Importance du rôle de la cavitation dans l’utilisation des pompes

Les pompes centrifuges

Introduction

L a cavitation reste, aujourd’hui encore, un sujet de préoccupation majeure pour qui s’intéresse aux pompes rotodynamiques, qu’il soit utilisateur, installateur ou bien entendu constructeur. L’évolution rapide de l’industrie des pompes, les récents progrès réalisés dans l’étude et la compréhension de nombreux mécanismes qui régissent le phénomène de cavitation, rendent nécessaire la mise à jour des connaissances sur le sujet [14].

Description du phénomène :

La cavitation est la vaporisation d’un fluide soumis à une pression inférieure à sa pression de vapeur. Ce phénomène se manifeste par la formation, au sein de l’écoulement, de bulles et cavités remplies de vapeur d’eau. Dans les pompes, les structures de vapeur apparaissent dans les zones de faible pression à l’entrée des aubes de roues et sont transportées dans les zones à plus haute pression où se produit leur recondensation [chatpfe.com]. Des implosions se produisent alors à des fréquences élevées et créent des surpressions locales très élevées (jusqu’à des centaines de bars).
Le phénomène de cavitation se produit préférentiellement à l’aspiration des pompes. La baisse de pression qui le produit peut être due :
– A l’augmentation de la hauteur géométrique d’aspiration de la pompe ;
– Aux pertes de charge dans la tuyauterie d’aspiration ;
– A l’énergie cinétique de l’eau mise en mouvement, particulièrement importante dans la roue de la pompe ;
– A l’augmentation de la température du liquide pompé ;
La cavitation est un phénomène à éviter absolument, car il entraîne de graves conséquences :
? Érosion du matériau prouvant allé jusqu’au perçage des aubes de turbine des pompes centrifuges;
? Augmentation du bruit et des vibrations générés par la pompe;
? chute des performances des pompes avec diminution importante de la hauteur manométrique totale, du débit et du rendement.

Importance du rôle de la cavitation dans l’utilisation des pompes

Le choix du développement de la cavitation acceptable dans les pompes, pour leur assurer une marche faible sans les inconvénients mentionnés ci-dessus, réside dans l’économie d’un projet d’installation de pompe. Les données de départ à considérer sont :
– La définition des conditions d’exploitation et la plage hauteur / débit dans laquelle la pompe doit fonctionner.
– Les conditions du fluide à véhiculer : température, masse volumique, viscosité, tension de vapeur.

2.3.4. N. P.S.H

Les essais de cavitation effectués par les constructeurs se traduisent par une pression ou charge nette absolue à l’aspiration qu’il faut assurer à l’entrée de la pompe pour éviter la cavitation ; cette quantité varie avec le débit pompé ; elle peut figurer sur la caractéristique débit hauteur de la pompe (fig.2.5).
Elle est souvent désignée par l’abréviation anglo-saxonne N.P.S.H. (Net positive section head), c’est à dire la charge totale nette à l’aspiration au-dessus de la tension de vapeur et a les dimensions d’une hauteur. L’abréviation N.P.S.H.étant pratiquement la seule utilisée, nous garderons également cette dénomination universelle.

Table des matières

Introduction générale 
Chapitre 1 : Généralités sur les pompes centrifuges.
1.1 Généralités
1.2 Définition des pompes centrifuge
1.3 Composants d’une pompe centrifuge 
1.3.1 Roue (turbine, rotor)
1.3.2 Distributeur
1.3.3 Diffuseur (l’aube)
1.3.4 Volute
1.3.5 Divergent (sortie)
1.4 Principe de fonctionnement
1.5 Classification des pompes centrifuges 
1.5.1 Quant à la forme de la roue
1.5.2 Quant à la forme du corps de pompe
1.5.3 En ce qui concerne le nombre de roues
1.5.4 Quant à la position de l’axe
1.6 Caractéristiques générales des pompes centrifuges 
1.7 Représentation graphique
1.8 Installation d’une pompe centrifuge sur un réseau hydraulique
1.8.1 Calcul des paramètres de la pompe
1.8.2 Calcul des paramètres de la conduite d’aspiration
1.8.3 Calcul des paramètres de la conduite de refoulement
1.8.4 Point de fonctionnement
Chapitre 2 : Similitude, rognage et cavitation dans les pompes centrifuge
2.1 Similitude dans les pompes 
2.1.1 Introduction
2.1.2 Lois de similitude applicables aux pompes centrifuges
2.1.3 Vitesse spécifique Ns
2.1.4 Diamètre spécifique Ds
2.2 Rognage des roues centrifuges
2.2.1 Introduction
2.3 La cavitation dans les pompes
2.3.1 Introduction
2.3.2 Description du phénomène
2.3.3 Importance du rôle de la cavitation dans l’utilisation des pompes
2.3.4 N. P.S.H
2.3.4.1 N.P.S.H. disponible
2.3.4.2 N.P.S.H. requis
2.3.5 Condition de non cavitation
Chapitre 3 : Installation des pompes centrifuges et calculs des pertes de charge
3.1.1 Hauteur limite d’aspiration
3.1.2 Amorçage
3.1.3 Emplacement des groupes moto-pompes, scellement et alignement, raccordement des canalisations
3.2 Les équipements en amant et en aval des pompes 
3.2.1 Equipements en amont : aspiration
3.2.2 Equipements en aval : refoulement
3.3 Calculs des pertes de charge 
3.3.1 Types des résistances hydrauliques
3.3.2 Formules générales pour déterminer les pertes de charge
3.3.3 Conduite hydrauliquement lisse et rugueuses
3.3.4. Régimes d’écoulement
3.3.4.1 Régime laminaire
3.3.4.2 Régime turbulent
3.3.5 Pertes de charge locale
3.3.5.1 Résistances locales utilisée et leurs coefficients
3.3.6 Pertes de charge linéaire
Chapitre 4 : Etude expérimentale
4.1 Méthodes et moyens de mesures sur les bancs d’essai des pompes
4.1.1 Grandeurs caractéristique
4.1.1.1 Mesurage des pressions
4.1.1.2 Mesurage du débit
4.1.1.3 Mesurage de la vitesse de rotation
4.1.1.4 Mesurage de la puissance absorbée
4.1.1.5 Mesurage du couple
4.1.1.6 Mesurage de la puissance électrique (moteur)
4.1.2 Amorçage des pompes centrifuges
4.2 Description générale du banc d’essai
4.2.1 Introduction
4.2.2 Présentation du banc d’essai
4.2.3 Instrumentation
4.2.4 Armoire de commande
4.2.5 Mode opératoire
4.2.5.1 Introduction
4.2.5.2 Mise en fonctionnement du procédé
4.2.5.3 Etat des vannes
4.2.5.4 Rôle des vannes
4.2.5.5 Arrêt du procédé
4.2.6 Mesures expérimentales
4.2.7 Calculs expérimentaux
4.2.7.1 Calcul de la hauteur manométrique totale (mCE)
4.2.7.2 Calcul de la charge nette à l’aspiration
4.2.7.3 Calcul du couple
4.2.7.4 Calcul de la puissance en bout d’arbre
4.2.7.5 Calcul du rendement mécanique
4.2.7.6 Calcul de la puissance fournie
4.2.7.7 Calcul du rendement global
Chapitre 5 : Exploitation et interprétation des résultats
5.1.1 Traces des graphiques
5.1.2 Tendances des courbes expérimentales
5.1.3 Synthèses et interprétation des résultats
Conclusion générale
Références bibliographiques

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