La cavitation est un phénomène nuisible qui se produit souvent dans les unités de pompage centrifuge. Elle peut réduire l'efficacité de la pompe, provoquer des vibrations et du bruit, et endommager gravement la turbine, le carter, l'arbre et d'autres pièces internes de la pompe. La cavitation se produit lorsque la pression du fluide dans la pompe chute en dessous de la pression de vaporisation, ce qui provoque la formation de bulles de vapeur dans la zone de basse pression. Ces bulles de vapeur s'effondrent ou « implosent » violemment lorsqu'elles pénètrent dans la zone de haute pression. Cela peut provoquer des dommages mécaniques à l'intérieur de la pompe, créer des points faibles susceptibles de s'éroder et de se corroder, et nuire aux performances de la pompe.

La compréhension et la mise en œuvre de stratégies visant à atténuer la cavitation sont essentielles pour maintenir l’intégrité opérationnelle et la durée de vie de l’appareil. pompes à corps divisé .

Types de cavitation dans les pompes

Pour réduire ou prévenir la cavitation dans une pompe, il est important de comprendre les différents types de cavitation qui peuvent se produire. Ces types comprennent :

1. Cavitation par vaporisation. Également connue sous le nom de « cavitation classique » ou « cavitation à hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa) », il s'agit du type de cavitation le plus courant. Boîtier fendu Les pompes augmentent la vitesse du fluide lorsqu'il passe à travers le trou d'aspiration de la turbine. L'augmentation de la vitesse équivaut à une diminution de la pression du fluide. La réduction de pression peut provoquer l'ébullition (évaporation) d'une partie du fluide et la formation de bulles de vapeur, qui s'effondreront violemment et produiront de minuscules ondes de choc lorsqu'elles atteindront la zone de haute pression.

2. Cavitation turbulente. Les composants tels que les coudes, les vannes, les filtres, etc. du système de tuyauterie peuvent ne pas être adaptés à la quantité ou à la nature du liquide pompé, ce qui peut provoquer des tourbillons, des turbulences et des différences de pression dans le liquide. Lorsque ces phénomènes se produisent à l'entrée de la pompe, ils peuvent éroder directement l'intérieur de la pompe ou provoquer la vaporisation du liquide.

3. Cavitation due au syndrome de la lame. Également connu sous le nom de « syndrome de passage de lame », ce type de cavitation se produit lorsque le diamètre de la turbine est trop grand ou que le revêtement interne du corps de pompe est trop épais/le diamètre intérieur du corps de pompe est trop petit. L'une ou l'autre de ces conditions réduira l'espace (jeu) dans le corps de pompe à des niveaux inférieurs à ceux acceptables. La réduction du jeu dans le corps de pompe entraîne une augmentation du débit du fluide, ce qui entraîne une diminution de la pression. La réduction de pression peut provoquer la vaporisation du fluide, créant des bulles de cavitation.

4. Cavitation de recirculation interne. Lorsqu'une pompe à séparation centrale ne parvient pas à évacuer le fluide au débit requis, elle provoque la recirculation d'une partie ou de la totalité du fluide autour de la turbine. Le fluide de recirculation traverse des zones de basse et haute pression, ce qui génère de la chaleur, une vitesse élevée et forme des bulles de vaporisation. Une cause courante de recirculation interne est le fonctionnement de la pompe avec la vanne de sortie de la pompe fermée (ou à un faible débit).

5. Cavitation par entraînement d'air. De l'air peut être aspiré dans la pompe par une valve défectueuse ou un raccord desserré. Une fois à l'intérieur de la pompe, l'air se déplace avec le fluide. Le mouvement du fluide et de l'air peut former des bulles qui « explosent » lorsqu'elles sont exposées à la pression accrue de la turbine de la pompe.

Facteurs contribuant à la cavitation - NPSH, NPSHa et NPSHr

Le NPSH est un facteur clé pour éviter la cavitation dans les pompes à corps divisé. Le NPSH est la différence entre la pression d'aspiration réelle et la pression de vapeur du fluide, mesurée à l'entrée de la pompe. Les valeurs NPSH doivent être élevées pour empêcher la vaporisation du fluide dans la pompe.

Le NPSHa est le NPSH réel dans les conditions de fonctionnement de la pompe. La hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr) est le NPSH minimum spécifié par le fabricant de la pompe pour éviter la cavitation. Le NPSHa est une fonction de la tuyauterie d'aspiration, de l'installation et des détails de fonctionnement de la pompe. Le NPSHr est une fonction de la conception de la pompe et sa valeur est déterminée par les tests de la pompe. Le NPSHr représente la hauteur disponible dans les conditions de test et est généralement mesuré comme une chute de 3 % de la hauteur de la pompe (ou de la hauteur de la roue du premier étage pour les pompes à plusieurs étages) pour détecter la cavitation. Le NPSHa doit toujours être supérieur au NPSHr pour éviter la cavitation.

