Partir du principe de la cavitation
KSB définit la cavitation comme la formation et l'effondrement soudain de cavités, telles que des bulles de vapeur, dans un écoulement de fluide. Elle distingue la cavitation de vapeur de la cavitation de gaz. La cavitation de vapeur se développe lorsque la pression statique dans le fluide tombe sous la pression de vapeur associée à la température du fluide, KSB ajoute que cela se produit sans apport de chaleur externe et que de petits germes, souvent des bulles de vapeur microscopiques, en sont également une condition préalable. Dans la cavitation de gaz, des bulles se forment parce que les gaz dissous sortent de la solution lorsque la pression tombe sous la pression de saturation de ces gaz. Comme cette pression de saturation est souvent supérieure à la pression de vapeur, la cavitation de gaz peut se produire à des pressions supérieures à la pression de vapeur.
KSB explique que, lorsque le fluide traverse la roue, la pression statique diminue par rapport à la pression en amont de la roue, en particulier à l'entrée du canal entre aubes. L'ampleur de cette chute dépend de la vitesse de rotation, de la masse volumique et de la viscosité du fluide, de la géométrie d'entrée de la roue, du point de fonctionnement et du profil de vitesse de l'écoulement d'approche. Plusieurs de ces facteurs relèvent de la pompe elle-même et de sa condition de fonctionnement, ce qui explique pourquoi le côté pompe de la comparaison du NPSH ne peut pas se déduire de la seule installation.
Deux grandeurs à comparer
KSB indique que l'évaluation de la probabilité, de l'étendue et de l'impact de la cavitation exige de comparer deux valeurs : le NPSH requis par la pompe, NPSHR, et le NPSH disponible dans le système, NPSHA. Ce ne sont pas deux noms pour un même nombre. Le NPSHA décrit ce que l'installation fournit, rapporté au centre de la bride d'aspiration, la page de KSB présente la définition sous forme de formules et note que la perte de charge comprend les pertes à l'entrée et les chutes de pression à travers les vannes et les raccords. Pour les pompes sans bride d'aspiration conventionnelle, telles que les pompes en ligne à souder ou les pompes immergées avec cloches d'aspiration, la position du point de référence doit être définie et indiquée.
Le NPSHR est le côté pompe de la comparaison. KSB précise que sa somme de définition ne doit pas tomber sous une valeur minimale pour une pompe et une application données, et que, si cette condition n'est pas remplie, la cavitation ne peut pas être exclue. Point essentiel : une valeur de NPSHR n'a de sens qu'accompagnée de son critère de cavitation. KSB en énumère plusieurs : la cavitation naissante (NPSHi), une certaine étendue de la zone de cavitation sur les aubes, le début de la chute de hauteur (NPSH0) et une chute de hauteur induite par la cavitation de 3 pour cent (NPSH3). La démonstration du NPSHi exige des essais exigeants et coûteux, il est donc communément admis que le NPSHR est pris égal au NPSH3.
Ce dernier point mérite attention. Le NPSH3 est un critère défini de chute de hauteur, une baisse de 3 pour cent de la hauteur, et la valeur n'est pas un seuil en dessous duquel la cavitation est absente. La liste de critères de KSB elle-même montre que des bulles peuvent apparaître plus tôt (NPSHi). KSB montre aussi que ces valeurs varient avec le point de fonctionnement, de sorte qu'un chiffre unique s'applique à une condition donnée, et non à la pompe en général.
Pourquoi la température entre dans la discussion
KSB note qu'il existe une relation entre la pression de vapeur et la température, de sorte que la même pression d'aspiration se situe à une distance différente de la pression de vapeur lorsque la température du liquide change. KSB indique que, pour éviter la cavitation, ou la limiter à un niveau acceptable, la pression en amont de la roue doit dépasser la pression de vapeur d'une marge minimale spécifiée. Les pages ne donnent pas une marge unique valable pour tous les liquides et toutes les pompes, la marge est liée à la pompe, à l'application et au critère de cavitation retenu.
Le NPSHR est établi en grande partie par des essais. KSB souligne spécifiquement l'importance des essais lors de la conversion entre vitesses, tailles de pompes similaires ou fluides. Une valeur issue d'une autre condition d'essai ne doit donc pas être traitée silencieusement comme une exigence propre à l'installation.
Garder à l'esprit les limites de l'explication
Cet article explique ce qu'il faut comparer. Il ne calcule pas le NPSH disponible d'une installation quelconque et ne spécifie pas de point de fonctionnement admissible. KSB décrit bien des symptômes tels qu'un bruit accru, un fonctionnement irrégulier et des baisses de hauteur et de rendement comme des indications que la cavitation est en cours, mais précise aussi que des dommages matériels ne se produisent pas dans tous les cas de fonctionnement en cavitation. Les sources ne permettent donc pas de diagnostiquer la cavitation à partir d'une seule observation de bruit ou de vibration. Les données de la pompe, les conditions du liquide et une évaluation d'ingénierie approuvée sont nécessaires. Lors de l'enregistrement ou de la discussion d'un résultat, NPSHA et NPSHR doivent être notés comme les grandeurs distinctes qu'elles sont, avec le critère du NPSHR indiqué.