Qu'est-ce que la cavitation de la pompe et comment l'éviter

Avez-vous déjà entendu une pompe émettre des bruits étranges ou remarqué une diminution de ses performances ? Cela pourrait être le signe d’une cavitation de la pompe.

La cavitation de la pompe se produit lorsque des bulles de vapeur se forment et s'effondrent dans une pompe, provoquant des dommages et une efficacité réduite.

Qu'est-ce que la pression de vapeur

La pression de vapeur est la pression exercée par une vapeur en équilibre thermodynamique avec ses phases condensées à une température donnée. Pour les liquides, cela indique une tendance à l’évaporation. Une pression de vapeur plus élevée signifie qu’une substance est plus volatile.

Qu'est-ce que la cavitation de la pompe

La cavitation de la pompe est un phénomène qui se produit lorsque la pression dans un fluide descend en dessous de sa pression de vapeur, provoquant la formation de bulles de vapeur. Cela se produit généralement dans les pompes centrifuges et les pompes volumétriques. Lorsque ces bulles se déplacent vers des zones de pression plus élevée, elles s’effondrent violemment, créant des ondes de choc.

Types de cavitation dans les pompes

Vaporisation Cavitation

La cavitation par vaporisation, également appelée cavitation classique, se produit lorsque la pression à l'entrée de la pompe descend en dessous de la pression de vapeur du fluide. Cela provoque la formation de bulles de vapeur près de l’œil de la turbine. Lorsque ces bulles se déplacent vers des zones de pression plus élevée, elles s'effondrent violemment, endommageant potentiellement la turbine et réduisant l'efficacité de la pompe.

Cavitation turbulente

La cavitation turbulente résulte de perturbations du débit à l’entrée de la pompe. Des coudes prononcés, des obstructions ou des configurations de tuyauterie inappropriées peuvent créer des tourbillons et des zones de basse pression où se forment des bulles de vapeur. Ce type de cavitation se produit souvent près de l'entrée de la pompe et peut provoquer une érosion des bords d'attaque de la roue.

Cavitation du syndrome de Vane

La cavitation du syndrome des palettes se produit lorsque le jeu entre le diamètre extérieur de la roue et l'eau de coupe du corps de pompe est trop petit. Cet espace étroit accélère l’écoulement du fluide, créant des zones de basse pression où se forment des bulles de cavitation. Cela affecte généralement les extrémités des pales de la roue et le corps de la pompe près de la zone de refoulement.

Cavitation à recirculation interne

La cavitation par recirculation interne se produit lorsqu'une pompe fonctionne à de faibles débits, loin de son meilleur point d'efficacité. Le fluide recircule dans la pompe, créant des zones de basse pression où se forment des bulles de cavitation. Ce type peut endommager à la fois la roue et le corps de la pompe, en particulier dans les zones situées entre le carénage arrière de la roue et le corps.

Cavitation par aspiration d'air

La cavitation par aspiration d’air résulte de l’entrée d’air dans le système de pompe. Cela peut se produire en raison de fuites dans la tuyauterie d'aspiration, d'une mauvaise étanchéité ou d'un vortex dans le récipient d'aspiration. L'air entraîné forme des bulles qui s'effondrent lorsqu'elles sont soumises à des pressions plus élevées à l'intérieur de la pompe, provoquant des dommages similaires à d'autres types de cavitation.

Causes courantes de cavitation de la pompe

Hauteur d'aspiration positive nette disponible insuffisante (NPSHa)

Un NPSHa insuffisant est la principale cause de cavitation de la pompe. Lorsque la hauteur d'aspiration disponible tombe en dessous du niveau requis, des bulles de vapeur se forment dans le liquide. Ces bulles s'effondrent lorsqu'elles pénètrent dans des zones de pression plus élevée, endommageant la turbine de la pompe et d'autres composants.

Problèmes de conduite d'aspiration

Des blocages, des restrictions ou des pertes de friction excessives dans la conduite d'aspiration peuvent entraîner une cavitation. Ces problèmes réduisent la pression à l’entrée de la pompe, la faisant potentiellement tomber en dessous de la pression de vapeur du liquide.

Liquides volatils et pression de vapeur

Le pompage de liquides volatils à proximité de leur pression de vapeur augmente le risque de cavitation. À mesure que le liquide s’approche de sa pression de vapeur, il devient plus susceptible à la formation de bulles.

Fonctionnement à partir du meilleur point de rendement (BEP)

Faire fonctionner une pompe centrifuge trop loin de son débit BEP peut provoquer une cavitation. Cela se produit souvent lorsque la pompe fonctionne à des débits nettement supérieurs ou inférieurs à ceux prévus.

Air ou gaz entraîné

La présence d’air ou de gaz entraîné dans le liquide pompé peut entraîner des effets de type cavitation. Ces bulles de gaz peuvent s’effondrer et causer des dommages similaires à l’implosion d’une bulle de vapeur.

Signes de cavitation de la pompe

Dommages physiques aux composants de la pompe

La cavitation provoque une grave érosion des composants de la pompe. La roue présente souvent des piqûres et des pertes de matériaux, semblant usées au-delà de sa durée de vie réelle. Le corps de pompe et les joints peuvent également montrer des signes de dommages dus aux ondes de choc intenses produites par l'effondrement des bulles de vapeur.

