Comment détecter la cavitation de la pompe

Les pompes sont au cœur de la plupart des processus industriels et la deuxième machine la plus répandue au monde (après le moteur électrique). Parce qu'elles sont si courantes, les pompes sont souvent négligées en tant que source potentielle d'amélioration de la productivité ou cause de coûts excessifs si elles ne sont pas utilisées correctement.

Comme pour toute machine, certains problèmes peuvent survenir. Un problème courant dans les systèmes de pompage est la cavitation de la pompe. La cavitation de la pompe entraîne un certain nombre de problèmes, notamment un bruit excessif, des vibrations et une consommation d'énergie, sans parler de graves dommages à la pompe elle-même.

Imaginez que vous pincez un tuyau d'arrosage et que l'eau s'écoule plus rapidement, mais qu'elle soit aérée et étalée. C'est ce qui se passe avec la cavitation de la pompe. C'est un phénomène physique qui se produit lorsque la pression du liquide entrant devient inférieure à la pression de vapeur du liquide. Une réduction de pression est généralement causée par une vitesse accrue du fluide. Lorsque la pression du fluide sur le côté arrière de la pale de la turbine (à l'opposé de l'admission de la pompe) tombe en dessous du point de vaporisation du fluide, des bulles de vapeur commencent à se former. Lorsque les bulles/cavités se déplacent vers le côté refoulement de la pompe, se déplaçant vers une zone à haute pression, les cavités implosent. L'implosion ou l'effondrement de ces bulles déclenche d'intenses ondes de choc à l'intérieur de la pompe, provoquant des dommages à la roue, des vibrations et un bruit excessif.

Ces ondes de choc peuvent causer des dommages mécaniques à la roue et à la pompe, dont la gravité ne fait qu'augmenter avec le temps et entraîner une défaillance potentielle de la pompe. Les facteurs qui influent sur le degré de compression des bulles de vapeur sont la vitesse et la forme de la roue.

Lorsqu'il s'agit de liquides à des températures plus élevées, le risque que cela se produise est accru en raison de l'augmentation de la pression de vapeur.

La cavitation de la pompe et la tête morte sont des concepts similaires mais loin d'être les mêmes.

Lorsqu'une pompe fonctionne sans débit à travers la pompe en raison d'une vanne de refoulement fermée ou d'un blocage de conduite, une tête morte s'est produite. La pompe fait recirculer la même eau, ce qui entraîne une augmentation continue de la température de l'eau. Si la pompe continue de fonctionner trop longtemps dans une condition de tête morte, un chauffage excessif peut endommager les joints coûteux et réduire la durée de vie de la pompe.

Le cap mort dans une pompe centrifuge peut entraîner des explosions en raison de l'énergie mise dans le liquide de la pompe. Une surpression hydraulique et d'éventuelles réactions chimiques dans la pompe peuvent également être causées par un effort excessif de pression. Les mêmes résultats peuvent être causés par le fonctionnement à sec de la pompe pendant une période prolongée, ce qui peut entraîner une cavitation.

La tête morte signifie que la vanne de refoulement est ouverte afin que la pompe continue à faire circuler le même liquide encore et encore, ce qui peut endommager le moteur de la pompe car le liquide peut devenir trop chaud. La protection de faible puissance fonctionnera pour détecter cette condition et se déclenchera pour protéger le moteur.

La cavitation est similaire en ce sens que la protection de faible puissance la détectera, déclenchera et protégera également le moteur. Mais cette condition signifie que la pompe fonctionne à sec et qu'il n'y a pas de liquide à pomper. Cela aussi entraînera une surchauffe du moteur.

En cas de cavitation de la pompe, sachez que la technologie et les techniques sont disponibles pour détecter, surveiller et prévenir la cavitation de la pompe.

Les dommages dus à la cavitation peuvent raccourcir la durée de vie de la turbine de la pompe, des joints mécaniques, des roulements et éventuellement d'autres composants de la pompe. En d'autres termes, cela réduira le temps moyen entre les pannes (MTBF), ce qui augmentera les coûts de maintenance et les temps d'arrêt des pompes.

Le moyen le plus courant d'identifier la cavitation de la pompe est le son ou les vibrations. Il y a un son audible semblable à un crépitement qui peut être entendu lorsque cela se produit. En raison de l'éclatement des bulles de vapeur, il y a une augmentation des vibrations ressenties par la pompe, qui peut également être observée.

D'autres moyens d'identifier la cavitation de la pompe sont la détection de la température ou de la puissance au niveau du moteur hors-bord. La cavitation de la pompe signifie qu'il y a peu ou pas de liquide à pomper pendant que la pompe elle-même continue. Pomper à sec de cette manière, avec une pression de vapeur croissante, entraînera une surchauffe du moteur, ce qui réduira la durée de vie du moteur et pourrait endommager la roue et la pompe elle-même.

Alternativement, le moteur hors-bord d'une pompe qui cavite subirait un événement de faible puissance.

Une fois qu'un événement est identifié, il est important d'identifier la cause de la chute de pression et de la corriger. Dans la plupart des cas, le problème peut être résolu en simplifiant la tuyauterie d'aspiration, en supprimant autant de coudes et de vannes que possible :

Un entretien de routine peut être effectué pour éviter une future occurrence de cavitation. L'entretien suggéré comprend un examen et un nettoyage réguliers des filtres et des crépines menant à la tuyauterie.

La plupart des industries utilisent de grandes pompes très complexes. La défaillance de ces pompes critiques pourrait entraîner des coûts d'arrêt dépassant 200 000 $ par jour en frais d'exploitation seuls, sans compter le coût de remplacement de l'équipement en raison des dommages. Par conséquent, les utilisateurs ont tendance à surveiller de près ces pompes. La cavitation pouvant faire imploser une pompe et entraîner un risque majeur pour la sécurité, les utilisateurs sont toujours à la recherche de solutions fiables leur permettant de la prévoir et de la prévenir.

Au fur et à mesure que les ondes de choc provenant de l'éclatement des bulles de vapeur se poursuivent, la température augmentera jusqu'au moteur hors-bord. Les relais de gestion du moteur surveillent et déclenchent en fonction des seuils de température. Les protections peuvent aller de la source d'alimentation entrante alimentant le moteur à la pompe ou à la charge individuelle. Les relais de gestion de moteur offrent un niveau élevé de précision de surveillance et de protection de l'alimentation pour l'ensemble du système d'alimentation tout en maximisant la disponibilité.

Écoutez toujours Ben Franklin : "Une once de prévention vaut mieux que guérir."

En empêchant la cavitation, les utilisateurs augmenteront l'efficacité et la durée de vie de la pompe. N'oubliez pas que la prévention vaut le coup, alors prenez le temps d'effectuer un programme d'entretien approfondi et cela sauvera les utilisateurs à long terme.

Asma Motlani est chef de produit, contrôles de puissance NEMA, division des contrôles industriels chez Eaton. Pour plus d'informations, rendez-vous sur Eaton.com.