Brevet FR2353054A1 — publié le 19771223

Le phenonene de cavitation se produit dans un circuit hydraulioue7 lorsaltil se forme, au seine cet ecoulement à la suite d'une dépression locale, une cavite remplie de vapeur saturante du liquide véhiculé. Lorsqu'une cavité de vapeur saturante est entraînée dans une zone d'ecoulement I pression plus elevee, ou lorsque la pression locale augmente brutalement, cette cavite implose. Si cette implosion se fait au voisinage d'une paroi, il peut se produire une érosion dite de cavitation due à des actions mécaniques provoquees par une mise en vitesse du liquide lors de ladite implosion. Ces cavites sont de dimensions variables et sont distribuees de façon irreguliere dans le temps et dans l'espace, de sorte que leur agressivite et la localisation de leurs points d'impacts a l'intérieur sont mal definis dans le temps et dans l'espace. Il en resulte un phénomène d'érosion extreement complexe qu'il est difficile d'analyser de façon précise sur une telle configuration. Les moyens d'étude classiques du phénomene d'érosion par cavitation sur divers materiaux consistent a effectuer des essais systématiques au cours desquels on produit de la cavitation dans un liquide, soit par mise en pression dans un ecoulement dans la sone où l'on place ltechantillon sur lequel on veut étudier l'effet d'érosion, soit en faisant vibrer me barre métallique a haute fréquence (de l'ordre de 10 a 20 Khz) dans un liquide su repos et en fixant l'echantillon a l'extrémité de cette barre, soit en dirigeant des micro3ets de liquide a grande vitesse sur l'echantillon. On analyse alors l'érosion par cavitation sur l'echantillon en mesurant sa perte de masse globale en fonction du tempos. Dans de tels essais, ou les grosseurs des cavités et leurs points d'impact sont mal definis, les resultats obtenus permettent seulement d'etablir un classement relatif des materiaux selon leur resistance à l'érosion, mais non défini en valeur numérique absolue. La présente invention a pour objet un procédé pour l'étude de la résistance des matériaux a l'érosion de cavitation dans lequel on produit une cavitation érodante dans des conditions rigoureusement reproductibles, localisée dans le temps et dans l'espace et réglable en intensité. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on produit dans un écoulement de liquide un mouvement de rotation provoquant dans sa partie centrale une dépression propre à la formation d'une cavité axiale stable bien délimitée de vapeur saturante dont une extrémité est en contact avec l'échantillon du matériau a étudier et en ce que, par la fermeture brusque d'un clapet à l'aval de cette poche, on produit une onde de surpression, provoquant l'implosion de ladite cavité de vapeur saturante susceptible de produire une action érodante sur ledit echantiAlon. La mise en oeuvre de ce procédé peut s'effectuer au moyen d'un appareil constitue par une chambre cylindrique dont une extrémité est fermee par une naroi contenant en son centre l'échantillon à étudier, cette chambre cylindrique comportant, sur une génoratrice, une entrée tangentielle de liquide produisant une rotation du liquide à l'intérieur de la chambre avec formation d'une cavité axiale stable de vapeur saturante dont une extrémité est en contact avec I'échntillon à étudier, l'autre extrémité de cette chambre comportant un orifice d'évacuation duliquide débouchant sur un conduit comportant un clapet à fermeture brusque. Fn raison des dimensions délimitées et réglables et de la stabilité de cette cavité centrale de vapeur saturante qui a la forme d'un barreau, le point d'impact du liquide lors de l'implosion de la cavité sur l'écbantillon est bien localisé. D'autre part, l'instant de l'impact est connu avec précision, puisqu'il correspond à l'implosion qui se produit à la suite de la fermeture brusque du clanet, cette fermeture étant de durée très courte. L'intensité de l'impact est réglable, car elle est fonction de la taille de la cavité, de la géométrie de l'écoulement et du temps