La cavitation est un problème courant lors du fonctionnement des pompes centrifuges, qui peut entraîner une augmentation des vibrations et du bruit de la pompe, une diminution des performances et de graves dommages aux composants.
Cet article n'explore pas les connaissances théoriques professionnelles sur la cavitation, mais tente uniquement d'utiliser un langage relativement simple pour fournir une introduction détaillée à plusieurs types courants de cavitation dans les pompes centrifuges, aux dangers de la cavitation et aux mesures couramment utilisées pour améliorer la cavitation sur site.
1. Types de cavitation
À partir du lieu d'apparition, la cavitation peut être divisée en cavitation de lame, cavitation d'espace, cavitation rugueuse, cavitation de cavité et cavitation de reflux.
(1) Cavitation foliaire
Lorsque la cavitation se produit, la formation et l'éclatement de bulles se produisent principalement à l'avant et à l'arrière des aubes, également appelées cavitation à profil aérodynamique, qui est la principale forme de cavitation dans les pompes centrifuges. Lorsque la pompe est installée trop haut, même si la pompe fonctionne dans les conditions de conception, une zone de basse-pression est susceptible de se produire à l'arrière de l'entrée et de la sortie de la pale :
1) Lorsque la pompe fonctionne dans des conditions de débit élevé, une séparation du débit et des tourbillons se produisent sur le bord d'attaque des pales, créant une pression négative susceptible de provoquer une cavitation à l'avant des pales.
2) Lorsque la pompe fonctionne dans des conditions de faible débit, des tourbillons sont générés à l'arrière des pales, créant une zone de basse-pression et provoquant une cavitation à l'arrière des pales.
(2) Cavitation d'espace
Il fait référence à la cavitation formée lorsque le liquide s'écoule à travers un canal ou un espace étroit, provoquant une augmentation locale de la vitesse d'écoulement et une diminution de la pression de vaporisation des composants d'écoulement.
Au niveau de l'espace entre l'anneau résistant à l'usure du corps de la pompe centrifuge et le bord extérieur (plaque de recouvrement) de la roue, sous la différence de pression (différence de pression particulièrement importante) des deux côtés de l'entrée et de la sortie de la roue, le liquide du côté sortie reflue à grande vitesse, provoquant une chute de pression locale et une cavitation.
Dans le petit espace entre le bord extérieur des aubes de la pompe à flux axial et le corps de la pompe, sous l'action de la différence de pression entre l'avant et l'arrière des aubes, la vitesse élevée d'écoulement inverse du liquide dans l'espace peut également provoquer une chute de pression locale, entraînant une cavitation au bord extérieur correspondant des aubes dans le corps de pompe, et formant une zone de cavitation en nid d'abeille et à surface rugueuse au bord extérieur de la roue et des aubes.
(3) Cavitation grossière
La cavitation brutale fait référence à la génération de tourbillons en aval des saillies lorsque le liquide s'écoule à travers la surface inégale des composants à écoulement rugueux à l'intérieur du corps de pompe, provoquant une chute de pression locale et conduisant à la cavitation.
Pendant le moulage et le traitement des composants d'écoulement de la pompe, les irrégularités de surface, les trous de sable, les trous d'air, etc. peuvent provoquer des changements soudains dans l'état d'écoulement local et entraîner une cavitation.
(4) Cavitation de la cavité
La cavitation dans une cavité fait référence à la formation d'une bande de vortex en spirale dans la chambre d'aspiration à l'entrée d'une pompe en raison de mauvaises conditions d'entrée d'eau ou d'une profondeur d'immersion insuffisante. Lorsque la pression centrale de la ceinture vortex diminue jusqu'à la pression de vaporisation, une cavitation se produit également, accompagnée de fortes vibrations.
(5) Cavitation par reflux
D'une manière générale, la condition préalable à la cavitation est NPSHa.
Lorsque le débit de pompage est trop faible ou que la pression d'entrée est trop élevée, un reflux se produit. Lorsque le débit de pompage est trop faible, un reflux interne se produit à l'entrée de la roue ; Lorsque la pression d'entrée de la pompe est trop élevée, un reflux interne se produit à la sortie de la roue. Le reflux interne provoque une augmentation du débit de liquide jusqu'à ce que la vaporisation produise des bulles, qui se rompent ensuite sous une pression environnante plus élevée. Lorsqu'un reflux interne se produit au niveau de l'orifice d'aspiration, un bruit de crépitement irrégulier sera émis autour de l'orifice d'aspiration de la pompe, accompagné d'un son de détonation de haute -intensité.
