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Auteur(s)
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Jean-François LAPRAY : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Hydraulique et de Mécanique de Grenoble (ENSHMG) - Chef du service technique hydraulique GEC-ALSTHOM BERGERON
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Lire l’articleINTRODUCTION
La 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 des nombreux mécanismes qui régissent le phénomène de cavitation, rendent nécessaire la mise à jour des connaissances sur le sujet. Cet article a pour but de fournir au lecteur des explications et des éléments directement exploitables sur le plan pratique, tout en essayant de mettre en évidence la multiplicité et la complexité des nombreux éléments à prendre en compte.
Le coût d’une station de pompage est directement fonction de deux paramètres qui sont la vitesse de rotation des groupes de pompage retenus et le niveau du radier de la station eu égard au niveau minimal du fluide à pomper à l’aspiration. Ces deux paramètres font référence à la hauteur de charge nette à l’aspiration universellement dénommée Net Positive Suction Head ou NPSH : (NPSH)req de la pompe et (NPSH)disp lié à l’installation ; c’est dans la valeur de la marge de sécurité à prendre entre (NPSH)req et (NPSH)disp pour assurer à l’utilisateur un fonctionnement satisfaisant vis‐à‐vis de la cavitation que réside une part importante du coût de la station de pompage.
Une grande partie de l’article a pour objet de définir les divers aspects de la cavitation dans les pompes et de donner des indications pour calculer le (NPSH)disp lié aux installations. Ces définitions de base permettent de faire les choix techniques les plus judicieux.
Une petite partie a été consacrée au bruit généré par la cavitation, car ce sujet d’une extrême importance dans certaines applications sera traité dans un article plus général consacré au bruit des turbomachines. Il apparaît plus cohérent de regrouper tous les éléments consacrés au bruit, tant il est délicat de traiter séparément la part du bruit incombant à la cavitation des autres sources de bruit généré par les groupes motopompes.
Compte tenu de la pratique industrielle courante, le NPSH a été exprimé en mètres de colonne de liquide alors que, sur le plan scientifique, il eut été plus judicieux d’utiliser l’expression NPSE = g (NPSH), énergie massique d’aspiration (en J / kg).
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Études actuelles
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6. Réduction des effets de cavitation
Pour limiter les effets nocifs de la cavitation et /ou améliorer les plages d’utilisation des pompes, on peut agir de plusieurs façons :
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diminuer le NPSH des pompes en agissant au niveau du dessin de la roue et des organes d’alimentation ;
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limiter les conséquences de la cavitation (bruit, érosion, vibrations) par une conception mécanique et un choix de matériaux adéquats ;
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dans certains cas, utiliser un inducteur ou hélice de gavage installé à l’amont de la roue, principalement dans les pompes centrifuges.
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Amélioration du NPSH des pompes
En jouant sur les principaux paramètres géométriques des aubes à l’entrée de la roue, on peut concevoir des pompes dont les performances en cavitation peuvent varier dans une très large gamme.
Les principaux paramètres géométriques à faire varier sont les suivants : D 1 diamètre de roue, β 1 angle d’entrée de l’aube, z r nombre d’aubes, e 1 épaisseur de l’aube, forme de l’aube à l’entrée de la roue (figure 16), etc.
Les roues aspiratrices, à grand D 1 et faible β 1 , peuvent avoir des vitesses spécifiques d’aspiration S très élevées supérieures à 300, mais peuvent présenter des conditions d’utilisation plus délicates à faible débit. Le diagramme de la figure 13 montre la grande diversité de valeurs de vitesses spécifiques d’aspiration des pompes centrifuges. Dans la pratique, les deux types de roue ont leur application spécifique : par exemple, les roues à capacité d’aspiration limitée se rencontrent dans les pompes multicellulaires et les roues à capacité d’aspiration élevée dans les pompes d’extraction d’eau condensée.
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Protection des pompes
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Réduction du bruit et des vibrations
Lors de la conception de la pompe, il est possible de réduire les effets de la cavitation en agissant sur la conception mécanique pour minimiser les risques de vibration et / ou réduire le...
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