de fermeture du clapet. Ces conditions d'essais sont rigoureusement reproductibles, de sorte que l'on peut alors déterminer la résistance a l'érosion de cavitation de façon précise en valeur quantitative des échantillons de matériaux soumis a des conditions hydrodynamiques identiques. Ci-apres, a titre d'exemple, une forme de réalisation de l'invention, en réference aux figures annexées. La figure I est une vue en perspective d'un appareil pour l'étudie de la résistance des matériaux l'érosion par cavitation. - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'appareil de la figure 1. On voit sur la figure 1, une chambre cylindrique (1) ayant à une extrémité un fond (2) comportant un evidement central (3) agencé pour recevoir un échantillon (4) d'un matériau dont on veut déterminer la résistance a l'érosion de cavitation. Un conduit (5) de forme rectangulaire aplatie permet l'introduction de liquide tangentiellement selon la flèche F dans le corps cylindrique, de façon a donner a la masse de liquide à l'intérieur du cylindre un mouvement de rotation selon la floche Fl. L'autre extrémité de la chambre cylindrique (1) comporte un orifice (6). débouchant sur un divergent (7) suivi d'un élément de conduite (8) comportant un clapet (n) visible sir la figure 2 et dont on voit la nanette (14), ce clapet étant à fermeture brusone (infçrieur au I/InD de seconde). Le liquide est introduit nnr le conduit tangentiel sous une pression et une. vitesse telle outil se produit à I'intérieur de la chambre (I) une rotation du liquide formant une cavité centrale de vapeur saturante (10) dont une extrémité est en contact avec l'échantillon (4) à étudier. Fn réalisant la fermeture rapide du clapet (9) on provoque une onde de surnression au niveau de la cavité centrale de vapeur saturante, produisant son implosion, avec intact du liquide situé à l'extrémité de la cavité contre l'échantillon (4) sur un espace bien délimite de celui-ci, réalisant l'érosion par cavitation à cet endroit. On voit sur la vue en coupe longitudinale de la figure 2, le corps cylindrique (I) avec son fond (2) comportant l'évidement central (3) sur lequel l'échantillon (4) est fixé. La cavité centrale (10) de vapeur saturante est visible avec son extrémité en contact avec l'échantillon (4). Le clapet (9) à fermeture rapide est montré en détail sur cette figure, maintenu en position ouverte par la gachette (11) et le ressort (12), et qui se referme brutalement sur son siege (13) sous l'action du courant de liquide lorsque l'on retire la gachette (11), produisant une onde de surpression à l'intérieur de la chambre (1), provoquant l'implosion de la poche centrale (10) de vapeur saturante avec une érosion par cavitation sur l'échantillon (4). REVENDICATTONS 1/ Procédé pour l'étude de la résistance des tiAtériaux à l'érosion par cavitation, caractérisé en ce que l'on produit dans un écoulement de liquide un mouvement de rotation provoquant dans sa tartie centrale une dépression propre à la formation d'une cavité axiale stable (10) bien délimitée, de vapeur saturante, dont une extrémité est en contact avec l'échantillon (4) de matériau à étudier et en ce que, par la fermeture brusque d'un organe (9) à l'aval de la cavité, on produit une onde de surpression, provoquant l'implosion de ladite cavité de vapeur saturante susceptible de produire une action érodante sur ledit échantillon. 2/ Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par une chambre cylindrique dont une extrémité est fermée par une paroi (2) contenant en son centre l'échantillon (4) à étudier, cette chambre cylindrique comportant, sur une génératrice, une entrée tangentielle (5) de liquide, produisant une rotation du liquide à l'intérieur de la chambre avec formation d'une cavité centrale (10) axiale stable de vapeur saturante dont une extrémité est en contact avec l'échantillon à étudier, 1' autre extrémité de cette chambre comportant un orifice (6) d'évacuation du liquidedébouchant sur un conduit comportant un organe (Q) à fermeture brusque.