Qu'est-ce que la cavitation ?
Lorsqu'un liquide à une certaine température voit sa pression réduite à la pression de vaporisation correspondant à cette température, le liquide produit des bulles. Ce phénomène de formation de bulles est Cavitation dans une pompe.
Comment se produit la cavitation dans les pompes centrifuges？
Pendant le fonctionnement de une pompe centrifuge, Si, pour une raison quelconque, la pression absolue du liquide pompé chute jusqu'à la pression de vaporisation à la température actuelle, le liquide commencera à se vaporiser à cet endroit, produisant de la vapeur et formant des bulles.
Ces bulles se déplacent vers l'avant avec le flux de liquide. Lorsqu'elles atteignent une certaine zone de haute pression, le liquide à haute pression qui les entoure les fait rétrécir rapidement jusqu'à ce qu'elles s'effondrent. Au moment de l'effondrement de la bulle, les particules de liquide remplissent la cavité à grande vitesse et entrent en collision les unes avec les autres, formant un choc hydraulique. Lorsque ce phénomène se produit sur une paroi solide, il provoque l'érosion et l'endommagement des composants du passage de l'écoulement.
Ce processus est le processus de cavitation d'une pompe centrifuge.
Conditions de déclenchement de la cavitation
La cause fondamentale de la cavitation est que la pression locale est inférieure à la pression de vapeur saturée du liquide.
Pendant le fonctionnement d'une pompe centrifuge, le liquide pénètre dans la roue à partir du tuyau d'aspiration, et sa variation de pression suit le schéma suivant :
Perte de charge à l'entrée :
Au cours du processus entre le réservoir de stockage et l'entrée de la pompe, la pression diminue progressivement en raison de la résistance de la canalisation et de l'augmentation de la vitesse d'écoulement (l'augmentation de l'énergie cinétique entraîne la diminution de l'énergie de pression statique).
Point de pression le plus bas à l'intérieur de la roue :
Le point de pression le plus bas apparaît généralement légèrement derrière l'entrée de la pale de la roue (environ 1/3 du bord d'attaque de la pale), là où la vitesse d'écoulement est la plus élevée et la pression statique la plus faible.
Valeur critique de vaporisation :
Lorsque la pression à ce point tombe à la pression de vapeur saturée à la température actuelle du liquide, le liquide commence à se vaporiser et forme un grand nombre de bulles de vapeur.
Le processus complet de la cavitation
La cavitation est un cycle dynamique comprenant la génération, le développement et l'effondrement des bulles.
Stade de génération de bulles
Dans la zone de basse pression, le liquide se vaporise et produit des bulles de vapeur. Dans le même temps, les gaz dissous dans le liquide (comme l'air) sont également libérés, formant des bulles mixtes. La taille des bulles varie de quelques microns à quelques millimètres, et leur nombre augmente fortement à mesure que la pression diminue.
Stade de migration des bulles
Les bulles se déplacent avec le flux de liquide dans la zone de haute pression de la roue (zone de travail des pales), où la pression augmente rapidement. Lorsque la pression ambiante dépasse la pression de vapeur, la stabilité des bulles est détruite.
Phase d'effondrement de la bulle
Les bulles s'effondrent instantanément sous haute pression (en quelques microsecondes seulement). Le liquide environnant s'engouffre dans la cavité à une vitesse extrêmement élevée (pouvant atteindre plus de 100 m/s), générant un fort impact hydraulique. Ce processus s'accompagne de trois effets clés :
Impact mécanique :
La pression locale peut atteindre des dizaines ou des centaines de MPa, ce qui équivaut à un martelage à haute fréquence sur la surface du métal.
Effet thermique :
Lorsque les bulles s'effondrent, la chaleur latente de vaporisation est libérée et la température locale peut atteindre 200-300°C.
Corrosion chimique :
La température élevée accélère la réaction d'oxydation de l'oxygène à la surface du métal, formant une corrosion électrochimique.
Caractéristiques du phénomène de cavitation
Lorsque la cavitation se produit, elle peut être identifiée par les phénomènes suivants :
- Signal auditif : Un bruit à haute fréquence de type “craquement” ou “claquement” est émis à l'intérieur de la pompe. Dans les cas les plus graves, il s'accompagne de bruits d'impacts métalliques.
- Signal visuel : La surface de la roue présente des dommages progressifs dus à des piqûres → structure en nid d'abeille → perforation. Les endroits typiques sont le bord d'entrée de l'aube et la languette de la volute.
- Changements dans les performances : Le débit, la hauteur de charge et l'efficacité de la pompe diminuent simultanément. Dans les cas les plus graves, une interruption du débit peut se produire.
