Le bruit des pompes a toujours été un casse-tête pour les clients. Qu'il soit causé par un dysfonctionnement ou par le bruit inhérent à la pompe elle-même, je pense que de nombreux clients rencontreront ces problèmes lors de l'utilisation de la pompe. Aujourd'hui, Lutsee vous expliquera les sources courantes de bruit de pompe.
Le bruit mécanique provient des vibrations des composants ou des surfaces qui produisent des fluctuations de pression audibles dans les milieux adjacents. Par exemple, les pistons, les vibrations déséquilibrées causées par la rotation et les parois de tuyaux vibrantes.
Dans les pompes volumétriques, le bruit est généralement associé à la vitesse de la pompe et au nombre de pistons de la pompe. Les pulsations du liquide sont le principal bruit mécanique induit et, inversement, ces pulsations peuvent également provoquer des vibrations mécaniques dans les composants de la pompe et du système de canalisation. Des masselottes d'équilibrage du vilebrequin incorrectes peuvent également provoquer des vibrations en fonction de la vitesse de rotation, ce qui peut desserrer les boulons de fondation et produire un bruit de cognement de la fondation ou du rail de guidage. D'autres bruits sont liés au bruit des bielles usées, des axes de piston usés ou des coups de piston.
Dans les pompes centrifuges, les accouplements mal installés produisent souvent du bruit (désalignement) à deux fois la vitesse de la pompe. Si la vitesse de la pompe approche ou dépasse la vitesse critique du niveau, de fortes vibrations causées par un déséquilibre ou un bruit généré par l'usure des roulements, des joints ou de la turbine peuvent se produire. Si une usure se produit, elle peut se caractériser par l'émission de sifflements aigus. Les ventilateurs des moteurs électriques, les clavettes d'arbre et les boulons d'accouplement peuvent tous produire un bruit de jeu.
Source de bruit liquide
Lorsque les fluctuations de pression sont directement générées par le mouvement du liquide, la source de bruit est proportionnelle à la dynamique du fluide. Les sources possibles de puissance hydraulique comprennent la turbulence, la séparation de l'écoulement du liquide (état tourbillonnaire), la cavitation, le coup de bélier, l'évaporation instantanée et l'interaction entre l'impulseur et l'angle de séparation de la pompe. Les pulsations de pression et de débit provoquées peuvent être périodiques ou à large bande de fréquence et peuvent généralement exciter des vibrations mécaniques dans les canalisations ou les pompes elles-mêmes. Les vibrations mécaniques peuvent alors diffuser le bruit dans l'environnement.
En général, il existe quatre types de sources de pulsations dans les pompes à liquide :
(1) Composantes de fréquence discrètes générées par la roue ou le piston de la pompe
(2) Énergie de turbulence à large bande causée par une vitesse d'écoulement élevée
(3) L'oscillation intermittente du bruit à large bande provoquée par la cavitation, l'évaporation instantanée et le coup de bélier constitue un bruit d'impact
(4) Lorsque le débit de liquide traverse des obstacles et des affluents latéraux du système de canalisations, des tourbillons périodiques peuvent provoquer des pulsations induites par le débit, ce qui peut entraîner des changements secondaires du spectre de débit des fluctuations de pression dans la pompe centrifuge.
Cela est particulièrement vrai lorsque l'on opère dans des conditions d'écoulement non prévues. Les chiffres indiqués sur la ligne de courant indiquent le positionnement des principes de processus d'écoulement suivants :
En raison de l'interaction de la couche limite entre les régions à grande et à faible vitesse dans le champ d'écoulement, la plupart de ces modèles d'écoulement instables génèrent des tourbillons, par exemple causés par l'écoulement de liquide autour d'obstacles ou à travers des zones d'eau stagnante, ou par un écoulement bidirectionnel. Lorsque ces tourbillons impactent la paroi latérale, ils se transforment en fluctuations de pression et peuvent provoquer des oscillations locales dans les canalisations ou les composants de pompe. La réponse acoustique des systèmes de canalisations peut fortement affecter la fréquence et l'amplitude de la diffusion des courants de Foucault. Des recherches ont montré que lorsque la résonance du son dans le système est cohérente avec la fréquence naturelle ou préférée de la source de bruit, les courants de Foucault sont forts.
Lorsque la pompe centrifuge fonctionne à un débit inférieur ou supérieur au rendement optimal, du bruit se fait généralement entendre autour du corps de pompe. Le niveau et la fréquence de ce bruit varient d'une pompe à l'autre, en fonction du niveau de pression généré par la pompe à ce moment-là, du rapport entre le NPSH requis et le NPSH disponible et du degré auquel le fluide de la pompe s'écarte du débit idéal. Lorsque l'angle des aubes directrices d'admission, de la roue et du corps (ou du diffuseur) ne convient pas au débit réel, du bruit se produit souvent. La principale source de ce bruit est également considérée comme la recirculation.
