Grande encyclopédie du pétrole et du gaz. Cavitation. Hauteur d'aspiration admissible

La pression du liquide traversant la pompe change continuellement dans la direction du mouvement et n'est pas la même en des points individuels des sections transversales de la cavité d'écoulement.

Dans les conceptions conventionnelles pompes centrifuges La pression la plus faible est observée près de l'entrée de la section cylindrique de la roue sur le côté concave des aubes, c'est-à-dire où la vitesse relative w et l'énergie cinétique correspondante atteint valeurs les plus élevées... Si la pression dans cette zone est égale ou inférieure à la pression de vapeur saturante correspondant à la température du liquide aspiré, alors un phénomène appelé cavitation.

L'image physique de la cavitation consiste en l'ébullition d'un liquide dans une zone de pression réduite et en la condensation ultérieure de bulles de vapeur lors de l'évacuation du liquide en ébullition dans la région de pression accrue. Dans ce cas, le processus de cavitation est réparti sur une certaine longueur de l'écoulement. La cavitation peut être un processus local, caractéristique d'une section courte de l'écoulement, dans les cas où la pression dans la section pulse autour de sa valeur moyenne, égale à la pression de vapeur saturante à la température du liquide aspiré. Dans ce cas, les processus d'ébullition et de condensation des bulles de vapeur se déroulent à haute fréquence, de manière pulsée.

Dans tous les cas de cavitation avec condensation rapide d'une bulle de vapeur, le liquide environnant se précipite vers le centre de la bulle (centre de condensation) et, au moment de la fermeture de son volume, produit un choc ponctuel dû à la faible compressibilité de le liquide. Selon les données modernes, la pression aux points de fermeture des bulles de vapeur lors de leur condensation dans les processus de cavitation atteint plusieurs mégapascals.

Si une bulle de vapeur au moment de sa condensation se situe sur une surface limitant l'écoulement, par exemple sur une aube travaillante, alors l'impact tombe sur cette surface et provoque une destruction locale du métal, appelée piqûre. Recherche contemporaine montrent que la cavitation s'accompagne de processus thermiques et électrochimiques qui affectent de manière significative la destruction des surfaces de la cavité d'écoulement des pompes.

La nature des piqûres dépend du matériau à partir duquel le trajet d'écoulement de la pompe est constitué. Ainsi, les piqûres de pièces en fonte, par exemple les aubes de travail des pompes à basse pression, donnent une structure spongieuse avec une surface très inégale et des fentes étroites sinueuses qui pénètrent profondément dans le métal et violent la résistance de la pièce. Dans les pompes haute pression fonctionnant à des vitesses élevées, avec des pièces en aciers de construction et alliés conventionnels, les piqûres apparaissent sous la forme de dépressions et de rainures lisses. Il n'existe pas de matériaux absolument résistants à la cavitation. Les métaux cassants hétérogènes tels que la fonte et les céramiques résistent très mal à la cavitation. Parmi les métaux utilisés dans l'ingénierie des pompes, les aciers alliés contenant du nickel et du chrome sont les plus résistants à la cavitation.

La cavitation est nocive non seulement parce qu'elle détruit le métal, mais aussi parce qu'une machine fonctionnant en mode cavitation réduit considérablement le rendement.

Le fonctionnement de la pompe en mode cavitation se manifeste extérieurement par du bruit, des fissures internes, un niveau de vibration accru et une cavitation très développée - par des coups dans la cavité d'écoulement, dangereux pour la pompe.

Il est d'usage de subdiviser le processus de cavitation en trois étapes. Au stade initial la zone de cavitation est remplie d'un mélange de liquide et de bulles de vapeur plus ou moins grosses. Dans la deuxième étape Dans l'écoulement de cavitation, de grandes cavités se forment sur la surface limite, qui sont arrachées par l'écoulement et reformées. C'est la scène cavitation développée. La troisième étape est la supercavitation : tout l'élément caréné de la machine hydraulique se situe dans la région de la cavité.

