Cavitation de la pompe : définition et comment l'éviter

Quel est ce bruit provenant de votre pompe ? S'il ressemble plus à du gravier poussé dans les tuyaux qu'à un liquide, il se peut que ce soit la cavitation. Mais qu'est-ce que la cavitation et pourquoi est-elle si nocive pour les pompes et leurs composants ? Nous vous expliquons ce phénomène courant, mais dangereux, et ce que vous pouvez faire pour l'arrêter avant qu'il n'endommage votre système.

Qu'est-ce que la cavitation de la pompe et quelles en sont les causes ?

La cavitation d'une pompe se produit lorsque la pression dans la pompe descend en dessous de la pression de vapeur du liquide, provoquant sa vaporisation et la formation de bulles. Ces bulles de vapeur se forment généralement du côté aspiration de la pompe, là où la pression est la plus basse. Lorsque le fluide atteint des zones de pression plus élevée, comme près de la turbine, les bulles éclatent.

Imaginez une casserole d'eau bouillante sur votre cuisinière. Des bulles de vapeur montent du fond et explosent en atteignant la surface. Dans ce scénario, l'ébullition est due à la chaleur. Mais le point d'ébullition est également influencé par la pression au-dessus de l'eau. Au niveau de la mer, l'eau bout à 212 °C, mais à 100 10,000 mètres d'altitude, où la pression atmosphérique est plus basse, elle bout à environ 193.6 °C. Lorsque la pression atmosphérique baisse, le point d'ébullition de l'eau diminue.

Dans un système de pompage, un principe similaire s'applique. Si la pression à l'intérieur de la pompe descend en dessous de la pression de vapeur du liquide, celui-ci commence à bouillir, même à température ambiante. Cette ébullition localisée crée des bulles de vapeur dans le fluide. À mesure que le fluide continue son parcours dans la pompe et rencontre une pression plus élevée près de la roue, les bulles éclatent rapidement. Cette implosion soudaine crée d'intenses ondes de choc qui martèlent les surfaces internes de la pompe, en particulier les pales de la roue, provoquant une cavitation.

Pourquoi les bulles sont-elles si dangereuses ? Les conséquences de la cavitation des pompes

Les bulles de cavitation sont peut-être minuscules, mais elles représentent un problème majeur pour votre pompe. Ces bulles de vapeur se forment généralement sur de minuscules imperfections des surfaces métalliques de la pompe, comme la roue d'une pompe centrifuge ou le piston/engrenage d'une pompe volumétrique, côté aspiration. En se déplaçant vers le refoulement haute pression, ces bulles éclatent violemment, créant des ondes de choc et des microjets qui impactent les surfaces avec une force extrême. Cette implosion crée des ondes de choc intenses et focalisées qui frappent la surface même où les bulles se sont formées.

Ces impacts répétés provoquent des piqûres, un type d'érosion superficielle qui commence doucement mais s'aggrave avec le temps. Lorsqu'une pompe est neuve et que ses surfaces sont lisses, elle est plus résistante à la cavitation. Mais à mesure que des imperfections apparaissent, les dommages s'accélèrent. À terme, des parties de la roue ou d'autres composants peuvent paraître piquées ou sablées. De gros morceaux de matériau peuvent même manquer sur certaines pièces.

Cette réaction violente endommage également les roulements et les joints, réduisant leur durée de vie et entraînant des coûts de maintenance exorbitants dus à des remplacements fréquents. La cavitation des pompes entraîne une baisse d'efficacité, des vibrations, du bruit et, à terme, une panne.

Quelle est la différence entre l’aspiration, le refoulement et la cavitation ?

« Aspiration » et « refoulement » désignent deux côtés différents d'une pompe. Le côté aspiration est celui où le fluide entre dans la pompe, généralement à basse pression. Le côté refoulement est celui où la pompe expulse le fluide, généralement à haute pression.

La cavitation, en revanche, est un problème qui peut survenir à l'intérieur de la pompe. Elle ne fait pas partie du fonctionnement normal de la pompe, comme l'aspiration ou le refoulement. Il s'agit d'un phénomène dommageable causé par une basse pression qui entraîne la formation et l'éclatement de bulles de vapeur.

Voici une façon simple d’y penser :

Aspiration : Fluide entrant dans la pompe à une pression plus basse

Décharge : Fluide sortant de la pompe à une pression plus élevée

Cavitation : Le fluide se vaporise et provoque des dommages en raison d'une pression trop faible (en particulier du côté aspiration)

Si la cavitation à l'aspiration est la plus fréquente, la cavitation au refoulement peut également se produire lorsqu'une pompe fonctionne à faible débit ou loin de son point de rendement optimal. Cela entraîne une recirculation du fluide au refoulement, formant des bulles de vapeur dans les zones de basse pression qui s'effondrent et endommagent les composants. Les deux types de cavitation présentent des symptômes similaires, comme le bruit, les vibrations et l'érosion, mais nécessitent des stratégies de prévention différentes.

Ainsi, alors que l’aspiration et le refoulement décrivent la manière dont une pompe déplace le fluide, la cavitation décrit ce qui se passe lorsque les conditions à l’intérieur de la pompe se dégradent.

Premiers signes de cavitation de la pompe

L'un des premiers signes de cavitation d'une pompe est un bruit inhabituel provenant de la pompe. Ce bruit est souvent décrit comme le bruit du gravier qui s'entrechoque dans le carter de la pompe ou dans la tuyauterie. Cependant, il est facile de passer à côté de ce signe clé dans des conditions de fonctionnement bruyantes.

