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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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4. Similitude de la cavitation
4.1 Coefficients de similitude
Le (NPSH)req d’une pompe est justiciable des mêmes lois de similitude que la hauteur totale d’élévation H. Comme pour cette dernière, on pourra définir des coefficients adimensionnels restant constants pour des pompes géométriquement semblables fonctionnant en similitude.
Le développement des figures de cavitation peut également être considéré comme suivant les lois classiques de l’hydrodynamique. Les lois de similitude des turbomachines peuvent être appliquées dans la confrontation entre modèles réduits et prototypes.
Deux nombres adimensionnels caractérisent le (NPSH)req , soit :
-
le coefficient de Thoma, désigné par σ et défini par le rapport de l’énergie massique requise à l’aspiration à l’énergie massique utile g H :
σ = (NPSH)req /H -
le coefficient de vitesse requis à l’aspiration, analogue au coefficient de vitesse spécifique Ω s , que nous désignons par Ω req et qui vaut par définition :
avec :
- ω :
- exprimé en (s – 1 ), qV en (m 3 / s ) et (NPSH)req en (m).
Dans la pratique industrielle courante, la notion de vitesse spécifique d’aspiration S est encore largement usitée :
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