Cavitation

Angus EwartConversation TechniqueLeave a Comment

Approfondissez vos connaissances sur nos pompes et l’industrie

La cavitation est potentiellement la force la plus destructrice en jeu dans un système de pompage, mais, à bien des égards, elle est mal comprise par les opérateurs. Je paraphraserai Sun Tzu dans son « Art de la guerre », « connaît ton ennemi », pour que ce blog vous permette d’acquérir des connaissances solides sur la cavitation afin de l’éviter. 

Quand j’entends des gens parler de cavitation, le terme qui sort le plus souvent est « aspiration d’air ».  Bien que ces deux phénomènes aient des résultats similaires, ils sont complètement différents et sans rapport. Pour être clair, la cavitation dans une pompe se produit sans présence d’air et il n’y a pas d’introduction d’air dans le système.  

La cavitation est en fait la formation et l’effondrement de bulles de vapeur (cavités pleines de vapeur) dans un liquide – c’est-à-dire la formation de petites zones sans liquide. Bien que ces zones vides de liquide ressemblent à des bulles d’air, elles ne contiennent pas d’air, ce qui est une distinction très importante que nous développerons dans les futurs blogs.

Les bulles de vapeur provenant de la cavitation sont créées par le mouvement d’un dispositif mécanique dans un liquide (ou le mouvement d’un liquide sur un dispositif mécanique) qui entraîne une chute de pression dans ce liquide pour atteindre un point situé en dessous de la pression de vapeur saturante du liquide. Ces poches de vapeur s’effondrent lorsqu’elles passent dans une zone de pression plus élevée.

La série de photos ci-dessous représente une bille qui se déplace à une vitesse croissante dans un liquide, vous verrez comment les bulles de vapeur deviennent prédominantes alors que le liquide lutte pour combler le vide laissé derrière la bille qui accélère. 

La partie nuisible de la cavitation n’est pas la formation de la poche de vapeur. C’est l’effondrement de la poche de vapeur qui provoque des dommages. L’énergie libérée lorsque la bulle ou la poche s’effondre forme un « microjet » qui peut être dévastateur pour toute surface en contact avec l’implosion de la bulle.

La pression provoquée par les microjets de cavitation peut aller jusqu’à 145 000 000 PSI (10 000 000 bars). Cela dépasse la limite d’élasticité de tout alliage exotique, même les alliages les plus solides ne peuvent résister aux dégâts de cavitation.

La photo ci-dessous montre le motif des dommages causés par la cavitation.

Comme indiqué avant, les bulles de vapeur provenant de la cavitation sont créées par le mouvement d’un dispositif mécanique dans un liquide (ou le mouvement d’un liquide sur un dispositif mécanique).  À ce titre, la cavitation peut prendre différentes formes, mais la forme la plus commune dans les pompes est provoquée par une aspiration.

À mesure que l’aube de l’impulseur tourne, le liquide lutte pour s’écouler derrière l’aube en mouvement, entraînant une baisse de pression dans cette zone. Si la valeur NPSHA à l’entrée d’admission se trouve sous la valeur NPSHR de la pompe, des bulles de vapeur se forment.  À mesure que les bulles progressent le long de l’aube, l’augmentation de pression provoque leur effondrement. La cavitation commence !

En supposant que les conditions opérationnelles sont stables et que la cavitation est négligeable, le seul signe de détection de la cavitation peut être le son étrange émis près de l’entrée d’admission. Confondue avec le bruit d’une roche entrant dans la pompe, cette légère cavitation est souvent négligée ou ignorée. Ce n’est pas bon, mais pas désastreux non plus.

S’il est difficile de maintenir un débit important de liquide dans l’impulseur en rotation, une cavitation importante peut se produire. Dans ce cas, la valeur NPSHA est bien en deçà de la valeur NPSHR des pompes et l’impulseur pompe effectivement du liquide puis de la vapeur en alternance.  La vapeur d’eau ne possédant pratiquement aucune masse, l’impulseur est constamment en charge puis hors charge selon le passage en alternance de poches de liquide et de vapeur. 

Ce niveau de cavitation, parfois appelé cavitation « majeure », est extrêmement destructeur.  Les vibrations qui peuvent accompagner cette forme de cavitation risquent de détruire les joints, les roulements et peuvent même entraîner une défaillance du cadre ou du support !

Il existe plusieurs zones d’une pompe dans lesquelles la cavitation peut se produire. Chacune possède sa propre dénomination. Dans ce blog, nous nous basons sur la cavitation au niveau de l’admission. J’espère que cette courte publication vous a permis de comprendre le sujet de la cavitation. Dans le prochain blog, nous discuterons d’un sujet similaire : la marche en circuit fermé, ou cavitation au niveau du refoulement.

Jusqu’à la prochaine fois,

RJ

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