Commandes automatisées de pompes centrifuges

Pompes centrifuges Les pompes centrifuges sont largement utilisées dans la production industrielle et les systèmes d'ingénierie pour le transport de divers fluides liquides. Cependant, en fonctionnement, un phénomène de cavitation, affectant gravement leurs performances et leur durée de vie, se produit fréquemment. La cavitation réduit non seulement l'efficacité des pompes centrifuges, mais endommage également des composants essentiels tels que les roues, et peut même entraîner la mise au rebut complète de l'équipement. Par conséquent, l'étude et la compréhension des causes de la cavitation dans les pompes centrifuges sont cruciales pour une conception rationnelle, une installation correcte et un fonctionnement sûr de ces pompes. Ci-dessous, Anhui Shengshi Datang vous fournira une introduction détaillée.1. Concept de base de la cavitationLa cavitation désigne le phénomène qui se produit lorsque, lors du passage d'un liquide dans la roue d'une pompe, la pression locale chute en dessous de la pression de vapeur saturante du liquide à sa température de fonctionnement. Il en résulte une vaporisation partielle du liquide et la formation de nombreuses bulles de vapeur. Entraînées par le flux de liquide vers une zone de pression plus élevée, ces bulles voient la pression environnante augmenter rapidement, provoquant leur implosion instantanée et leur condensation. L'implosion de ces bulles génère des ondes de choc intenses et des températures localement élevées, qui impactent la surface de la roue et peuvent entraîner des piqûres de fatigue ou un écaillage du métal. C'est le phénomène de cavitation observé dans les pompes centrifuges.La cavitation résulte de l'action combinée de la dynamique des fluides et de la thermodynamique. Sa cause fondamentale est la répartition inégale de la pression au sein du liquide. Lorsque la vitesse d'écoulement locale est trop élevée ou que la géométrie est inadaptée, la pression locale chute, déclenchant un processus cyclique de vaporisation et d'implosion des bulles.2. Cause première de la cavitationLa cavitation dans les pompes centrifuges est principalement due à la chute de la pression locale du liquide à l'intérieur de la pompe en dessous de sa pression de vapeur saturante à cette température. Dans une pompe centrifuge, le liquide s'écoule du tuyau d'aspiration vers l'entrée de la roue. À mesure que le passage se rétrécit, la vitesse du liquide augmente et la pression statique diminue. Lorsque la pression locale atteint la pression de vapeur saturante, le liquide commence à se vaporiser, générant des bulles. Ces bulles sont entraînées vers la zone de haute pression, au centre et à la sortie de la roue, où elles implosent rapidement. Les ondes de choc à haute énergie libérées lors de l'implosion des bulles provoquent l'érosion du métal à la surface de la roue, une augmentation des vibrations et du bruit de la pompe, ainsi que des problèmes tels qu'une réduction du débit et de la hauteur manométrique.3. Principaux facteurs à l'origine de la cavitationa. Aspiration excessive : Si la pompe est installée trop haut ou si le niveau de liquide à l'aspiration est trop bas, la pression à l'aspiration diminue. Lorsque le liquide s'écoule vers l'entrée de la roue, la pression chute encore. Lorsqu'elle devient inférieure à la pression de vapeur saturante, la vaporisation se produit. Si la hauteur d'aspiration dépasse la NPSH (hauteur d'aspiration nette positive) admissible, la cavitation est inévitable.b. Résistance excessive de la conduite d'aspiration : Une conduite d'aspiration trop longue, trop étroite, comportant trop de coudes ou une vanne partiellement fermée, engendre des pertes de charge importantes par frottement et des pertes de pression locales. La diminution de pression à l'aspiration entraîne une chute de pression supplémentaire à l'entrée de la roue, favorisant la cavitation. De plus, une fuite d'air ou une mauvaise étanchéité de la conduite d'aspiration peut introduire du gaz dans le liquide, aggravant ainsi la cavitation.c. Température du liquide excessivement élevée : L'augmentation de la température d'un liquide accroît significativement sa pression de vapeur saturante, le rendant plus susceptible à la vaporisation. Par exemple, la pression de vapeur saturante de l'eau est relativement faible à température ambiante, mais augmente considérablement à haute température. Même si la pression d'aspiration reste inchangée, les conditions de vaporisation peuvent être réunies lorsque la température augmente, déclenchant ainsi la cavitation.d. Pression d'entrée faible ou pression ambiante réduite : Lorsque la pression à