Le fonctionnement de la pompe dans la phase initiale de cavitation n'est pas souhaitable, mais acceptable si les pièces de la pompe sont constituées de matériaux résistant à la cavitation. Au stade de la cavitation et de la supercavitation développées, le fonctionnement de la pompe devient peu fiable et donc inacceptable.

La cavitation se produit généralement dans le conduit d'aspiration de la pompe sur les aubes de la roue, cependant, des processus de cavitation peuvent également se produire dans les écoulements sous pression aux endroits où le liquide se détache des aubes de travail, des aubes directrices et des organes de régulation.

Mesures pour éviter l'apparition de cavitation dans les pompes :

· Limiter la vitesse du liquide dans la cavité d'écoulement des pompes ;

· L'utilisation de formes rationnelles de sections de la cavité d'écoulement et de profils d'aubes ;

· Fonctionnement des pompes dans des modes proches de la conception.

Dans les pompes à plusieurs étages, la plus sujette à la cavitation est la première dans le cours du liquide Roue de travail, car à l'entrée de celui-ci, la pression est la plus faible. Pour améliorer les qualités de cavitation de telles pompes, une roue ou tarière axiale amont, constituée de deux à trois tours, est installée avant le premier étage. Ils sont faits de matériaux résistants à la cavitation et développent une pression à l'entrée de la première roue d'une pompe à plusieurs étages pour empêcher la cavitation (voir Figure 11, Figure 12). Dans les centrales nucléaires, les roues amont sont généralement installées dans les pompes à condensats et d'alimentation.

Figure 11 - Pompe d'alimentation PEA 1650-75.

1 - arbre; 2 - chemise; 3 - joints d'extrémité; 4 - couvercle d'entrée;
5 – roue amont; 6 - roue à aubes; 7 - boîtier; 8 - dispositif de guidage; 9 - section; 10 - couvercle de la tête de pression ; 11 - manchon de talon; 12 - épingle à cheveux;
13 - déchargement du disque; 14 - roulement; 15 - assiette.

Figure 12 - Pompe à condensats KsVA 1500-120.

1 - organisme fournisseur ; 2 - roue à aubes ; 3 - sceau; 4 - corps de presse-étoupe ;
5 - roulement; 6 - arbre; 7 - joint d'extrémité; 8 - couvercle de décharge;
9 - boîtier intérieur; 10 - section; 11 - boîtier extérieur; 12 - dispositif de guidage ; treize - roue amont; 14 - roulement; 15 - vis d'alimentation.

La principale mesure contre la cavitation dans les pompes de tous types et conceptions est de maintenir une telle hauteur d'aspiration de la pompe à laquelle la cavitation ne se produit pas. Cette hauteur d'aspiration est appelée acceptable.

La surpression à l'entrée de la pompe au-dessus d'une pression égale à la pression de vapeur saturée du liquide pompé est appelée la marge de cavitation D h... Le fonctionnement sans cavitation des pompes est assuré si la condition est remplie

Dh ³ Dh ajouter,

où la marge de cavitation admissible

Dh ajouter = kDh cr;

facteur de sécurité k = 1,1¸1,5 et est défini en fonction des conditions de fonctionnement et du type de pompe ; Dh cr est la marge de cavitation correspondant au début de la diminution des paramètres lors du test de cavitation de la pompe. La marge de cavitation admissible Dh add est donnée dans la caractéristique de la pompe obtenue lors de l'essai de cavitation.

Réserve de cavitation Dh dépend de

où p p est la pression de vapeur saturée;

u in - vitesse à l'entrée de la pompe;

р В - pression absolue à l'entrée de la pompe;

р А - pression atmosphérique.

Pourvu que p B> p A (hauteur d'aspiration négative ou contre-pression à l'entrée de la pompe), où p B = rgH sous + P à + P A, vous pouvez écrire

où p à est la pression dans le réservoir de pression à l'aspiration.

