompe
  • Blocage dans la conduite côté refoulement
  • Filtres ou crépines bouchés
  • Conception de tuyauterie inappropriée

Numéro de cavitation

Le nombre de cavitation (Ca) ou paramètre de cavitation est un nombre sans dimension utilisé dans les calculs de débit. Il est classique de caractériser la proximité de la pression dans le flux de liquide avec la pression de vapeur (et donc le potentiel de cavitation) au moyen du nombre de cavitation.

Le nombre de cavitation peut être exprimé comme suit:

nombre de cavitation - équation

CA = numéro de cavitation

p = pression locale (Pa)

v = pression de vapeur du fluide (Pa)

ρ = densité du fluide (kg / m 3 )

v = vitesse du fluide (m / s)

Dégâts de cavitation

La cavitation est, dans de nombreux cas, un événement indésirable. Dans les pompes centrifuges, la cavitation provoque des dommages aux composants (érosion du matériau), des vibrations, du bruit et une perte d’efficacité.

Source: Wikipedia, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbine_Francis_Worn.JPG
Source: Wikipedia, CC BY 2.5,
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbine_Francis_Worn.JPG

Le problème technique le plus important causé par la cavitation est peut-être les dommages matériels que les bulles de cavitation peuvent causer lorsqu’elles s’effondrent au voisinage d’une surface solide. L’effondrement des bulles de cavitation est un processus violent qui génère des ondes de choc et des microjets très localisés . Ils forcent le liquide énergétique dans de très petits volumes, créant ainsi des taches de température élevée et ces perturbations intenses génèrent des contraintes de surface hautement localisées et transitoires sur une surface solide. Des signes d’ érosion apparaîtront sous forme de piqûres en raison de l’action de coup de bélier des bulles de vapeur qui s’effondrent. Il a été constaté que les taux de dommages par cavitation augmentent rapidement avec l’augmentation du débit volumique.

Les matériaux plus mous peuvent être endommagés même en cas de cavitation à court terme . Des piqûres individuelles peuvent être observées après l’effondrement d’une seule bulle. Par conséquent, des matériaux plus durs sont utilisés pour les pompes centrifuges . Mais avec les matériaux plus durs utilisés dans la plupart des applications, la contrainte cyclique due à des effondrements répétés peut entraîner une défaillance locale de la fatigue de surface . Ainsi, les dommages causés par la cavitation aux métaux ont généralement l’apparence d’une défaillance par fatigue .

cavitation - effondrement de la bulle-minLorsque les bulles de cavitation s’effondrent, elles forcent le liquide énergétique dans de très petits volumes, créant ainsi des taches de haute température et émettant des ondes de choc, ces dernières étant une source de bruit. Bien que l’effondrement d’une petite cavité soit un événement relativement peu énergivore, des effondrements très localisés peuvent éroder les métaux, tels que l’acier, au fil du temps. Les piqûres causées par l’effondrement des cavités produisent une grande usure des composants et peuvent considérablement réduire la durée de vie d’une hélice ou d’une pompe.

La cavitation s’accompagne généralement également de:

  • Bruit. Le bruit typique est causé par l’effondrement des cavités. Le niveau du bruit qui résulte de la cavitation est une mesure de la gravité de la cavitation.
  • Vibration . Les vibrations de la pompe dues à la cavitation sont des vibrations de basse fréquence caractéristiques, généralement trouvées dans la plage de 0 à 10 Hz.
  • Réduction de l’efficacité de la pompe . Une diminution de l’efficacité de la pompe est un signe plus fiable d’apparition de cavitation.

 

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci