Principaux paramètres et problèmes courants de la pompe hydraulique

Principaux paramètres et problèmes courants de la pompe hydraulique

1.6.4 Performances de cavitation et d'aspiration de la pompe hydraulique

Comme nous le savons tous, la haute pression et la vitesse élevée constituent un moyen important de réduire la taille et le poids des pompes hydrauliques. Cependant, l'un des obstacles à la haute vitesse est la cavitation. La résistance à la cavitation de diverses pompes est évaluée par la performance d'aspiration.

(1) La cavitation est un problème courant. Une faible quantité d'air est dissoute dans le fluide hydraulique. Lors du fonctionnement du système hydraulique, lorsque la pression (pression absolue) est inférieure à la pression de séparation de l'air de l'huile à la température correspondante, le gaz précipite et forme des bulles, phénomène appelé cavitation. Ces bulles sont amenées par le fluide vers la zone de haute pression. Sous l'effet de la haute pression, elles éclatent rapidement, réduisant considérablement le volume et se condensant. L'huile sous haute pression environnante remplit le volume à grande vitesse, créant un choc hydraulique (également appelé coup de bélier). La pression d'impact peut atteindre plusieurs centaines de MPa, provoquant des vibrations. Lorsque la pression d'impact est supérieure à la limite d'élasticité du matériau en contact avec le fluide, des dommages mécaniques se produisent à la surface du métal. Le gaz acide peut se séparer du fluide, ce qui peut provoquer une oxydation, voire une action électrochimique, accélérant ainsi la corrosion de la surface métallique. De petites cavités se forment à la surface de la zone endommagée, et les dommages atteignent plusieurs millimètres de profondeur. Après la cavitation, le liquide devient trouble et accompagné de bruit, et peut même se rompre dans les cas graves.

Dans un système hydraulique, lorsque la pression est inférieure à la pression de séparation de l'air, un phénomène de cavitation peut se produire. Par exemple, les papillons de vannes hydrauliques, les conduites de petit diamètre, etc., peuvent provoquer un phénomène de cavitation, mais le phénomène le plus notable est celui de la pompe hydraulique, qui constitue le cœur du système.

La cavitation dans la pompe hydraulique se produit lors de l'aspiration de l'huile, car la pression absolue dans l'orifice et la chambre d'aspiration de la pompe est généralement inférieure à la pression atmosphérique (0,1 MPa). Lorsque la pression totale dans la chambre d'aspiration de la pompe hydraulique surmonte toutes les pertes de charge, telles que les filtres et les conduites, et accélère le débit du liquide pour suivre le mouvement du presseur de la pompe, la pression résiduelle est facilement inférieure à la pression de séparation de l'air, ce qui provoque la cavitation. Des bulles se condensent alors lors du drainage de l'huile dans la zone haute pression, provoquant ainsi la cavitation.

La cavitation réduit non seulement la durée de vie de la pompe hydraulique et son efficacité, mais a également des effets néfastes sur l'ensemble du système hydraulique et d'autres composants. Il convient donc de l'éviter autant que possible.

(2) Mesures visant à améliorer les performances anti-cavitation et les performances d'aspiration de la pompe hydraulique dans la fabrication et la réparation de la pompe hydraulique, les mesures visant à améliorer les performances anti-cavitation de la pompe hydraulique sont les suivantes : augmenter la longueur de l'arc d'aspiration ou modifier la direction d'entrée d'huile pour réduire la perte de résistance à l'aspiration d'huile ou faire en sorte que la force centrifuge aide à absorber l'huile ; adopter des matériaux aux propriétés mécaniques et chimiques relativement stables (tels que le cuivre et l'acier inoxydable) et améliorer la rugosité de surface des pièces. Cela peut améliorer la qualité du travail et augmenter la dureté de certains matériaux (tels que l'acier au carbone et l'acier inoxydable).

Lors de l'utilisation et du fonctionnement d'une pompe hydraulique, afin d'éviter la cavitation, il convient de choisir une pompe à forte capacité d'auto-amorçage, dans la mesure du possible. La pression d'aspiration minimale (pression limite) de la chambre d'aspiration d'huile doit être supérieure à la pression de séparation de l'air du liquide (la pression de séparation de l'air étant liée au type, à la température et à la solubilité du liquide). Les résultats de mesure montrent que plus la température de l'huile et la solubilité de l'air sont élevées, plus la solubilité de l'air est élevée. La pression d'aspiration minimale et la capacité d'auto-amorçage sont les deux indices de performance d'aspiration d'une pompe hydraulique, définis comme suit.

1. La pression d'aspiration minimale permet à la pompe hydraulique d'absorber l'huile à son régime maximal. La pression minimale autorisée à l'aspiration est appelée pression d'aspiration minimale de la pompe hydraulique.