Si pB<р А (положительная высота всасывания или разрежение на входе в насос), то

La hauteur d'aspiration, compte tenu des pertes hydrauliques dans la canalisation d'aspiration Sh sun et de la hauteur d'aspiration u en 2/2g, est appelée hauteur d'aspiration sous vide :

La hauteur d'aspiration Hc est la distance entre la surface libre du réservoir, à partir de laquelle le liquide est aspiré par la pompe, et l'axe de la roue (figure 6).

La hauteur d'aspiration admissible, à laquelle la pompe fonctionne sans modifier les principaux paramètres techniques,

.

Hauteur d'aspiration admissible (hauteur d'aspiration admissible tenant compte des pertes Sh sun)

L'évaluation des qualités de cavitation des pompes est réalisée sur la base des caractéristiques de cavitation obtenues par des essais sur des bancs spéciaux.

Méthodes expérimentales pour la détection et l'étude de la cavitation. La méthode la plus ancienne, mais toujours la plus répandue, est l'énergie. Son essence est la suivante. Sur un stand spécial ou dans des conditions de fonctionnement, lorsque la pompe fonctionne à une température constante et une alimentation en liquide fixe, la pression à l'aspiration est réduite. Parallèlement, à chaque étage de la pression d'aspiration p BC, les principaux paramètres de la pompe (Q, H, N, h) sont déterminés, puis la marge de cavitation en mètres de la colonne du liquide pompé Dh est calculée et les graphiques H = f (Dh), N = f (Dh) sont tracés.

Pour le début de la cavitation, on prend la valeur à laquelle la tête a diminué de 2%. Pour assurer un fonctionnement normal de la pompe, il est recommandé d'augmenter la hauteur d'aspiration minimale d'un facteur A, c'est-à-dire la marge de cavitation admissible est égale à Dh add = ADh cr.

Il est à noter que l'apparition de la cavitation ainsi déterminée est conditionnelle. En fait, la cavitation proprement dite commence à des valeurs de Dh dépassant significativement Dh cr, mais la sensibilité de la méthode ne permet pas de la déterminer. Plus précisément, l'apparition de la cavitation est déterminée par une modification des caractéristiques vibroacoustiques (par exemple, par le niveau général des vibrations). Il a été constaté que le changement des caractéristiques acoustiques se produit beaucoup plus tôt que les caractéristiques énergétiques, c'est-à-dire la méthode acoustique donne des informations plus précises sur le début de la cavitation.

Dans de nombreux cas, en particulier si la pompe fonctionne à des vitesses élevées (avec des vitesses d'écoulement relatives supérieures à 15 m / s), une usure érosive du matériau du chemin d'écoulement est possible, qui se manifeste dans le temps et ne peut pas être détectée par l'énergie ou méthode acoustique. Dans le même temps, la détermination des lieux d'érosion possibles est hautement souhaitable, car elle permet au concepteur dans de nombreux cas de prendre des mesures pour la réduire. Les zones d'érosion sont actuellement déterminées par des méthodes express. Pour ce faire, les surfaces carénées au jet sont recouvertes de revêtements de vernis facilement désintégrables à base de résines phénoliques et des tests de courte durée sont réalisés à un mode donné. Si des zones d'érosion ont lieu, alors la couche de revêtement est détruite. En modifiant la géométrie des surfaces profilées, il est possible d'obtenir une réduction des zones d'érosion ou leur élimination.

Une autre méthode d'étude de la cavitation est la méthode de visualisation, qui utilise la stroboscopie, la photographie et le tournage à grande vitesse et vous permet de présenter une image détaillée de l'apparition et du développement des phénomènes de cavitation.

Toutes ces méthodes se complètent et sont largement utilisées dans les travaux pratiques et de recherche.

Les pompes centrifuges à haute pression font partie intégrante des installations qui remontent l'eau à la surface à partir de prises d'eau souterraines. Ils sont également introduits dans les systèmes de plomberie ou de chauffage pour maintenir une pression stable dans le réseau.

Un équipement de ce type est indispensable, à la fois dans la vie quotidienne et dans la production, puis nous parlerons de ses avantages et de ses caractéristiques. En regardant la vidéo de cet article, vous découvrirez quelle est la hauteur d'aspiration admissible d'une pompe centrifuge, et sur quelle base elle est sélectionnée pour un puits ou un réseau.

Caractéristiques des pompes de surface

Un critère tel que la « hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge » n'est important que pour les modèles de surface qui doivent s'approvisionner en eau à longue distance. En fait, ce n'est pas une tâche facile. Après tout, si le niveau du liquide est en dessous de l'axe de son axe ?

Alors:

• Pour faire monter l'eau, il faut créer un vide au niveau du tuyau d'admission, c'est-à-dire une pression absolue, qui, du fait de sa différence avec la pression atmosphérique, contribue à l'absorption de liquide dans la chambre de travail. C'est ce qu'on appelle la tête à vide.

• Eh bien, les pales sont incluses dans le travail, qui, en tournant, projettent de l'eau au-delà de la périphérie de la roue, où se crée la pression nécessaire pour déplacer le flux vers le tuyau d'évacuation. Ici, un rôle important est joué par: la vitesse de rotation des pales, ainsi que la longueur de la canalisation d'aspiration - plus la longueur de la canalisation est longue, plus la perte de charge est importante. La même chose se produit dans la conduite de pression.
• Par conséquent, la clé du fonctionnement confortable de la pompe réside tout d'abord dans des calculs corrects des conduites d'aspiration et de refoulement. En raison des pertes de charge, la hauteur d'aspiration des pompes placées en surface ne dépasse pas neuf, et le plus souvent sept mètres. Les seules exceptions sont les modèles avec un éjecteur à distance, qui peuvent obtenir de l'eau à 25 mètres de son niveau. Il existe des modifications encore plus modernes pour lesquelles cette distance n'est pas la limite.

Dans ce cas, la puissance d'aspiration est augmentée en utilisant un système Venturi. L'utilisation d'une telle unité permet d'économiser sur la construction d'un puits dont le diamètre ne peut excéder trois pouces. Eh bien, pour une prise d'eau profonde, quoi qu'on en dise, est nécessaire.

Pompes cantilever

Cette version des pompes centrifuges peut à juste titre être considérée comme la plus populaire au monde. Le poids total des pompes cantilever, parmi tous les équipements de pompage produits, selon diverses estimations, varie de 55 à 70 %.

Tout d'abord, cela est dû à la simplicité de la conception, qui, néanmoins, est en avance sur les autres modèles dans ses capacités.

• Dans les pompes à console, qui sont marquées dans le marquage des lettres "K" et "KM", l'arbre du moteur est allongé, formant une console - d'où le nom. Il s'agit d'unités à arbre horizontal à un étage avec entrée unidirectionnelle.
• Une roue avec des pales est montée à l'extrémité de l'arbre et est reliée au moteur par un accouplement. Il n'est pas toujours possible de déterminer visuellement le type de pompe, car non seulement la roue, mais aussi le moteur lui-même dans les modèles domestiques, est souvent caché à l'intérieur du boîtier.

• À propos, la conception des pompes cantilever a également ses propres caractéristiques. Il ressemble à un tambour, à l'intérieur duquel deux disques tournent en biais. Il y a deux trous dans la cavité de la roue. L'un est situé au centre, à l'opposé du puits, et sert d'entrée pour l'écoulement de l'eau. Un autre trou est situé sur la partie périphérique - à travers lui, le liquide est drainé sous pression.
• Les pompes centrifuges haute pression, de type "KMP" (console, monobloc, surpresseur), sont utilisées dans l'habitat et les services collectifs. Ils sont utilisés pour augmenter la pression dans les systèmes de plomberie et pour fournir de l'eau aux bâtiments à plusieurs étages, où le manque de pression est le problème numéro un. Nous avons présenté une photo d'une telle pompe ci-dessus.