la source d'aspiration de la pompe diminue (par exemple en raison d'une baisse du niveau de liquide, d'un vide dans le réservoir d'alimentation ou d'une faible pression atmosphérique ambiante, comme à haute altitude), la pression à l'orifice d'aspiration devient insuffisante, ce qui facilite grandement la vaporisation du liquide à l'entrée de la turbine.e. Conception ou installation incorrecte de la pompe : La conception structurelle de la pompe influe directement sur ses performances en matière de cavitation. Par exemple, un diamètre d'entrée de roue trop petit, un angle d'attaque des pales inadéquat ou une surface de roue rugueuse peuvent engendrer un écoulement instable, provoquant une chute de pression locale importante. De plus, le non-respect des exigences de NPSH requis (NPSHr) fournies par le fabricant lors de l'installation, ou une installation de la pompe à une hauteur excessive, peuvent également induire de la cavitation.f. Conditions de fonctionnement incorrectes : Lorsque la pompe fonctionne à des débits s'écartant du point de conception, fonctionne pendant des périodes prolongées à faible débit ou lors de réglages brusques des vannes, la répartition de la pression du fluide change, ce qui peut également provoquer une vaporisation et une cavitation locales.4. Effets et risques de la cavitationLes risques de cavitation pompes centrifuges se manifestent principalement sous les aspects suivants :a. Dommages à la surface métallique : Les chocs à haute pression générés par l'implosion des bulles provoquent une érosion par piqûres à la surface de la roue. À long terme, cela peut entraîner une fatigue du matériau, un écaillage, voire une perforation de la roue.b. Dégradation des performances : La cavitation entraîne une réduction significative du débit, de la hauteur manométrique et du rendement, modifiant ainsi les courbes caractéristiques de la pompe.c. Vibrations et bruit : Les forces d'impact générées par la cavitation provoquent des vibrations mécaniques et un bruit à haute fréquence, affectant le fonctionnement stable de l'équipement.d. Durée de vie réduite : Un fonctionnement prolongé en conditions de cavitation accélère l'usure mécanique, réduisant ainsi la durée de vie des roulements, des joints d'étanchéité et de la turbine.5. Mesures de prévention de la cavitationPour prévenir ou atténuer la cavitation, des mesures doivent être prises du point de vue de la conception, de l'installation et de l'exploitation :a. Choisissez une hauteur d'installation raisonnable pour assurer une pression suffisante du côté aspiration, rendant le NPSH disponible (NPSHa) supérieur au NPSH requis de la pompe (NPSHr).b. Optimiser la conduite d'aspiration en raccourcissant sa longueur, en réduisant le nombre de coudes, en augmentant le diamètre du tuyau, en maintenant les vannes d'aspiration complètement ouvertes et en évitant les entrées d'air.c. Contrôler la température du liquide en refroidissant ou en abaissant la température du réservoir de stockage afin de réduire la pression de vapeur saturante du liquide.d. Augmenter la pression d'entrée, par exemple, en installant une pompe de surpression, en pressurisant la surface du liquide ou en plaçant le récipient contenant le liquide à une altitude plus élevée.e. Améliorer la structure de la roue en utilisant des matériaux et des géométries présentant de bonnes propriétés anti-cavitation, comme l'ajout d'un inducteur ou l'optimisation de l'angle d'entrée de la pale.f. Maintenez la pompe en fonctionnement près de son point de conception, en évitant un fonctionnement prolongé à faible débit ou dans d'autres conditions de fonctionnement anormales.En résumé, la cavitation dans les pompes centrifuges est principalement due à une pression du liquide trop faible à l'entrée de la roue, inférieure à sa pression de vapeur saturante, ce qui provoque la vaporisation et l'implosion des bulles. Parmi les facteurs spécifiques à l'origine de ce phénomène, on peut citer une hauteur d'aspiration excessive, une résistance à l'aspiration excessive, une température du liquide élevée, une pression d'entrée trop faible et une conception ou une utilisation inadéquate. La cavitation affecte non seulement les performances de la pompe, mais cause également des dommages importants à l'équipement. Par conséquent, la prévention et le contrôle de la cavitation doivent être des priorités tant lors de la conception que lors de l'exploitation. En configurant rationnellement le système, en optimisant les paramètres structurels et en améliorant les conditions de fonctionnement, on peut garantir un fonctionnement sûr et efficace des pompes. Des pompes centrifuges peuvent être garanties.

