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ANSYS BLOG

January 30, 2020

Quelles sont les causes de la cavitation des pompes et comment l'éviter ?

Les pompes, roues et hélices sont un élément fondamental de l'infrastructure quotidienne. Elles assurent le fonctionnement des centrales électriques, des bateaux et des installations de production dans le monde entier.

Une préoccupation majeure des ingénieurs qui conçoivent et utilisent ces machines est d'éviter la cavitation - lorsque le fluide subit des changements de phase soudains qui peuvent endommager physiquement les mécanismes.


La cavitation de la pompe peut endommager les mécanismes internes.

Pour éviter cela, les ingénieurs doivent s'assurer que le bon équipement est installé dans le bon système. Les simulations sont une solution rentable pour optimiser la conception et la configuration des pompes afin d'éviter les changements de phase involontaires.


Qu'est-ce qui provoque la cavitation ?

La cavitation se produit lorsque des bulles, ou des vides, se forment dans un fluide parce que la pression tombe rapidement en dessous de la pression de vapeur. Lorsque les bulles subissent des pressions plus élevées, elles s'effondrent, créant de petites ondes de choc qui, au fil du temps, endommagent les pièces. Lorsque ces ondes de pression percent de minuscules trous dans les pièces, on parle de piqûre.


Hélices piquées par la cavitation

Le bruit, les vibrations et la réduction des performances sont de bons indicateurs de la cavitation d'une pompe. Lorsque ces signes avant-coureurs apparaissent, les ingénieurs doivent inspecter l'équipement pour voir si des puits se sont formés.

Les piqûres sont l'une des principales préoccupations des ingénieurs. En effet, à mesure que les piqûres se développent et se multiplient, elles peuvent réduire la durée de vie et le rendement de la pompe.

Mais il existe d'autres raisons pour lesquelles les ingénieurs voudront réduire la formation de bulles dans leurs équipements. Par exemple, les ondes de pression peuvent produire des vibrations susceptibles de provoquer la défaillance d'autres pièces, comme un roulement.

Comme la cavitation des pompes affecte également le débit et l'efficacité d'une conception, les ingénieurs devront augmenter la consommation d'énergie pour maintenir le débit. Cela entraîne une augmentation des gaz à effet de serre et des coûts de carburant.


Comment éviter la cavitation des pompes

La meilleure façon d'éviter la cavitation des pompes est d'augmenter la pression en amont de la roue de la pompe. Cette pression est connue sous le nom de hauteur d'aspiration positive nette (NPSH).

Quelques façons dont les ingénieurs peuvent augmenter le NPSH :

  • Augmenter le niveau d'eau du réservoir amont
  • Ajoutez un réducteur à l'entrée de la pompe.
  • Optimiser la conception de la turbine
  • Minimiser les pertes de débit en amont
  • Faire fonctionner la pompe à des débits plus faibles

Lors de la phase de conception, il est peu probable que les ingénieurs sachent comment une pompe sera installée dans une installation donnée. Par conséquent, ils utilisent des calculs et des simulations pour tester différentes configurations afin de fournir aux utilisateurs finaux des valeurs NPSH appropriées. Ces valeurs permettent d'associer une pompe à une installation.

Traditionnellement, les ingénieurs utilisaient l'équation de Rayleigh-Plesset pour simuler la formation de bulles. Le problème est que ces résultats sont empiriques et peuvent donner des résultats irréalistes si les paramètres d'entrée sont mal réglés.

Les ingénieurs peuvent également utiliser un modèle de changement de phase à l'équilibre dans Ansys CFX pour simuler la cavitation. Ce modèle utilise les propriétés des matériaux pour prédire la formation de bulles sans données empiriques. Par conséquent, il ne nécessite pas le réglage de l'équation de Rayleigh-Plesset pour produire des résultats précis.

Les ingénieurs peuvent ensuite paramétrer la simulation afin de faire rapidement passer leurs conceptions par diverses configurations pour obtenir des valeurs NPSH. Ils peuvent également créer un graphique qui montre comment les réductions du NPSH réduisent la hauteur de charge générée par la pompe en raison de changements de phase soudains.

Pour en savoir plus sur le modèle de changement de phase à l'équilibre, consultez cette note d'application : Cavitation : Une application critique de la CFD que vous devez maîtriser.

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