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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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3. Détermination expérimentale des courbes de cavitation
Les courbes de cavitation d’une pompe ne peuvent être obtenues, aujourd’hui encore, qu’exclusivement par la voie expérimentale, conformément aux recommandations et exigences des normes en vigueur (cf. Pour en savoir plus ).
Les installations d’essais sont conçues de façon que le (NPSH)disp à l’entrée de la pompe puisse varier, en maintenant le débit constant, depuis des valeurs élevées qui garantissent un fonctionnement exempt de toute cavitation jusqu’aux valeurs minimales nécessaires pour faire caviter la pompe et atteindre le (NPSH)G qui correspond à une chute très importante des performances de la pompe, pouvant dépasser 10 % voire 30 % de la hauteur totale d’élévation.
Les installations sur lesquelles on effectue ce type d’essais se divisent schématiquement en deux catégories : les boucles en circuit fermé et les boucles en circuit ouvert.
Dans le schéma en circuit fermé (figure 3 a ), la pompe aspire dans un ballon qui peut être pressurisé ou mis sous vide. Des valeurs de (NPSH)disp de 50 à 1 m sont couramment atteintes, les débits généralement limités à 5 000 m3 / h. Au-delà, la taille des ballons de mise sous vide devient importante et le coût des installations très élevé. Au refoulement des pompes, un système de vannes de régulation permet d’ajuster et de maintenir constant le débit pendant les opérations de baisse du (NPSH)disp à l’aspiration.
Les boucles sont équipées de dispositifs normalisés de mesure du débit, de la pression différentielle de la pompe, du couple sur l’arbre de la pompe, etc.
Les installations récentes utilisées pour la Recherche et Développement des laboratoires des constructeurs et des organismes de recherche possèdent des dispositifs plus complexes, capables d’assurer le dégazage en air occlus et dissous contenu dans l’eau et de contrôler ainsi le taux d’oxygène dissous durant les essais de cavitation. Dans certains cas, des appareils contrôlent et mesurent le taux de germes contenus dans l’eau, paramètre important dans certains types de cavitation sous faible incidence des aubages.
Dans les schémas en circuit ouvert (figure 3 b ), la pompe aspire dans un bassin à surface libre. Selon que le niveau de l’axe de la roue se situe au-dessus ou au-dessous...
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