  Dans la section précédente, nous avons abordé les causes de la cavitation des pompes centrifuges. Ci-dessous, Anhui Shengshi Datang introduira des mesures pour prévenir pompe centrifuge cavitation. 1. Améliorations de la conception et des matériaux Du point de vue de la conception et des matériaux, les mesures suivantes peuvent être prises pour prévenir ou atténuer les risques de cavitation des pompes centrifuges : A. Conception d'optimisation des écarts : Augmenter le jeu entre les pièces mobiles, notamment entre la roue et le corps de pompe, et entre la bague d'étanchéité et l'arbre, afin de réduire le risque de grippage dû à la dilatation thermique. Des études montrent qu'une augmentation du jeu standard de 15 à 20 % peut réduire considérablement le risque de grippage en cas de cavitation, avec un impact minimal sur le rendement de la pompe. B. Sélection et traitement des matériaux : a. Effectuer un traitement thermique de revenu sur l'arbre de la pompe pour améliorer sa dureté et sa résistance à l'usure, réduisant ainsi la déformation et l'usure pendant la cavitation. b. Sélectionnez des matériaux à faible coefficient de dilatation thermique, tels que l’acier inoxydable ou des alliages spéciaux, pour minimiser les variations de jeu causées par la dilatation thermique. c. Appliquez des revêtements résistants à l'usure comme un alliage dur ou utilisez des matériaux céramiques pour les pièces de friction clés telles que les bagues d'étanchéité pour améliorer la résistance à l'usure. C. Améliorations du système d’étanchéité : a. Utilisez des joints mécaniques qui ne dépendent pas du fluide pompé pour la lubrification, tels que des joints mécaniques lubrifiés au gaz ou des joints mécaniques doubles. b. Configurez des systèmes de lubrification externes pour assurer la lubrification des faces d'étanchéité même lorsque la pompe est en cavitation. c. Pour les joints d'étanchéité, utilisez une garniture autolubrifiante, telle qu'une garniture composite contenant du PTFE.   D. Optimisation du système de roulement : a. Utilisez des roulements autolubrifiants fermés pour réduire la dépendance au refroidissement externe. b. Ajoutez des systèmes de refroidissement indépendants pour les roulements afin de garantir que la température normale des roulements est maintenue même pendant la cavitation de la pompe. c. Sélectionnez des roulements et des lubrifiants avec une tolérance à la température plus élevée. E. Améliorations de la conception de la cavité de la pompe : a. Pour des applications spéciales, concevez un espace de stockage d'eau de manière à ce que la pompe puisse maintenir un volume de liquide minimum même en cas de pénurie d'eau de courte durée. b. Les pompes auto-amorçantes sont généralement conçues avec un volume de cavité de pompe plus grand et des dispositifs de séparation gaz-liquide spécialisés, leur permettant de mieux gérer la cavitation à court terme. La pratique montre qu’une conception et une sélection de matériaux raisonnables peuvent réduire le risque de dommages lors de la cavitation de la pompe centrifuge de plus de 50 %, tout en prolongeant la durée de vie globale de l’équipement. 2. Application des systèmes de surveillance et de contrôle Les technologies modernes de surveillance et de contrôle fournissent des moyens efficaces pour prévenir la cavitation des pompes centrifuges : A. Systèmes de détection de cavitation : a. Surveillance du débit : Installez un débitmètre à la sortie de la pompe pour déclencher automatiquement une alarme ou arrêter la pompe lorsque le débit descend en dessous d'une valeur définie. b. Surveillance du courant : la charge du moteur diminue pendant la cavitation, ce qui entraîne une baisse significative du courant ; la cavitation peut être détectée en surveillant les changements de courant. c. Surveillance de la pression : une chute soudaine ou une fluctuation accrue de la pression de sortie est un indicateur clé de cavitation. d. Surveillance de la température : des augmentations anormales de température dans les joints mécaniques, les roulements ou le corps de la pompe peuvent refléter indirectement l'état de cavitation. B. Systèmes de contrôle du niveau de liquide : a. Installez des capteurs de niveau dans les réservoirs d’eau, les puisards et autres installations d’admission pour arrêter automatiquement la pompe lorsque le niveau descend en dessous d’une valeur sûre. b. Pour les occasions spéciales, configurez une protection à double niveau : alarme de niveau bas et arrêt forcé de la pompe de niveau très bas. c. Utilisez des jauges de niveau sans contact (par exemple, à ultrasons, radar) pour éviter les problèmes de blocage potentiels associés aux interrupteurs à flotteur traditionnels. C. Systèmes de contrôle intelligents intégrés : a. Intégrez plusieurs paramètres (débit, pression, température, niveau) dans un système PLC ou DCS pour identifier plus précisément l'état de cavitation grâce à un jugement logique. b. Configurez deux niveaux de protection : avertissement et alarme de cavitation. Le système peut tenter d'ajuster automatiquement les conditions de fonctionnement en cas d'avertissement et forcer l'arrêt en cas d'alarme. c. Utiliser des systèmes experts ou une technologie d’intelligence artificielle pour prédire à l’avance les risques potentiels de cavitation grâce à l’analyse des données historiques. D. Surveillance et gestion à distance : a. Utiliser la technologie IoT pour réaliser une surveillance à distance des stations de pompage, permettant une détection rapide des anomalies. b. Établir des modèles de prédiction de défauts pour fournir des alertes précoces sur les risques potentiels de cavitation grâce à l’analyse des mégadonnées. c. Mettre en place des systèmes d’enregistrement et de rapport automatiques pour consigner les modifications des paramètres de fonctionnement, fournissant ainsi une base pour l’analyse des pannes. Les données montrent que les pompes centrifuges équipées de systèmes modernes de surveillance et de contrôle subissent plus de 85 % d'incidents de cavitation en moins que les équipements traditionnels, avec des coûts de maintenance considérablement réduits. L'intérêt de ces systèmes est particulièrement évident dans les stations de pompage sans surveillance.   3. Procédures d'exploitation et gestion de la maintenance Les procédures d’exploitation scientifiques et la gestion de la maintenance sont des liens essentiels dans la prévention pompe centrifuge cavitation: A. Vérifications et préparation avant le démarrage : a. Vérifiez que les vannes de la conduite d’aspiration sont complètement ouvertes et que les filtres ne sont pas obstrués. b. Vérifiez l’étanchéité du corps de la pompe et des canalisations pour vous assurer qu’il n’y a pas de points de fuite d’air. c. Assurez-vous que la pompe est complètement amorcée et que l'air est complètement purgé avant le premier démarrage ou après un arrêt prolongé. d. Faites tourner manuellement l’arbre de la pompe de plusieurs tours pour vous assurer qu’il tourne de manière flexible sans résistance anormale. B. Procédures de démarrage et d'arrêt correctes : a. Ouvrez d'abord la vanne d'aspiration, puis la vanne de refoulement, en évitant de démarrer avec une vanne de refoulement fermée. b. Pour les grandes pompes, commencez avec la vanne de refoulement légèrement ouverte, puis ouvrez-la complètement une fois le fonctionnement stabilisé. c. Lors de l'arrêt de la pompe, fermez d'abord la vanne de refoulement, puis le moteur et enfin la vanne d'aspiration pour éviter le reflux et les coups de bélier. d. Vidangez rapidement le liquide du corps de la pompe après l’arrêt dans les régions hivernales froides pour éviter le gel. C. Suivi et gestion pendant l'exploitation : a. Établir un système de journal d’exploitation pour enregistrer régulièrement des paramètres tels que le débit, la pression, la température et le courant. b. Mettre en place un système de rondes d’inspection pour détecter rapidement les bruits, vibrations ou fuites anormaux. c. Évitez un fonctionnement prolongé à faible débit ; installez une conduite de dérivation à débit minimum si nécessaire. d. Pour les systèmes parallèles à plusieurs pompes, assurez une répartition raisonnable de la charge entre les pompes pour éviter la surcharge ou la cavitation d'une seule pompe. D. Entretien et inspection réguliers : a. Nettoyez régulièrement