2. La capacité d'auto-amorçage d'une pompe hydraulique est d'absorber l'huile par elle-même grâce à la pression atmosphérique. La pression d'aspiration minimale (pression absolue) d'une pompe auto-amorçante doit être inférieure à la pression atmosphérique. La capacité d'auto-amorçage est généralement exprimée par le degré de vide (différence entre la pression atmosphérique et la pression absolue). Plus le degré de vide est élevé, plus la capacité d'auto-amorçage de la pompe hydraulique est élevée.

Afin d'assurer le bon fonctionnement de la pompe hydraulique, le vide à l'orifice d'aspiration d'huile ne doit pas être trop important, c'est-à-dire que la pression absolue P2 à cet orifice ne doit pas être trop basse. Sinon, lorsque la pression absolue est inférieure à la pression de séparation d'air PG de l'huile, l'air dissous dans l'huile se sépare et précipite, formant ainsi une cavitation. Il est donc nécessaire de limiter le vide à l'orifice d'aspiration de la pompe hydraulique ou d'en augmenter la pression. Il est donc évident que les mesures visant à limiter le vide à l'orifice d'aspiration d'huile ou à en augmenter la pression doivent non seulement augmenter le diamètre du tuyau d'aspiration d'huile, le raccourcir et réduire la résistance locale afin de réduire (ρ v2g2) / 2 et △ P, mais également limiter la hauteur d'aspiration d'huile HS de la pompe hydraulique. La hauteur d'aspiration d'huile varie selon les types de pompes hydrauliques, généralement HS ≤ 0,5 m. Si la pompe hydraulique est installée sous le niveau de liquide du réservoir d'huile pour former un reflux (lorsque HS est négatif), il est plus avantageux de réduire le degré de vide de l'orifice d'aspiration d'huile de la pompe hydraulique.

L'exemple ci-dessus permet de conclure que, pour une certaine vitesse de la pompe hydraulique, il est nécessaire d'augmenter autant que possible la pression totale à l'orifice d'aspiration afin d'éviter la cavitation. Des mesures spécifiques peuvent être prises à partir des points suivants.

1 Augmentez le diamètre du tuyau d'aspiration de la pompe pour réduire la vitesse d'écoulement du liquide.

2. Essayez de réduire la hauteur entre la pompe hydraulique et le niveau de liquide du réservoir d'huile.

③ Un filtre de grande capacité est utilisé à l'extrémité du tuyau d'aspiration d'huile et la pompe hydraulique est immergée dans l'huile du réservoir d'huile (Fig. n) pour réduire la perte de résistance.

④ La pompe à haut débit adopte un réservoir d'huile surélevé, c'est-à-dire que le réservoir d'huile est installé au-dessus de la pompe hydraulique (Figure o), formant un reflux.

5. La pompe auxiliaire est réglée pour refouler l'huile sous une certaine pression vers l'orifice d'aspiration de la pompe hydraulique principale. Par exemple, dans le système hydraulique illustré à la figure P, la pompe auxiliaire 1 alimente en huile sous pression l'aspiration des pompes hydrauliques principales 2 et 3 (toutes deux entraînées par le même moteur hydraulique 4), et la pression d'aspiration est réglée par la soupape de décharge 5. La pression de refoulement maximale des pompes 2 et 3 est réglée respectivement par les soupapes de décharge 6 et 7.

6. Un réservoir d'huile sous pression est utilisé. Il est fermé et de l'air à basse pression y est introduit. Comme le montre la figure Q, sa composition et son principe : la pompe hydraulique 2 aspire l'huile du réservoir 9, complètement fermé, et le réservoir est rempli d'air filtré et sec. La pression de charge (légèrement supérieure à la pression atmosphérique) est réglée par le détendeur 5, généralement entre 0,05 et 0,07 MPa. Afin d'éviter toute surpression, la soupape de sécurité 4, le manomètre à contact électrique 3 et l'alarme sont activés. L'augmentation de la pression du réservoir de carburant augmentant la teneur en air de l'huile, le réservoir sous pression est réservé à des utilisations spéciales (système hydraulique d'avions de ligne, etc.).

7. Pour la pompe utilisée dans des situations de basse température, des mesures de chauffage doivent être prises pour l'huile dans le réservoir d'huile afin d'éviter la cavitation due à la basse température de l'huile et à la viscosité élevée.

Il convient de noter que la performance d'aspiration d'une pompe hydraulique dépend uniquement de sa structure. Le passage d'admission des pompes à engrenages et à vis est relativement lisse, ce qui améliore la performance d'aspiration. La performance d'aspiration des pompes à palettes et à piston est médiocre en raison de la résistance du mécanisme de distribution de la soupape d'admission. La résistance à l'écoulement de la soupape d'admission est la plus importante et la performance d'aspiration la plus faible.