Qu'est-ce que la cavitation ? Comment améliorer les mesures anti-cavitation ?

 

• Qu’est-ce que la cavitation ?

La cavitation est une condition néfaste qui se produit souvent dans les unités de pompage centrifuge. La cavitation peut réduire l'efficacité de la pompe, provoquer des vibrations et du bruit et entraîner de graves dommages à la turbine, au boîtier de la pompe, à l'arbre et à d'autres pièces internes. La cavitation se produit lorsque la pression du fluide dans la pompe chute en dessous de la pression de vaporisation, provoquant la formation de bulles de vapeur dans les zones à basse pression. Ces bulles de vapeur peuvent s'effondrer violemment ou « imploser » lorsqu'elles pénètrent dans la zone à haute pression. Cela peut provoquer des dommages mécaniques à l'intérieur de la pompe, créer des points faibles sensibles à l'érosion et à la corrosion et nuire aux performances de la pompe.

 

Comprendre et mettre en œuvre des stratégies pour atténuer la cavitation est essentiel pour maintenir l’intégrité opérationnelle et la durée de vie des pompes centrifuges.

 

• Types de cavitation dans les pompes centrifuges

 

1. Cavitation de vaporisation.Également connue sous le nom de « cavitation classique » ou « cavitation à hauteur d'aspiration nette positive disponible (NPSHa) », il s'agit du type de cavitation le plus courant. Les pompes centrifuges 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 faire bouillir (vaporiser) une partie du fluide et former des bulles de vapeur, qui s'effondrent violemment et produisent de minuscules ondes de choc lorsqu'elles atteignent la zone à haute pression.

 

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

 

3. Cavitation du syndrome de la lame.Également connu sous le nom de « syndrome de passage des pales », ce type de cavitation se produit lorsque le diamètre de la roue 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, ou les deux, réduira l’espace (dégagement) à l’intérieur du corps de pompe à des niveaux inférieurs aux niveaux acceptables. La réduction du jeu à l'intérieur du corps de pompe provoque une augmentation de la vitesse du fluide, ce qui entraîne une diminution de la pression. La diminution de pression peut provoquer la vaporisation du fluide, créant des bulles de cavitation.

 

4. Cavitation à recirculation interne.Lorsqu'une pompe est incapable de refouler du fluide au débit requis, elle fait recirculer une partie ou la totalité du fluide autour de la roue. Le fluide recirculé traverse des zones à basse et haute pression, générant de la chaleur, une vitesse élevée et formant des bulles de vaporisation. Une cause fréquente de recirculation interne est le fonctionnement de la pompe avec la vanne de sortie de la pompe fermée (ou à un faible débit - Pump Salon Note 1).

 

5. Cavitation d’entraînement d’air.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 roue de la pompe.

 

• Quels sont les dangers de la cavitation ?

 

1. Corrosion des composants traversants :

(1) En raison de l'impact à haute fréquence (600 ~ 25 000 Hz) généré lorsque les bulles éclatent, la pression atteint 49 MPa, provoquant une érosion mécanique de la surface métallique.

 

(2) Étant donné que la chaleur est libérée pendant la vaporisation et que l'hydrolyse se produit en raison de l'effet de batterie à différence de température, l'oxygène généré oxyde le métal et provoque une corrosion chimique.

 

2. Les performances de la pompe diminuent :

Lorsque la cavitation de la pompe se produit, l'échange d'énergie dans la roue est perturbé et détruit, et les caractéristiques externes se manifestent par le déclin des courbes QH, QP et Qn. Dans les cas graves, le débit dans la pompe sera interrompu et celle-ci ne fonctionnera pas.

 

Pour les faibles vitesses spécifiques, étant donné que le canal d'écoulement entre les pales est étroit et long, une fois la cavitation se produit, les bulles remplissent tout le canal d'écoulement et la courbe de performance chute soudainement.

 

Pour les vitesses spécifiques moyennes et élevées, le canal d'écoulement est court et large, il faut donc un processus de transition pour que les bulles se développent depuis leur apparition jusqu'au remplissage de la totalité du canal d'écoulement. La courbe de performance correspondante commence à diminuer lentement, puis chute fortement lorsqu'elle augmente jusqu'à un certain débit.

 

• Mesures pour améliorer l'anti-cavitation

 

1. Mesures pour améliorer les performances anti-cavitation de la pompe centrifuge :

(1) Améliorer la conception structurelle de l’orifice d’aspiration de la pompe à la roue. Augmentez la zone de flux ; augmenter le rayon de courbure de la section d'entrée du couvercle de la turbine pour réduire l'accélération rapide et la chute de pression du flux de liquide ; réduire de manière appropriée l'épaisseur de l'entrée de la lame et arrondir l'entrée de la lame pour la rendre proche de la forme profilée, ce qui peut également réduire l'accélération et la chute de pression de l'écoulement autour de la tête de lame ; améliorer la finition de surface de la roue et de l'entrée de la pale pour réduire la perte de résistance ; étendez le bord d'entrée de la pale jusqu'à l'entrée de la turbine afin que le flux de liquide reçoive le travail à l'avance et augmente la pression.

 

(2) Un inducteur avant est utilisé pour faire fonctionner le débit de liquide à l'avance dans l'inducteur avant afin d'augmenter la pression du débit de liquide.

 

(3) En utilisant une turbine à double aspiration, le flux de liquide pénètre dans la turbine des deux côtés de la turbine en même temps, de sorte que la section transversale d'entrée est doublée et le débit d'entrée peut être réduit de moitié.

 

(4) Les conditions de travail de conception adoptent un angle d'attaque positif légèrement plus grand pour augmenter l'angle d'entrée de la lame, réduire la flexion à l'entrée de la lame, réduire le blocage de la lame et augmenter la zone d'entrée ; améliorer les conditions de travail sous débit important pour réduire la perte de débit. Cependant, l'angle d'attaque positif ne doit pas être trop grand, sinon cela affecterait l'efficacité.

 

(5) Utilisez des matériaux résistants à la cavitation. La pratique montre que plus la résistance, la dureté et la ténacité du matériau sont élevées, meilleure est la stabilité chimique et plus les performances de résistance à la cavitation sont fortes.

 

2. Mesures visant à améliorer la marge de cavitation efficace du dispositif d'entrée de liquide :

(1) Augmentez la pression de la surface du liquide dans le réservoir de stockage de liquide devant la pompe pour augmenter la marge de cavitation efficace.

 

(2) Réduisez la hauteur d’installation de la pompe du dispositif d’aspiration.

 

(3) Remplacez le dispositif d'aspiration vers le haut par un dispositif d'irrigation inversée.

 

(4) Réduire la perte de débit dans le pipeline avant la pompe, par exemple en raccourcissant le pipeline autant que possible dans la plage requise, en réduisant le débit dans le pipeline, en réduisant le nombre de coudes et de vannes et en augmentant l'ouverture des vannes. autant que possible.

 

(5) Réduire la température du fluide de travail à l'entrée de la pompe (lorsque le fluide transporté est proche de la température de saturation).

 

Les mesures ci-dessus peuvent être appliquées de manière appropriée après une analyse complète basée sur le type de pompe, la sélection des matériaux et les conditions du site d'utilisation de la pompe.