Bruit et vibrations anormaux

Un bruit et des vibrations excessifs sont des signes révélateurs de cavitation. Le son ressemble à du gravier ou des billes circulant dans la pompe. Les niveaux de vibrations augmentent considérablement, entraînant potentiellement un désalignement et d'autres problèmes mécaniques.

Pression et débit de décharge réduits

Une baisse substantielle de la pression de refoulement et du débit indique une cavitation. La présence de bulles de vapeur dans le fluide réduit l'efficacité de la pompe, entraînant une diminution des performances. Cet effet est particulièrement visible dans les pompes centrifuges.

Défaillances fréquentes des joints et des roulements

La cavitation accélère l'usure des joints et des roulements. Les ondes de choc et les vibrations intenses provoquent une défaillance prématurée de ces composants.

Consommation d'énergie instable

Une consommation d’énergie irrégulière est un autre indicateur de cavitation. Le courant et la consommation électrique du moteur fluctuent à mesure que la pompe lutte pour maintenir ses performances. Cette instabilité peut entraîner une consommation d’énergie accrue et des dommages potentiels au moteur.

Comment prévenir la cavitation de la pompe

Sélection appropriée de la pompe avec une marge NPSHA suffisante

• Assurez-vous que la pompe a une marge de hauteur d'aspiration nette positive disponible (NPSHA) adéquate au-dessus du NPSH requis.
• Consultez les courbes de performances et les directives des fabricants de pompes pour choisir une pompe qui fonctionne efficacement dans sa plage d'applications prévue.
• Tenez compte de facteurs tels que le débit, la pression de refoulement et les propriétés du fluide lors de la sélection.

Optimisation de la conception du système

• Augmentez le diamètre du tuyau d'aspiration pour réduire la vitesse du fluide et les chutes de pression.
• Minimisez les raccords et les vannes dans la conduite d’aspiration pour réduire les pertes par frottement.
• Éliminez les points hauts de la tuyauterie qui peuvent emprisonner la vapeur.
• Assurer une immersion adéquate de la source d’aspiration pour éviter les vortex et l’entraînement de l’air.
• Une conception de tuyauterie appropriée avec des transitions progressives et des chemins d'écoulement fluides permet de maintenir un flux laminaire et une répartition uniforme de la pression.

Faire fonctionner des pompes à proximité de leur BEP

• Faites fonctionner les pompes centrifuges près de leur point de meilleur rendement (BEP) et dans la plage de fonctionnement autorisée spécifiée par le fabricant.
• Évitez d'opérer trop à droite sur la courbe de la pompe, car cela pourrait augmenter le NPSH requis.
• Utilisez des entraînements à vitesse variable le cas échéant pour adapter le débit de la pompe aux demandes du système tout en maintenant une efficacité optimale.

Maintenir une pression d'aspiration suffisante et une basse température du liquide

• Maintenir la pression d'aspiration au-dessus de la pression de vapeur du fluide avec une marge de sécurité adéquate.
• Pensez à utiliser des pompes de surpression ou à élever la source d'aspiration si nécessaire.
• Contrôlez la température du liquide, car des températures plus élevées augmentent la pression de vapeur et le risque de cavitation.
• Assurer une immersion appropriée et maintenir des niveaux de liquide constants dans les récipients d’aspiration.

Contrôle de l’air entraîné et ventilation adéquate

• Installez des vannes de purge d'air aux points hauts du système pour éliminer l'air emprisonné.
• Concevoir et entretenir correctement les systèmes de ventilation pour empêcher l’accumulation d’air.
• Utilisez des crépines ou des filtres pour éliminer les débris susceptibles de provoquer des chutes de pression locales.
• Assurer des joints et des connexions étanches pour empêcher la pénétration d’air, en particulier du côté aspiration de la pompe.

Surveillance et entretien réguliers

• Mettre en œuvre un programme d’inspection et d’entretien de routine pour les pompes et les composants côté aspiration.
• Surveillez les signes de cavitation tels que le bruit, les vibrations ou la consommation d’énergie irrégulière.
• Vérifiez et nettoyez régulièrement les filtres, les crépines et les vannes.
• Effectuez des tests périodiques de débit et de pression pour vérifier les performances de la pompe.

FAQ

Lorsqu'une pompe cavite, quel bruit fait-elle ?

Une pompe cavitante produit un bruit fort et distinctif. Cela ressemble souvent à du gravier ou des billes circulant dans le système. Le bruit est décrit comme un grognement, un grondement ou un gravier. Ce bruit est provoqué par la formation et l’effondrement rapides de bulles de vapeur.

Qu'est-ce que la cavitation de la pompe due à un faible débit ?

La cavitation à faible débit se produit lorsqu'une quantité insuffisante de liquide pénètre dans la pompe. Cela est dû à des conditions de basse pression ou de vide poussé à l'entrée de la pompe. Cela « affame » la pompe, entraînant la formation de bulles près de l’œil de la turbine. Ces bulles implosent, endommageant la turbine au fil du temps.

En conclusion

La cavitation des pompes est un problème grave qui peut endommager l'équipement et réduire son efficacité. Comprendre ses causes, reconnaître les symptômes et mettre en œuvre des mesures préventives sont essentiels pour maintenir les performances de la pompe.

Un entretien régulier, une sélection appropriée des pompes et une optimisation de la conception du système sont essentiels pour éviter la cavitation. Pour obtenir l’aide d’un expert, consultez un spécialiste des pompes pour garantir des performances optimales du système.