Diagnostic de la cavitation

1. Définition : Qu'est-ce que la cavitation ?

Cavitation Il s'agit d'un phénomène destructeur qui se produit dans les pompes et autres systèmes hydrauliques. Il s'agit de la formation rapide et de l'effondrement violent (implosion) de bulles de vapeur dans un liquide. Cela se produit lorsque la pression statique du liquide chute en dessous de sa pression de vapeur.

Bien que souvent décrit comme un bruit de « sifflement » ou de « cliquetis de billes », la cavitation est une source importante de vibration et peut causer de graves dommages érosifs aux turbines et aux carters de pompe. Il s'agit d'un signe de problème hydraulique, et non mécanique, mais facilement détectable par analyse vibratoire.

2. Les deux types de cavitation

a) Cavitation par aspiration

Il s'agit de la forme la plus courante de cavitation. Elle se produit lorsque la pompe est en manque de fluide, ce qui signifie que la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa) est inférieure à la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr) par la pompe.

• Mécanisme: La basse pression à l'œil de la turbine provoque l'ébullition du liquide, ce qui forme des bulles de vapeur. En étant entraînées dans les zones de pression plus élevée des aubes de la turbine, ces bulles s'effondrent violemment.
• Causes : Un filtre d'aspiration obstrué, une soupape d'aspiration partiellement fermée, une conduite d'aspiration trop longue ou de diamètre trop petit, ou la pompe devant soulever le fluide d'une hauteur trop importante.

b) Cavitation de décharge

Cela est moins courant et se produit lorsque la pression de refoulement de la pompe est extrêmement élevée, empêchant le fluide de s'écouler hors de la pompe.

• Mécanisme: Le fluide est emprisonné entre les aubes de la turbine et recircule à grande vitesse, créant une zone de vide à basse pression où se forment des bulles. Ces bulles implosent ensuite en quittant la zone de basse pression.
• Causes : Une vanne de refoulement bloquée ou fermée, ou un pompage contre une « charge morte » (une conduite de refoulement complètement bloquée).

3. La signature vibratoire de la cavitation

L'implosion violente de milliers de minuscules bulles de vapeur ne produit pas une fréquence unique et précise. Elle crée plutôt une signature vibratoire très distincte :

• Bruit à large bande haute fréquence : L’indicateur principal de la cavitation est une augmentation significative du « plancher de bruit » du Spectre FFT, en particulier aux hautes fréquences (généralement supérieures à 2 000 Hz). Il apparaît comme une « bosse » d'énergie aléatoire à large bande plutôt que comme des pics distincts.
• Aléatoire et instable : La vibration est aléatoire et non périodique, ce qui explique l'absence de pics aigus. L'amplitude globale peut fluctuer considérablement.
• Harmoniques potentielles de la fréquence de passage de la lame : Dans certains cas, l'énergie aléatoire de la cavitation peut exciter la fréquence de passage des pales (BPF = nombre d'aubes × Vitesse de course) et ses harmoniques, mais la caractéristique dominante sera toujours le plancher de bruit à large bande.

Si la cavitation est sévère, elle peut provoquer des dommages secondaires, tels que l'érosion de la roue, qui peut alors conduire à un véritable problème mécanique. déséquilibrer, ce qui se traduirait par un pic élevé de 1X.

4. Confirmation

La signature vibratoire étant un bruit aléatoire, elle peut parfois être confondue avec d'autres sources de turbulence ou de problèmes d'écoulement. La confirmation peut être obtenue par :

• Écoute: La cavitation produit souvent un son audible distinct, comme du gravier ou des billes roulant à l'intérieur de la pompe.
• Modifications du processus : En cas de suspicion de cavitation à l'aspiration, l'ouverture lente et prudente de la vanne d'aspiration (si elle est partiellement fermée) ou le nettoyage de la crépine d'aspiration devraient immédiatement réduire ou éliminer le bruit de vibration à haute fréquence. Il s'agit d'un test diagnostique très efficace.

Il est essentiel de traiter rapidement le problème de cavitation, car les implosions agissent comme un micro-marteau à jet, ébréché et érodant les aubes de la turbine et la volute de la pompe, entraînant une défaillance prématurée.

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