les filtres de la conduite d’aspiration pour éviter tout colmatage. b. Vérifiez l’état des joints mécaniques ou des joints d’étanchéité et remplacez rapidement les pièces vieillissantes ou endommagées. c. Vérifiez régulièrement la température du roulement et l'état de lubrification, en ajoutant ou en remplaçant le lubrifiant si nécessaire. d. Mesurez périodiquement les jeux des bagues d’étanchéité pour vous assurer qu’ils sont dans les limites autorisées. e. Vérifiez que les tuyaux d’équilibrage et les trous d’équilibrage sont dégagés (applicable aux pompes multi-étages). E. Formation et gestion du personnel : a. Fournir une formation professionnelle aux opérateurs et au personnel de maintenance pour améliorer leur capacité à identifier et à gérer les pannes. b. Formuler des systèmes de responsabilité clairs et des plans d’urgence pour garantir une réponse rapide en cas d’anomalies. c. Établir des mécanismes de partage d’expériences pour résumer et diffuser rapidement les expériences de gestion des pannes. La pratique prouve que des procédures d’exploitation et une gestion de la maintenance rigoureuses peuvent réduire les temps d’arrêt imprévus des pompes centrifuges de plus de 70 %, améliorant ainsi considérablement la fiabilité et la durée de vie des équipements.   4. Mesures de réponse aux situations d'urgence Malgré diverses mesures préventives, la cavitation des pompes centrifuges peut encore se produire dans certaines circonstances. Dans de tels cas, des mesures d'urgence sont nécessaires pour minimiser les pertes : A. Identification et arrêt rapides : a. Si des signes de cavitation tels qu'un bruit anormal, une augmentation des vibrations ou une chute soudaine de la pression de refoulement sont détectés, la pompe doit être immédiatement arrêtée pour inspection. b. Pour les équipements critiques, des boutons d’arrêt d’urgence peuvent être installés pour arrêter la pompe immédiatement en cas d’anomalies détectées. c. Ne démarrez pas la pompe à plusieurs reprises avant d'avoir confirmé et éliminé la cause de la cavitation, afin d'éviter d'aggraver les dommages. B. Mesures de refroidissement d’urgence : a. Si le corps de la pompe est surchauffé mais qu'aucun dommage grave n'est encore survenu, des mesures de refroidissement externes peuvent être prises, comme envelopper le corps de la pompe avec des chiffons humides ou appliquer un léger refroidissement par pulvérisation d'eau (en prenant soin d'éviter les composants électriques). b. Ne refroidissez pas immédiatement les roulements surchauffés avec de l'eau froide, afin d'éviter tout dommage dû au stress thermique. C. Rétablissement de l’apport normal de liquide : a. Vérifiez et éliminez les blocages dans la conduite d’admission. b. Si le niveau de liquide est insuffisant, remplissez rapidement la source d'eau ou abaissez la hauteur d'installation de la pompe. c. Vérifier et réparer les points de fuite d’air dans le système de canalisation. D. Surveillance spéciale après redémarrage : a. Lors du redémarrage de la pompe après un événement de cavitation, faites particulièrement attention à savoir si le joint fuit, si la température du roulement est normale et si les vibrations sont dans les limites autorisées. b. Reprenez le fonctionnement normal uniquement après avoir confirmé que tous les paramètres sont normaux. c. Il est recommandé d’augmenter temporairement la fréquence des rondes d’inspection pour assurer un fonctionnement stable de l’équipement. E. Évaluation et réparation des dommages : a. Les pompes qui ont subi une cavitation sévère doivent subir une inspection complète pour évaluer l’étendue des dommages. b. Remplacez les composants endommagés si nécessaire, tels que les joints mécaniques, les bagues d’étanchéité et les roulements. c. Inspectez la turbine et le corps de la pompe pour détecter tout dommage causé par la cavitation. Grâce à une intervention d'urgence rapide et efficace, les pertes dues à la cavitation peuvent être minimisées. Les statistiques montrent que des mesures d'urgence raisonnables peuvent réduire le temps de récupération des équipements de plus de 50 % en situation d'urgence, tout en réduisant le risque de dommages secondaires.