La cavitation est la formation et l'effondrement ultérieur d'une vapeur à l'intérieur d'un liquide. La cavitation se produit dans les pompes centrifuges et peut causer de graves dommages et perturber le fonctionnement. Les dommages résultent de l'effondrement des bulles et de la décharge d'énergie. La gravité des dommages dépend du liquide pompé ainsi que de la température. Par exemple, la cavitation de l'eau cause plus de dommages que la cavitation de l'huile, et la cavitation de l'eau froide cause plus de dommages que la cavitation de l'eau chaude. Il existe deux types de cavitation :Cavitation classique et Cavitation de recirculation.
Illustration de la formation et de l'effondrement de bulles de vapeur lorsque le liquide se déplace dans la turbine de la pompe.
Cavitation classique
La cavitation classique se produit lorsque le liquide à l'entrée de la turbine (œil d'aspiration) est si bas qu'une partie du liquide se vaporise avant d'entrer dans la pompe, formant des bulles de vapeur. Lorsque les bulles de vapeur se déplacent dans les passages de la turbine, et finalement dans la volute, la pression augmente et les bulles s'effondrent. La cause de la cavitation classique est une faible pression d'aspiration compte tenu de la température d'aspiration et du débit à travers la pompe.
- Si un réservoir est la source de liquide pour la pompe, un niveau de réservoir bas peut parfois entraîner une faible pression d'aspiration et donc provoquer une cavitation.
- Les conditions de fonctionnement doivent être analysées pour découvrir d'autres causes de faible pression d'aspiration. Il peut s'agir de vannes partiellement fermées, de filtres ou crépines obstrués ou d'autres problèmes de fonctionnement en amont de la pompe.
- Gardez à l'esprit que la température d'aspiration détermine la pression de vapeur d'un fluide. Lorsque la température augmente, les bulles de vapeur se forment plus facilement à une pression donnée et des pressions plus élevées peuvent être nécessaires au niveau de l'orifice d'aspiration pour éviter la cavitation.
- À mesure que le débit d'une pompe augmente, la pression requise pour éviter la cavitation au niveau de l'orifice d'aspiration augmente également. Cette pression est appelée hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHA). La NSPHA doit être supérieure à la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSH3, anciennement appelée NPSHR) du fabricant. Étant donné que la NPSH3 est dynamique et change avec le débit, elle peut généralement être tracée le long de la courbe hydraulique de la pompe pour la hauteur totale développée (TDH).
Un exemple de courbes hydrauliques. La ligne supérieure indique le TDH. Le NPSH3 est la ligne inférieure. Le « NPSH3 plus marge minimale » illustre le NPSHA minimum souhaité, sachant que la pompe serait déjà en cavitation lorsque le NPSHA croiserait le NPSH3.
Exemple de cavitation classique
Reportez-vous à l'illustration hydraulique ci-dessus pour visualiser cet exemple. Supposons qu'une pompe fonctionne à BEP, générant un débit de 50 gpm, et que la pression à l'œil d'aspiration soit légèrement supérieure à la pression requise pour éviter la cavitation. Cela se traduit par un point sur la courbe NPSHA directement sous le signe BEP illustré ci-dessus. À ce stade, le NPSHA est supérieur au NPSH3 et la cavitation ne se produit pas. Ensuite, le débit de la pompe est augmenté à 75 gpm, ce qui entraîne un débit proche de la fin de la courbe hydraulique (à droite). Même si la pression au niveau du manomètre d'aspiration reste constante, le NPSHA chute en raison des pressions dynamiques à l'intérieur de la pompe, ce qui fait que le NPSHA tombe en dessous du NPSH3 et entraîne une cavitation. Pour éviter cela, augmentez la pression d'aspiration de la pompe, abaissez la température à l'aspiration ou diminuez le débit.
Cavitation par recirculation
La cavitation de recirculation se produit parce que le débit à travers la pompe n'est pas idéal pour son fonctionnement. Le débit est trop élevé ou trop faible. L'augmentation des pressions du système ne résoudra pas la cavitation de recirculation. La seule solution est de faire fonctionner la pompe à l'intérieur de la zone de fonctionnement autorisée (AOR). Pour une fiabilité optimale de la pompe, celle-ci doit être utilisée dans la zone de fonctionnement préférée (POR), ce qui optimise l'efficacité énergétique, minimise les vibrations et minimise les dommages causés à la pompe par les conditions hydrauliques de la pompe.
La cavitation par recirculation peut être subdivisée en cavitation par recirculation par aspiration et cavitation par recirculation par refoulement, mais les dommages qu'elles provoquent et les solutions pour les résoudre sont similaires. Dans les deux cas, les inversions de flux au niveau de l'aspiration ou du refoulement de la turbine créent des tourbillons à l'intérieur des passages de la turbine, créant des points de basse pression locaux dans le fluide qui provoquent la cavitation.
L'AOR est défini par le fabricant de la pompe et doit être fourni par le fabricant d'équipement d'origine lors de tout achat. L'AOR est défini par une limite de débit supérieure et une limite de débit inférieure. La limite de débit supérieure correspond généralement à la fin de la courbe de la pompe (le côté droit de la courbe, le débit le plus élevé tracé sur la courbe). Cependant, dans certains cas, elle peut être étendue au-delà ou limitée à des valeurs inférieures à la fin de la courbe. La limite inférieure de l'AOR est également appelée débit stable continu minimal (MCSF). Un fonctionnement en dessous du MCSF est la cause la plus fréquente de cavitation de recirculation et peut entraîner une courte durée de défaillance si elle est gravement violée.
Le POR a également une limite de débit supérieure et une limite de débit inférieure, mais il n'est pas toujours inclus par le fabricant d'origine de la pompe lors de son achat. En général, le fabricant d'origine peut partager ces informations sur demande, ou vous pouvez essayer de les calculer vous-même. Pour la plupart des pompes centrifuges fonctionnant à une vitesse de pompage, un débit et une hauteur manométrique raisonnables, la limite inférieure du POR est de 70 % du débit du BEP. La limite supérieure du POR est de 120 % du débit du BEP. Pour les conceptions de pompes avec des vitesses d'arbre plus élevées ou des débits élevés avec un TDH relativement faible, la région peut être limitée à 80 %-120 % ou 85 %-115 % du débit du BEP. Dans les conceptions de pompes les plus restrictives, avec des vitesses d'arbre très élevées ou avec une combinaison de débits très élevés avec très peu de TDH, la région peut être limitée à 90 %-110 % du débit du BEP.
Vous pensez que c'est trop ? N'hésitez pas à demander l'aide d'un responsable du service de fiabilité Augury. Nous pourrons vous aider à déterminer les débits appropriés pour garantir une bonne fiabilité de la pompe.
P.S.
La cavitation est différente des bulles d'air ou de gaz naturellement présentes dans un fluide. Par exemple, si le niveau d'un réservoir est abaissé très bas sans prévention des vortex, des vortex peuvent se former dans le réservoir et aspirer de l'air ou du gaz dans le fluide. Le fluide peut transporter ces gaz dans la pompe, provoquant des fluctuations de débit et de pression. Celles-ci peuvent endommager la pompe ou les roulements. Cependant, ce type de problème n'est pas de la cavitation.
Le bruit de cavitation ressemble au pompage de gravier. Le bruit du gravier est en fait le « pop » des bulles de cavitation lorsqu'elles implosent.
La cavitation n'est pas toujours une mauvaise chose et certaines pompes sont conçues pour fonctionner avec cavitation. Cependant, ces phénomènes sont rares et, à moins que vous ne sachiez que vos pompes sont conçues pour cela, la cavitation doit être évitée.