Le logement et les services communaux ne sont pas le seul domaine d'application des pompes cantilever. Ils sont très demandés dans les systèmes d'approvisionnement en eau industriels, dans l'agriculture, dans de nombreuses industries.

Par exemple, une pompe centrifuge haute pression conçue pour un usage industriel est capable de pomper jusqu'à 370 m3 d'eau par heure, tout en créant une chute de près d'une centaine de mètres.

Pompes verticales

Ayant abordé le sujet des équipements de pompage qui fournissent des indicateurs de haute pression, on ne peut pas ignorer et. Le plus souvent, ils ont une conception à plusieurs étages et, par conséquent, ont des caractéristiques de pression beaucoup plus élevées.

Alors:

• Dans la vie de tous les jours, les pompes à boîtier vertical sont utilisées pour fournir de l'eau à partir de prises d'eau souterraines (modèles submersibles), ainsi que dans les systèmes de drainage et d'irrigation (modèles semi-submersibles et de surface). Les pompes industrielles ont aussi souvent un arbre vertical - cela donne de grands avantages.
• Le fait est que les équipements alluviaux de production sont souvent localisés dans l'atelier, et l'installation de pompes verticales permet d'économiser de l'espace au sol utilisable. Au lieu d'une pompe horizontale, trois ou quatre pompes verticales peuvent tenir sur une seule fondation.

• A l'échelle industrielle, les pompes simples sont rarement utilisées. Il s'agit le plus souvent de stations de pompage qui combinent plusieurs pompes verticales, et un réservoir à membrane est un accumulateur hydraulique. De telles installations, où, en plus des pompes principales, il y a aussi des pompes de secours, sont très fiables et ont des capacités de fonctionnement élevées.
• Partout où ils ne sont pas utilisés : dans les systèmes d'incendie et de chauffage, pour l'assèchement et le drainage, dans les programmes de remise en état des terres et d'approvisionnement en eau des petites agglomérations. À l'aide d'une telle installation, il est possible de fournir la pression requise dans le système d'alimentation en eau d'un immeuble de grande hauteur.
• Une telle installation permettra d'avoir une pression d'eau stable dans une maison privée alimentée par le réseau principal, où la pression chute toujours aux heures de pointe. En effet, dans de nombreuses maisons, le chauffage est à l'eau, et lorsque la pression de l'eau est insuffisante, les batteries sont légèrement chaudes, et le chauffe-eau ne s'allume pas.

• Pour une petite maison dans laquelle vit une famille, il suffit d'une pompe. S'il s'agit d'une maison à deux ou trois étages, ou, par exemple, d'un chalet pour deux propriétaires, le problème peut s'avérer important même si l'alimentation en eau se fait à partir d'un puits individuel.
• Après tout, nos maisons regorgent aujourd'hui d'appareils électroménagers, dont le fonctionnement nécessite souvent une pression d'eau de 2,5 à 3 bars, ce qu'un réseau ordinaire ne peut pas toujours fournir. Après avoir installé une station pour deux ou trois pompes, vous pouvez non seulement oublier la mauvaise pression, mais aussi ne pas vous soucier du fait qu'en cas de panne de l'équipement, vous vous retrouverez sans eau.

Dans de telles installations, toutes les pompes ne fonctionnent pas en même temps - une est toujours en réserve. Dès que la pompe de travail s'attarde pendant dix secondes avec le démarrage, l'unité de réserve s'allume immédiatement à la place.

Pompes de surpression

La plupart des pompes verticales sont de type booster. Il s'agit d'un type de conception qui fournit à la pompe des conditions de fonctionnement similaires à celles d'un puits. Pour rendre cela possible, le corps de la pompe de surpression est placé dans un récipient cylindrique en acier galvanique ou en acier inoxydable rempli d'eau.

Ils sont connectés à l'aide d'un adaptateur à bride et sont centrés avec des boulons situés sur le périmètre extérieur. Une telle solution rend la structure exceptionnellement stable - une telle unité peut être positionnée verticalement ou horizontalement.