La cavitation par reflux peut généralement être améliorée grâce aux méthodes suivantes :
1) Augmenter le débit de sortie de la pompe.
2) Installez une dérivation entre l'entrée et la sortie de la pompe (cette méthode est difficile à accepter pour les clients dans les applications pratiques).
3) Optimiser la structure de la roue (réduire la zone d'entrée de la roue).
2. Les dangers de la cavitation
(1) Dégradation des performances, dommages au pipeline
La cavitation peut réduire considérablement les performances de la pompe. Habituellement, pour les pompes centrifuges, lorsque la pression d'entrée chute dans une certaine mesure, leurs performances diminuent fortement, ce qui est également connu sous le nom de fracture par cavitation. La cavitation peut également provoquer une instabilité à l’intérieur du fluide, pouvant entraîner des oscillations de débit et de pression. Avec l'aide de ces oscillations, cela peut endommager la pompe et ses canalisations d'entrée et de sortie.
(2) Dommages graves aux composants de surintensité de la pompe
La cavitation peut endommager la surface des composants. Lorsque les bulles éclatent, le liquide environnant génère une pression d'impact extrêmement élevée (pression maximale) pouvant atteindre 49 MPa. Lorsque la résistance hydraulique de la cavitation dépasse la capacité du matériau à résister à cet impact, cela peut entraîner une rupture par fatigue du matériau de la paroi locale et un détachement du matériau de surface. La cavitation se produit simultanément à la corrosion chimique et électrochimique. La taille des piqûres générées par la corrosion et la déformation plastique des matériaux au début de la cavitation est d'environ 10 μm à 50 μm, en particulier pour certains matériaux ayant une faible résistance à la corrosion, qui peuvent présenter des structures en nid d'abeilles sous une cavitation à long terme -.
(3) Générer des vibrations et du bruit
Au moment où la bulle se condense, se rétrécit et se rompt, le liquide autour de la bulle remplit à grande vitesse le vide (formé par la condensation et la rupture de la bulle), générant des pulsations de pression et excitant ainsi des vibrations et du bruit. La fréquence du bruit de cavitation est généralement comprise entre 10 kHz et 100 kHz, tandis que la fréquence du bruit de cavitation provoqué par le reflux et les pulsations de pression est de l'ordre de quelques centaines de Hz, ce qui rend l'oreille humaine particulièrement sensible. Dans le même temps, la cavitation peut également stimuler les vibrations, et la fréquence principale des vibrations générées par la cavitation est généralement d'environ 1 kHz.
La cavitation se caractérise non seulement par des niveaux de bruit élevés, mais également par des indicateurs de vibrations tels qu'une rigidité insuffisante de la base de la pompe et un mauvais support de la canalisation, qui peuvent provoquer une résonance structurelle ; Après l'installation de la pompe, le socle est rempli de béton, et la rigidité d'appui de la canalisation est suffisante, ce qui ne provoque généralement pas de forts phénomènes vibratoires. Cependant, grâce à la mesure des vibrations sur le corps de la pompe, la composante haute-fréquence de la fréquence de vibration générée par la cavitation est dominante et la valeur d'accélération de la vibration est supérieure au déplacement et à la vitesse de vibration.
3. Mesures communes pour améliorer les performances de cavitation
(1) Mesures visant à améliorer les performances anti-cavitation des pompes centrifuges elles-mêmes
1) Améliorer la conception de l'orifice d'aspiration de la pompe
En broyant la roue, la zone d'écoulement peut être augmentée ;
Augmentez le rayon de courbure de la section d'entrée du couvercle de la roue pour réduire l'accélération rapide et la chute de pression du débit de liquide ;
Réduisez l'épaisseur de l'entrée de la lame de manière appropriée et arrondissez l'entrée de la lame (polissez la tête de la lame, affûtez-la pour réduire la perte d'impact de l'entrée et réduire la sensibilité de l'angle d'entrée, et la tolérance de cavitation nécessaire peut être réduite d'environ 0,5 mètres), la rendant proche d'une forme profilée, et réduisant également l'accélération et la chute de pression autour de la tête de lame ;
Améliorer la douceur de la 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 vers l'entrée de la turbine pour permettre au flux de liquide de recevoir le travail à l'avance et d'augmenter la pression.
2) Ajouter une roue à induction avant
Faites fonctionner le flux de liquide à l'avance dans la roue d'induction avant pour augmenter la pression du flux de liquide (ce schéma nécessite des modifications structurelles et un recalibrage de divers paramètres de conception).
3) Adoption d'une turbine à double aspiration
Augmentez la surface d'entrée de la roue et réduisez le débit de liquide d'entrée (diminution du débit et augmentation de la pression).