Avant que le liquide ne s'écoule à travers la pompe centrifuge et ne soit mis sous pression, il doit traverser une zone dont la pression ne dépasse pas la pression existante dans le tuyau d'admission. Cela est dû en partie à l'effet d'accélération du liquide entrant dans l'entrée de la turbine, ainsi qu'à la séparation du flux d'air des pales d'entrée de la turbine. Si le débit V dépasse le débit de conception et que l'angle des pales qui l'accompagne est incorrect, des tourbillons à grande vitesse et à basse pression se formeront. Si la pression du liquide chute à la pression de vaporisation, le gaz liquide s'évaporera. La pression à l'intérieur du passage augmentera plus tard. L'implosion qui s'ensuit provoque un bruit communément appelé cavitation. Habituellement, la rupture des poches d'air du côté sans pression des pales de la turbine provoque non seulement du bruit, mais présente également de graves dangers (corrosion des pales).
Niveau de bruit mesuré sur le carter d'une pompe de 8 000 ch (5 970 kW) et à proximité de la canalisation d'admission pendant la cavitation.
La génération de cavitation peut provoquer des impacts à large bande de nombreuses fréquences. Cependant, dans ce cas, c'est la fréquence commune des pales (le nombre de pales de la turbine multiplié par le nombre de tours par seconde) et ses multiples qui dominent. Ce type de bruit de cavitation produit généralement un bruit à très haute fréquence, mieux appelé « bruit d'explosion ».
Le bruit de cavitation peut également être entendu lorsque le débit est inférieur à la condition de conception, ou même lorsque le NPSH d'entrée disponible dépasse le NPSH requis par la pompe, ce qui constitue un problème très déroutant. L'explication proposée par Fraser suggère que ce bruit de très faible fréquence irrégulière mais de haute intensité provient du reflux à l'entrée ou à la sortie de la roue, ou à deux endroits, et que chaque pompe centrifuge subit cette recirculation dans une certaine condition de diminution du débit. Le fonctionnement dans des conditions de recirculation endommage l'entrée et la sortie des pales de la roue (ainsi que le côté pression des aubes directrices du carter). L'augmentation de l'intensité du bruit impulsif, du bruit irrégulier et l'augmentation des pulsations de pression d'entrée et de sortie lorsque le débit diminue peuvent tous servir de preuve de recirculation.
Les régulateurs de pression automatiques ou les vannes de régulation de débit peuvent générer du bruit lié à la fois à la turbulence et à la séparation du flux d'air. Lorsque ces vannes fonctionnent sous une chute de pression importante, elles ont des débits élevés qui génèrent des turbulences importantes. Bien que le spectre de bruit généré soit à très large bande, ses caractéristiques sont centrées autour d'une fréquence avec un nombre de Strouhal correspondant d'environ 0.2.
Cavitation et évaporation éclair
Pour de nombreux systèmes de pompage de liquides, on observe généralement une évaporation instantanée et une cavitation liées aux vannes de régulation de pression de la pompe ou du système de distribution. En raison de la perte de débit importante causée par l'étranglement, des débits plus élevés entraînent une cavitation plus sévère.
Dans la conduite d'aspiration d'une pompe volumétrique, le piston peut générer des pulsations de grande amplitude et être renforcé par les performances acoustiques du système, ce qui fait que la pression dynamique atteint périodiquement la pression de vaporisation du liquide, même si la pression statique au niveau de l'orifice d'aspiration peut être supérieure à cette pression. Lorsque la pression de circulation augmente, des bulles éclatent, produisant du bruit et impactant le système, ce qui peut entraîner de la corrosion et également produire un bruit désagréable.
Lorsque la pression de l'eau chaude sous pression diminue par étranglement (comme les vannes de régulation de débit), l'évaporation instantanée est particulièrement courante dans les systèmes d'eau chaude (systèmes de pompe d'alimentation). La diminution de pression provoque une vaporisation soudaine du liquide, c'est-à-dire une évaporation instantanée, entraînant un bruit similaire à la cavitation. Pour éviter l'évaporation instantanée après l'étranglement, une contre-pression suffisante doit être fournie. D'autre part, l'étranglement doit être appliqué à l'extrémité de la canalisation pour disperser l'énergie de l'évaporation instantanée dans un espace plus grand.