Avantages des boosters

Les pompes de ce type sont le plus souvent utilisées pour assembler des unités de pompage à des fins industrielles, car leurs performances et leur hauteur ne sont pas inférieures aux caractéristiques. Il est tout simplement impossible d'atteindre, par exemple, une chute de 800m à un débit de 1000m3/heure à partir d'une pompe de surface horizontale.

• De tels indicateurs, bien sûr, ne sont pas nécessaires partout. Mais dans les systèmes d'extinction d'incendie, les installations de surpression, il n'y a pratiquement pas d'alternative, car les bâtiments sont assez hauts, et il n'est pas toujours possible de s'en approcher lors d'un incendie. Dans de tels cas, c'est la grande pression qui sauve la situation.
• Les boosters sont également indispensables pour fournir de l'eau potable à des objets situés au-dessus du niveau de la mer, par exemple en montagne. Et, malgré le fait que le prix de telles installations soit assez élevé, pendant le fonctionnement, cela rapporte rapidement en raison de la consommation d'énergie économique.

Si nous comparons leurs coûts avec d'autres pompes de puissance similaire, les économies s'élèveront à pas moins de 50 à 55 %. L'utilisation de groupes de surpression pour alimenter en eau les installations en construction leur permet de réduire leur coût, car les ressources énergétiques constituent toujours la part du lion des coûts.

Page 1

La hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge ne peut pas dépasser la colonne de liquide théorique, égale en pression à 1 at.

La hauteur d'aspiration des pompes centrifuges est relativement plus élevée que celle des pompes à piston, en raison de l'absence de pertes pour vaincre les forces d'inertie. Cependant, pour que la pompe centrifuge aspire du liquide, la conduite d'aspiration et la pompe doivent être inondées de liquide avant d'être mises en service.

La hauteur d'aspiration des pompes centrifuges est de 3 5 - 4 5 m CE. Art. Cependant, il convient de garder à l'esprit que la pompe centrifuge au moment du démarrage ne peut pas fournir d'aspiration de liquide et, par conséquent, avant le démarrage, la canalisation d'aspiration et la pompe doivent être remplies du liquide pompé. Pour retenir le liquide dans la canalisation d'aspiration après l'arrêt de la pompe, un clapet anti-retour est installé à l'extrémité de la canalisation.

Étant donné que la hauteur d'aspiration des pompes centrifuges est de 2 à 5 m, dans le cas de leur utilisation, il est nécessaire d'installer des puits enterrés (jusqu'à 10 m) pour l'installation des pompes.

Ce qui détermine la hauteur d'aspiration des pompes centrifuges.

Cette équation montre que la hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge, ainsi que d'une pompe à piston, dépend du débit de fluide et des résistances sur la ligne d'aspiration, ainsi que de la température du liquide pompé.

Les élévateurs hydrauliques peuvent être utilisés pour augmenter la hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge. A cet effet, ils sont installés sur la conduite d'aspiration, après la vanne d'admission, et de l'eau leur est fournie par le tuyau de refoulement de la pompe. La quantité d'eau fournie est d'environ 15 % de la capacité de la pompe. Dans ce cas, la capacité de l'ascenseur hydraulique doit être égale à la capacité de la pompe.

L'installation, dont le schéma est illustré à la Fig. 5.1, b, est également destiné au pompage de liquide par une pompe située à la surface de la terre à partir d'une profondeur dépassant la hauteur d'aspiration métrique admissible d'une pompe centrifuge.

La plus courante est celle représentée sur la fig. 6.4, une. Dans ce cas, l'éjecteur, pour ainsi dire, augmente la hauteur d'aspiration de la pompe centrifuge. I), et une pompe centrifuge avec un rendement plus élevé fournit de l'eau à la hauteur du YaSY YaG. Il est similaire au premier schéma, mais prévoit l'installation d'une pompe dite à double flux - une pompe à plusieurs étages avec prélèvement d'eau à un étage intermédiaire.