4) Utiliser un angle d'attaque positif légèrement plus grand
Pour augmenter l'angle d'entrée de la lame, réduisez la courbure à l'entrée de la lame, minimisez le blocage de la lame et augmentez ainsi la surface d'entrée ;
Améliorer les conditions de travail dans des conditions de débit élevé pour réduire les pertes de débit. Mais l'angle d'attaque positif ne doit pas être trop grand, sinon cela affecterait l'efficacité.
5) Utilisation d'une pompe à basse-vitesse
Plus la vitesse de rotation est faible, plus le NPSHr est petit.
6) Utilisation de matériaux anti-cavitation
La pratique a prouvé que plus la résistance, la dureté et la ténacité d'un matériau sont élevées, meilleure est sa stabilité chimique et plus sa résistance à la cavitation est forte.
(2) Mesures pour augmenter la tolérance à la cavitation du dispositif
1) Augmentez la pression du niveau de liquide dans le réservoir de stockage avant la pompe pour améliorer la tolérance efficace à la cavitation.
2) Réduisez la hauteur d'installation de la pompe dans le dispositif d'aspiration, en particulier lors du transport d'eau chaude comme fluide, et tenez compte de la relation entre la hauteur d'aspiration et la température du fluide.
3) Remplacez le dispositif d'aspiration par un dispositif anti-retour.
4) Réduire la perte de débit dans la canalisation d'aspiration avant la pompe. Si possible, raccourcissez le pipeline dans la plage requise, utilisez un diamètre de pipeline d'aspiration et une zone de filtration de filtre appropriés (le cas échéant) pour réduire le débit dans le pipeline, réduisez le nombre de coudes et de vannes et augmentez l'ouverture des vannes autant que possible.
5) Si la cavitation de l'espace est grave, la méthode de perçage de trous d'équilibrage sur la roue peut être adoptée pour réduire le débit de fuite et atténuer le degré de cavitation. Les trous d'équilibrage sur les pales ont un effet destructeur et interférant sur le débit de liquide injecté à l'entrée de la roue. La surface des trous d'équilibrage ne doit pas être inférieure à 5 fois la surface de dégagement de la bague d'étanchéité pour réduire le débit de fuite, réduisant ainsi l'impact sur le débit de liquide principal et améliorant la capacité anti-cavitation de la pompe.
6) L'expérience a montré qu'à partir du mécanisme de cavitation, l'apport d'une quantité appropriée de gaz à l'orifice d'aspiration peut perturber les conditions propices à la cavitation. Cependant, l'utilisation du réapprovisionnement en air pour empêcher la cavitation de la pompe est hautement technique et ce n'est qu'avec un volume, un emplacement et une méthode de réapprovisionnement en air appropriés que de bons résultats peuvent être obtenus. Sinon, cela entraînera une diminution significative du débit, de la hauteur manométrique et de l'efficacité de la pompe, voire entraînera une interruption du débit et des conséquences néfastes pendant le fonctionnement.
Compte tenu de la difficulté de contrôler la quantité appropriée d'alimentation en air et de mesurer avec précision, combinée à la pratique de l'auteur, il est recommandé d'utiliser une vanne à pointeau capable de régler le débit de la vanne d'alimentation en air. Lors du réglage sur site-, le bruit de cavitation peut être utilisé pour distinguer : ajuster le volume d'admission via la vanne à pointeau jusqu'à ce que le bruit de cavitation soit minimisé (certains systèmes peuvent éliminer complètement le bruit, mais certains systèmes ne peuvent que réduire le bruit de cavitation, pas l'éliminer complètement), puis régler légèrement la vanne à pointeau pour réduire le volume d'admission, observer le fonctionnement pendant un certain temps jusqu'à ce qu'aucune anomalie de performance ne se produise dans diverses conditions de fonctionnement spécifiées, puis verrouiller l'ouverture de la vanne à pointeau. Cette méthode ne doit jamais baisser le son au niveau le plus bas ! Si la pression d'entrée est positive lorsque la pompe s'arrête de fonctionner, un clapet anti-retour doit être installé pour éviter les fuites.
7) Des recherches ont montré que lorsque le milieu contient des gaz volatils et des particules solides telles que du sable, les performances de cavitation de la pompe diminuent. Pour garantir que la pompe ne subit pas de cavitation, la hauteur d'aspiration de la pompe doit être réduite d'au moins 4,2 mètres par rapport à la hauteur calculée de l'eau propre. Cela mérite d'être pris en compte dans l'industrie municipale.
