NPSH et cavitation des pompes
Calcul du NPSH disponible, prévention de la cavitation et conception de l’aspiration de la pompe.
Vue d'ensemble
Net Positive Suction Head (NPSH) détermine si une pompe peut fonctionner sans cavitation — la formation et l'effondrement de bulles de vapeur qui endommagent les impellers et dégradent les performances. Chaque pompe centrifuge a une courbe NPSH required (NPSHr) fournie par le fabricant. Le système doit fournir NPSH available (NPSHa) qui dépasse NPSHr avec une marge adéquate à tous les points de fonctionnement.
La cavitation se produit lorsque la pression statique locale à l'aspiration de la pompe tombe en dessous de la pression de vapeur du liquide. La vapeur qui se forme perturbe l'écoulement, crée du bruit et érode les surfaces métalliques. Une conception appropriée des tuyauteries d'aspiration et des réservoirs sources surélevés sont les principaux outils pour la prévenir.
Formules Clés
NPSH available (forme en hauteur absolue) :
Ratio de marge NPSH (vérification de sécurité sans dimension) :
Hauteur de pression de vapeur :
Variables
| Symbole | Descriptif | Typical Unit |
|---|---|---|
| Absolute pressure at pump suction | Pa | |
| Vapor pressure of liquid at pumping temperature | Pa | |
| Liquid density | kg/m³ | |
| Gravitational acceleration (9.81) | m/s² | |
| Static suction head (+) or suction lift (−) | m | |
| Friction head loss in suction piping | m | |
| NPSHr | Required NPSH (from pump curve) | m |
Pression de Vapeur de l'Eau
Des valeurs précises de sont essentielles pour les calculs de NPSHa. La pression de vapeur de l'eau augmente fortement avec la température :
Température (°C) | Pression de Vapeur (kPa abs) |
|---|---|
| 10 | 1.23 |
| 20 | 2.34 |
| 30 | 4.25 |
| 40 | 7.38 |
| 50 | 12.35 |
| 60 | 19.94 |
| 70 | 31.19 |
| 80 | 47.39 |
| 90 | 70.14 |
| 100 | 101.33 |
Source: engineeringtoolbox.com
Pression de Vapeur de l'Eau en fonction de la Température
Directives Typiques de Marge NPSH
Type de Service | Min NPSHa / NPSHr |
|---|---|
| Service général d'eau | 1.1 |
| Eau chaude / condensat | 1.3 |
| Hydrocarbures proches de l'ébullition | 1.5 |
| Eau d'alimentation de chaudière | 2 |
| Applications à faible hauteur de levage d'aspiration | 1.5 |
| Vitesse variable / large plage de fonctionnement | 1.5 |
Source: engineeringtoolbox.com
Calculatrice — Estimation du NPSHa
NPSH disponible
Marge NPSH et convertisseur d'unités
Concepts sources préservés
La page source distingue hauteur d'aspiration, hauteur de vapeur du liquide, hauteur nette de pression positive d'aspiration, NPSH disponible et NPSH requis. Pour un réservoir d'aspiration ouvert, la pression atmosphérique contribue une hauteur de pression positive, la pression de vapeur soustrait la hauteur de vapeur, le niveau statique du liquide ajoute ou soustrait la hauteur d'élévation, et les pertes de charge dans la canalisation d'aspiration soustraient des pertes. Les liquides contenant du gaz dissous peuvent caver ou libérer du gaz avant d'atteindre la limite de pression de vapeur du liquide pur ; c'est pourquoi l'eau chaude, les hydrocarbures et les liquides riches en gaz nécessitent une marge supplémentaire.
Exemple - Pompage d'eau à partir d'un réservoir ouvert
Pour une pompe aspirant de l'eau d'un réservoir ouvert au niveau de la mer, la pression atmosphérique fournit environ 10,3 m de hauteur d'eau. Le NPSH disponible est réduit par la hauteur de pression de vapeur du liquide, la hauteur d'aspiration ou augmenté par la hauteur d'aspiration noyée, et les pertes de charge dans la canalisation d'aspiration.
Par exemple, l'eau à 20 °C a une pression de vapeur d'environ 2,3 kPa, correspondant à environ 0,24 m de hauteur de vapeur d'eau. Avec un réservoir ouvert, l'axe de la pompe à 3 m en dessous de la surface de l'eau, et 0,5 m de perte de charge d'aspiration :
Si la même pompe était installée avec 3 m d'aspiration en dépression au lieu d'une aspiration noyée, le terme d'élévation serait négatif et le NPSH disponible chuterait à environ 6,56 m.
NPSH et liquides avec gaz dissous
Les liquides contenant de l'air dissous ou d'autres gaz peuvent libérer du gaz lorsque la pression chute, même avant d'atteindre la pression de vapeur du liquide pur. Ce dégagement gazeux peut réduire les performances de la pompe, provoquer un fonctionnement bruyant et imiter les symptômes de cavitation. L'eau chaude, le condensat, les hydrocarbures et les liquides de proche de leur point d'ébullition doivent donc être conçus avec une marge de NPSH supplémentaire et une canalisation d'aspiration conservatrice.