Stratégies pour réduire la cavitation - Augmenter le NPSHa pour prévenir la cavitation

Il est essentiel de s'assurer que le NPSHa est supérieur au NPSHr pour éviter la cavitation. Cela peut être réalisé en :

1. Abaissement de la hauteur de la pompe à corps fendu par rapport au réservoir d'aspiration/au puisard. Le niveau de liquide dans le réservoir d'aspiration/au puisard peut être augmenté ou la pompe peut être montée plus bas. Cela augmentera le NPSHa à l'entrée de la pompe.

2. Augmenter le diamètre de la tuyauterie d'aspiration. Cela réduira la vitesse du fluide à débit constant, réduisant ainsi les pertes de charge d'aspiration dans les tuyaux et les raccords.

2. Réduisez les pertes de charge dans les raccords. Réduisez le nombre de joints dans la conduite d'aspiration de la pompe. Utilisez des raccords tels que des coudes à grand rayon, des vannes à passage intégral et des réducteurs coniques pour réduire les pertes de charge d'aspiration dues aux raccords.

3. Évitez autant que possible d'installer des tamis et des filtres sur la conduite d'aspiration de la pompe, car ils provoquent souvent une cavitation dans les pompes centrifuges. Si cela ne peut être évité, assurez-vous que les tamis et les filtres sur la conduite d'aspiration de la pompe sont régulièrement inspectés et nettoyés.

5. Refroidissez le fluide pompé pour réduire sa pression de vapeur.

Comprendre la marge NPSH pour éviter la cavitation

La marge NPSH correspond à la différence entre NPSHa et NPSHr. Une marge NPSH plus importante réduit le risque de cavitation car elle fournit un facteur de sécurité pour empêcher le NPSHa de tomber en dessous des niveaux de fonctionnement normaux en raison de conditions de fonctionnement fluctuantes. Les facteurs qui affectent la marge NPSH comprennent les caractéristiques du fluide, la vitesse de la pompe et les conditions d'aspiration.

Maintien du débit minimum de la pompe

Il est essentiel de s'assurer qu'une pompe centrifuge fonctionne au-dessus du débit minimum spécifié pour réduire la cavitation. Le fonctionnement d'une pompe à carter divisé en dessous de sa plage de débit optimale (zone de fonctionnement autorisée) augmente la probabilité de créer une zone de basse pression pouvant induire une cavitation.

Considérations sur la conception des turbines pour réduire la cavitation

La conception de la roue joue un rôle important dans la sensibilité d'une pompe centrifuge à la cavitation. Les roues plus grandes avec moins de pales ont tendance à fournir moins d'accélération du fluide, ce qui réduit le risque de cavitation. De plus, les roues avec des diamètres d'entrée plus grands ou des pales coniques aident à gérer le flux de fluide plus en douceur, minimisant ainsi les turbulences et la formation de bulles. L'utilisation de matériaux résistants aux dommages causés par la cavitation peut prolonger la durée de vie de la roue et de la pompe.

Utilisation de dispositifs anti-cavitation

Les dispositifs anti-cavitation, tels que les accessoires de conditionnement de l'écoulement ou les chemises de suppression de cavitation, sont efficaces pour atténuer la cavitation. Ces dispositifs fonctionnent en contrôlant la dynamique du fluide autour de la turbine, en fournissant un écoulement plus stable et en réduisant les turbulences et les zones de basse pression qui provoquent la cavitation.

L'importance d'un dimensionnement approprié de la pompe pour prévenir la cavitation

Il est essentiel de sélectionner le bon type de pompe et de spécifier la taille appropriée pour une application spécifique afin d'éviter la cavitation. Une pompe surdimensionnée peut ne pas fonctionner aussi efficacement à des débits plus faibles, ce qui augmente le risque de cavitation, tandis qu'une pompe sous-dimensionnée peut devoir travailler plus dur pour répondre aux exigences de débit, ce qui augmente également le risque de cavitation. Une sélection appropriée de la pompe implique une analyse détaillée des exigences de débit maximum, normal et minimum, des caractéristiques du fluide et de la configuration du système pour garantir que la pompe fonctionne dans la plage de fonctionnement spécifiée. Un dimensionnement précis empêche la cavitation et augmente l'efficacité et la fiabilité de la pompe tout au long de son cycle de vie.