Facteurs causant la cavitation :
- Hauteur d'installation : Une hauteur d'installation excessive augmente le degré de vide à l'entrée et constitue la cause la plus fréquente. Sous une pression atmosphérique normale, la hauteur d'installation sûre d'une pompe à eau propre ne dépasse généralement pas 3 à 5 mètres.
- Propriétés liquides : Une augmentation de la température (augmentation de la pression de vapeur) et une teneur en gaz plus élevée (augmentation des noyaux de bulles) réduisent considérablement la résistance à la cavitation.
- Conditions de fonctionnement : Un écart par rapport au débit prévu (en particulier dans des conditions de faible débit) intensifie les fluctuations de pression à l'intérieur de la roue.
- Conception du corps de la pompe : Les paramètres géométriques tels que la forme de l'entrée de la roue et la courbure des pales affectent directement la distribution de la pression.
Différence essentielle entre la cavitation et le liage à l'air
Il est nécessaire de faire la distinction entre deux fautes faciles à confondre :
| Fonctionnalité | Cavitation | Liaison aérienne |
|---|---|---|
| Cause première | Pression locale < pression de vapeur saturée | Il y a de l'air à l'intérieur de la pompe et le vide ne peut pas être formé. |
| Stade d'apparition | Apparaît progressivement pendant le fonctionnement | Se produit au démarrage |
| Phénomène typique | Bruit, vibrations, diminution des performances, endommagement de la roue à aubes | Pas d'écoulement de liquide, pas de bruit apparent |
| Solution | Réduire la hauteur d'installation, augmenter la pression d'entrée | Réamorcer la pompe et évacuer l'air |
Conclusion principale :
L'essence de la cavitation est un cycle d'ébullition et d'effondrement d'un liquide dans un environnement à haute pression. Son effet destructeur provient de l'effet synergique de l'impact mécanique et de la corrosion chimique.
La clé pour éviter la cavitation est de s'assurer que la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa) est supérieure à la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr), et une marge de sécurité d'au moins 0,3-0,5 m doit généralement être garantie.
Comment éviter la cavitation dans les pompes centrifuges ?
Améliorer les paramètres structurels de l'entrée de la pompe
Cette solution convient à Changyu Pump pendant les phases de conception et de fabrication des pompes centrifuges. Cette méthode est rarement adoptée sur le site de production.
Installer un inducteur à l'entrée d'aspiration de la pompe
L'installation d'un inducteur a un effet significatif sur l'amélioration des performances de résistance à la cavitation d'une pompe centrifuge et sur la résolution des problèmes de cavitation.
En outre, sa structure est simple, facile à fabriquer et à installer, pratique pour le fonctionnement et la maintenance, et peu coûteuse. Il peut être installé et mis en service sous la direction technique de Changyu Pump sans affecter la production, et il est particulièrement adapté à la promotion et à l'application sur les sites de production.
Conception raisonnable de la tuyauterie d'aspiration et réglage de la hauteur d'installation
Bien que cette méthode permette d'éliminer les problèmes de cavitation, elle est rarement adoptée sur les sites de production.
En effet, le réglage de la conduite d'aspiration et de la hauteur d'installation de la pompe implique un travail d'ingénierie important et des coûts de construction élevés, et est limité par l'environnement de construction. Elle ne peut être réalisée que lors d'un arrêt de l'usine ou d'une révision majeure.
En même temps, en raison des limitations des conditions du processus, l'ajustement de la conduite d'aspiration et de la hauteur d'installation affectera les processus ultérieurs et entraînera une réaction en chaîne.
Optimiser les conditions de fonctionnement du processus
Lorsque les conditions du procédé le permettent, la modification des paramètres de fonctionnement tels que le débit de la pompe, la hauteur d'élévation, la vitesse de rotation et la température de fonctionnement du fluide peut éviter l'apparition de la cavitation.
Conclusion :
L'article ci-dessus nous a permis de comprendre comment la cavitation se produit dans les pompes centrifuges et comment éviter la cavitation dans les pompes centrifuges.
Si vous souhaitez envisager de réduire la cavitation à la source, vous pouvez nous contacter. Nous personnaliserons la conception de la pompe centrifuge en fonction de vos conditions de travail spécifiques afin de répondre à vos exigences de pompage.
Si la cavitation s'est déjà produite dans vos conditions de travail actuelles, vous pouvez également contacter Pompe Changyu maintenant. Nous avons plus de 20 ans d'expérience en matière de fabrication et de R&D pour vous aider à résoudre vos problèmes de pompage.
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