Dégazage, sous-refroidissement du liquide, augmentation de l'élévation du réservoir, pressurisation du vaisseau d'aspiration, réduction de la vitesse de la ligne d'aspiration et réduction des raccords dans le parcours d'aspiration sont des moyens courants d'améliorer le NPSHa pour les liquides riches en gaz.
Tableaux sources originaux restaurés
Les tableaux suivants sont restaurés à partir de la page source originale pour préserver les données de référence complètes.
Hauteur d'aspiration et réduction de la hauteur d'aspiration pour l'eau et la température
oC (oC) | kN/m2, kPa (kN/m2, kPa) | m (m) | m (m) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0.6 | 0 | 10.3 |
| 5 | 0.9 | 0 | 10.2 |
| 10 | 1.2 | 0 | 10.2 |
| 15 | 1.7 | 0 | 10.2 |
| 20 | 2.3 | 0.1 | 10.1 |
| 25 | 3.2 | 0.2 | 10 |
| 30 | 4.3 | 0.3 | 9.9 |
| 35 | 5.6 | 0.4 | 9.8 |
| 40 | 7.7 | 0.7 | 9.5 |
| 45 | 9.6 | 0.8 | 9.4 |
| 50 | 12.5 | 1.1 | 9.1 |
| 55 | 15.7 | 1.5 | 8.7 |
| 60 | 20 | 1.9 | 8.3 |
| 65 | 25 | 2.3 | 7.8 |
| 70 | 32.1 | 3.1 | 7.1 |
| 75 | 38.6 | 3.8 | 6.4 |
| 80 | 47.5 | 4.7 | 5.5 |
| 85 | 57.8 | 5.8 | 4.4 |
| 90 | 70 | 7 | 3.2 |
| 95 | 84.5 | 8.5 | 1.7 |
| 100 | 101.33 | 10.2 | 0 |
Source: engineeringtoolbox.com
Réduction de la hauteur d'aspiration pour l'eau en fonction de l'altitude
Altitude(m) | Réduction de la hauteur d'aspiration (m) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 250 | 0.3 |
| 500 | 0.6 |
| 750 | 0.89 |
| 1000 | 1.16 |
| 1250 | 1.44 |
| 1500 | 1.71 |
| 1750 | 1.97 |
| 2000 | 2.22 |
| 2250 | 2.47 |
| 2500 | 2.71 |
Source: engineeringtoolbox.com
Hauteurs d'aspiration pour le pompage d'hydrocarbures
Fluid | Température(oC) | Pression de vapeur absolue (kPa) |
|---|---|---|
| Ethanol | 20 | 5.9 |
| Ethanol | 65 | 58.2 |
| Acétate de méthyle | 20 | 22.8 |
| Methyl Acetate | 55 | 93.9 |
Source: engineeringtoolbox.com
Images sources originales
Les images sources originales suivantes sont préservées pour éviter de perdre le matériel de référence visuel. Lorsqu'une image contient des données graphiques ou tabulaires, ses valeurs extraites sont représentées dans les tableaux, calculateurs ou graphiques interactifs de la page ; les images restantes sont conservées comme références visuelles sources.
Courbe du système de pompe - Représentation interactive
Courbe du système de pompe et région de meilleur rendement
Notes d'ingénierie
- Utilisez toujours des pressions absolues. Une erreur courante est de mélanger des valeurs manométriques et absolues. Pression atmosphérique ≈ 101,3 kPa abs au niveau de la mer.
- Les liquides chauds sont le plus grand risque. La pression de vapeur de l'eau à 80 °C est d'environ 47 kPa — près de la moitié de la pression atmosphérique — laissant très peu de marge de NPSHa dans les systèmes ouverts.
- Incluez la tête d'accélération pour les pompes volumétriques (à déplacement positif) ; l'écoulement pulsatoire ajoute une perte de charge supplémentaire côté aspiration qui n'est pas capturée par les pertes par frottement en régime permanent.
- Le dimensionnement des tuyauteries compte. Une tuyauterie d'aspiration sous-dimensionnée augmente la hauteur de vitesse et les pertes par frottement, ce qui réduit toutes deux le NPSHa.
- L'élévation de la source par rapport à la pompe () est mesurée de la surface du liquide à l'axe de la pompe ; un montage noyé (+) est bien plus fiable qu'une aspiration en dépression (−).
- Les fluides visqueux ou à masse volumique élevée augmentent les pertes par frottement et peuvent modifier la courbe de NPSHr ; consultez le fabricant de la pompe pour les facteurs de correction.
- Les exigences de submersion à l'aspiration empêchent la formation de vortex et l'entraînement d'air, ce qui réduit efficacement le NPSHa même lorsque le niveau statique semble adéquat.