Comment réduire le débit d’une pompe à eau ?

Qu’ est-ce que la cavitation ?

Toutes les pompes fonctionnent en créant une basse pression à l’entrée et permettent à la pression atmosphérique (ou pression du système) de pousser du liquide dans la pompe. Ce processus rend toutes les pompes sensibles à un phénomène appelé cavitation. La cavitation est la formation de cavités de vapeur (bulles) dans un liquide, lorsque la pression locale diminue rapidement sous la pression de vapeur du liquide. Cela forme une bulle de vapeur dans le liquide, qui s’arrête généralement brièvement avant qu’il ne retombe dans le liquide. La rupture est violente, crée un fort bruit d’éclatement et endommage souvent les surfaces environnantes. Même les métaux forts sont piqués lorsqu’ils sont exposés à la poutre forte et localisée résultant de l’implosion de la vessie.

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Cycle de vie d’une vessie de cavitation dans un Pompe cylindrée

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Dans les pompes, la cavitation se produit souvent derrière un espace mobile où se trouvent des zones localisées de basse pression. L’utilisateur peut ne pas être en mesure de le détecter, mais cela endommagera les composants de la pompe et doit être évité. Lorsque la pression à l’entrée du système est réduite, la cavitation devient plus grande, ce qui conduit à des fluctuations dans la pompe, qui émet des sons forts, et parfois un liquide trouble à la sortie de la pompe.

Le moment où la cavitation commence est très compliqué. Il s’agit d’une combinaison de viscosité liquide, pression de vapeur, densité, température, élévation hydraulique, pression atmosphérique, type de pompe et vitesse de la pompe. Un précurseur de la cavitation est souvent la croissance de gaz déjà existants piégés dans le liquide. Bien que ces bulles ne risquent pas d’endommager la pompe, elles peuvent améliorer la précision de la distribution du liquide diminuer.

Restrictions relatives

La cavitation la plus courante lors de l’utilisation de pompes à déplacement positif résulte de l’utilisation de longs tuyaux de petit diamètre à l’entrée de la pompe. Une équation générale de chute de pression dans un tuyau est, où

Q = débit µ = viscosité dynamique L = longueur des pipelines D = diamètre intérieur du tuyau

Notez que la chute de pression dépend de D4. Par conséquent, si vous doublez le diamètre intérieur du tuyau, réduisez la chute de pression d’un facteur de 16 ! L’équation ci-dessus ne s’applique qu’à l’écoulement laminaire (nombres de Reynolds < 2320). Pour un écoulement turbulent, l'équation est plus compliquée et dépend de la densité plutôt que de la viscosité.

Débit laminaire DPP vs flux turbulent dans les tuyaux

Les tuyaux ne sont pas la seule source de chute de pression, qui est souvent utilisé par les concepteurs de systèmes hydrauliques est négligée. Les filtres d’admission, les clapets anti-retour et les ouvertures sont des exemples de composants qui augmentent le vide à l’entrée. En particulier, les clapets anti-retour doivent être soigneusement sélectionnés afin de ne pas créer trop de vide.

Cavitation dans les pompes de rebond et de déplacement sortant

Les pompes volumétriques à piston ne souffrent généralement pas de cavitation interne hautement localisée, comme les pompes rotatives à grande vitesse. Cependant, ils ont un débit très pulsé, ce qui conduit à un pic d’écoulement qui est jusqu’à trois fois le débit moyen. Plus important encore, un arrêt ou un démarrage fréquents du fluide crée un vide inertiel à l’entrée. Lorsque la pompe commence à aspirer le liquide à travers l’entrée, le liquide derrière elle doit accélérer. Comme avec la résistance visqueuse, les tubes longs et minces sont les pires pour le vide d’accélération du fluide (proportionnel à D2). Ces aspects les pompes alternatives peuvent surprendre un ingénieur système conçu pour un débit moyen.

flux pulsé dans une pompe à piston

En plus de la résistance à l’air créée par le vide susmentionné, les éléments mobiles à grande vitesse immédiatement derrière l’élément mobile créent une plage de pression basse. Ce risque existe pour les éléments de plus grand diamètre, comme l’hélice ou la turbine d’une pompe centrifuge, et n’a pas une telle influence sur les petites pompes à engrenages. Cependant, une cavitation interne peut se produire dans une pompe à engrenages au niveau du réseau d’engrenages, lorsque le vide entre les deux engrenages s’ouvre, et le volume nouvellement créé est rapidement rempli de liquide. Cet effet peut être minimisé avec des engrenages hélicoïdaux usinés avec précision, ce qui permet une ouverture lisse du maillage. Cependant, le Les mécanismes de la pompe génèrent des chutes de pression localisées allant jusqu’à 0,1 bar dans l’eau à des vitesses supérieures à 3000 tr/min.

Emplacements de cavitation courants pour les pompes à engrenages externes

Stations de cavitation courantes dans une pompe à engrenages externe

Les pompes péristaltiques et lobes présentent une pulsation relativement forte dans leurs profils d’écoulement. Cette pulsation crée des cavités transitoires similaires à celles des pompes à piston. Par conséquent, des précautions doivent être prises lors de la mise en œuvre de ces types de pompes.

Tête d’aspiration nette positive (NPSH)

La NPSH est une mesure courante utilisée par les ingénieurs civils. Les fabricants de pompes centrifuges et de turbines dans cette industrie attribuent souvent à leurs pompes un indice NPSH, c’est-à-dire la pression minimale de raccordement d’aspiration nécessaire pour empêcher la pompe de cavitation. La NPSH est généralement exprimée en pieds, car elle est utilisée par les ingénieurs civils dans le Les États-Unis sont l’unité de pression la plus couramment utilisée (hauteur du mètre). Les pompes volumétriques utilisées dans les industries médicales, alimentaires et des boissons, ainsi que dans l’industrie légère, n’attribuent généralement pas de valeur NPSH en raison des fortes fluctuations des liquides, des températures, des vitesses et d’autres conditions de fonctionnement.

La meilleure façon d’éviter la cavitation est d’impliquer dès le départ le fournisseur de la pompe dans la conception d’un système hydraulique. Les ingénieurs de pompage comprennent la sensibilité de leurs pompes, savent quels niveaux de systèmes de vide sont tolérables et possèdent une vaste expérience dans le développement de systèmes hydrauliques pour éviter la cavitation. Une collaboration étroite entre les concepteurs de systèmes et les ingénieurs de pompes simplifiera le processus de conception et évitera les itérations tardives dans le cycle de conception.