D’autres signes avant-coureurs incluent :

• Vibrations inhabituelles: Surveillance des vibrations peut détecter les changements dans la signature vibratoire d'une pompe et révéler la cavitation.
• Fluctuations de pression erratiques:Des relevés erratiques du manomètre, en particulier du côté aspiration de la pompe, peuvent signaler une cavitation
• Débits réduits:Une performance réduite de la pompe peut indiquer que la cavitation affecte le débit du fluide ou a déjà endommagé la pompe.

Comment prévenir la cavitation de la pompe

Le moyen le plus simple d'éviter la cavitation d'une pompe est de concevoir le système de pompage de manière à ce qu'elle ne se produise pas dans des conditions de fonctionnement normales. Cela nécessite de comprendre ce qu'est la hauteur manométrique nette positive (NPSH) et d'en tenir compte dès la conception.

Il y a deux parties du NPSH qui doivent être prises en compte.

1. NPSHR (hauteur d'aspiration positive nette requise) : Il s'agit de la pression minimale requise par la pompe à l'aspiration pour éviter la cavitation. Cette valeur est exprimée en mètres ou en pieds et est calculée par le fabricant de la pompe.
2. NPSHA (hauteur d'aspiration positive nette disponible) : Ce nombre doit être calculé lors de la conception du système. Il prend en compte la pression atmosphérique, le niveau et la température du fluide, ainsi que son point d'ébullition.

Si le NPSHA est supérieur au NPSHR, la pompe devrait fonctionner sans cavitation. En revanche, si le NPSHA est inférieur au NPSHR, la pompe n'a pas suffisamment de pression pour empêcher le liquide de se vaporiser, ce qui entraîne à terme de la cavitation.

Pour éviter la cavitation à l'aspiration, assurez-vous que la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHA) dépasse la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHR) d'au moins 0.5 à 1.0 mètre, comme spécifié par le fabricant de la pompe. Pour éviter la cavitation au refoulement, faites fonctionner la pompe près de son point de rendement optimal (BEP) afin d'éviter les faibles débits qui provoquent une recirculation. L'utilisation d'une pompe correctement dimensionnée ou l'installation de variateurs de fréquence (VFD) peuvent contribuer à maintenir des débits optimaux.

Comment corriger la cavitation de la pompe

Si la cavitation est déjà présente, corrigez-la au plus vite pour éviter tout dommage. Les méthodes de correction varient selon qu'il s'agit d'une cavitation à l'aspiration (causée par une faible pression d'aspiration) ou d'une cavitation au refoulement (causée par un faible débit ou une recirculation). Voici quelques solutions à essayer :

• Optimiser la tuyauterie d'aspiration: Une tuyauterie d'aspiration petite, longue ou complexe peut limiter le débit et réduire le NPSHA. Utiliser une tuyauterie de plus grand diamètre, raccourcir sa longueur ou réduire les coudes pour améliorer le débit et prévenir la cavitation à l'aspiration.
• Déplacer la pompe ou la source de fluide: Le positionnement de la pompe plus près ou en dessous de la source de fluide réduit la hauteur d'aspiration, augmentant le NPSHA pour réduire la cavitation d'aspiration.
• Vérifiez les filtres et les crépinesDes filtres ou crépines obstrués côté aspiration peuvent endommager la pompe et provoquer une cavitation. Nettoyez-les ou remplacez-les, et assurez-vous que le filtre est correctement dimensionné pour maintenir le débit.
• Clapets anti-retour et composantsDes vannes partiellement fermées ou un nombre excessif de raccords côté aspiration peuvent limiter le débit. Assurez-vous que les vannes sont entièrement ouvertes et minimisez les composants inutiles. En cas de cavitation au refoulement, vérifiez que les vannes de refoulement ne sont pas trop étranglées, car cela pourrait provoquer une recirculation.
• Installer une pompe de surpression:Une pompe de surpression peut augmenter la pression d'aspiration, augmentant le NPSHA pour éviter la cavitation d'aspiration, en particulier dans les systèmes avec de longues conduites d'aspiration ou des changements d'altitude.
• Ajuster les conditions de fonctionnementEn cas de cavitation au refoulement, augmentez le débit pour que la pompe fonctionne au plus près de son point de rendement optimal (BEP). Installez des variateurs de fréquence ou réglez les vannes de refoulement pour maintenir un débit adéquat et éviter la recirculation.
• Remplacer la pompeSi la cavitation persiste, remplacez la pompe par une pompe mieux adaptée au système. En cas de cavitation à l'aspiration, choisissez une pompe avec un NPSHR inférieur. En cas de cavitation au refoulement, choisissez une pompe dimensionnée en fonction des exigences de débit et de hauteur manométrique du système.

Toutes ces options peuvent être coûteuses et chronophages, mais éviter la cavitation prolongera la durée de vie de votre pompe et améliorera l'efficacité globale du système. Utilisez des outils de surveillance, comme un moniteur de vibrations, pour confirmer que la cavitation est résolue.

L'essentiel sur la cavitation des pompes

La cavitation des pompes est un problème coûteux. Elle augmente les coûts de maintenance, endommage les composants et peut réduire la durée de vie des pompes. Mais elle est également évitable. La surveillance des vibrations associée à services d'analyse des vibrations peut offrir un signe d'alerte précoce indiquant que la cavitation se produit, vous donnant le temps d'intervenir avant que des dommages coûteux et irréversibles ne soient causés.