Brevet FR2643458A1 — publié le 19900824

DISPOSITIF DE DETECTION ET DE MESURE POUR LA DETERMINATION EN CONTINU DE LA CAVITATION DANS LES POMPES DYNAMIQUES Cette invention concerne un dispositif de détection et de' mesure simple et peu coQteux pour la détermination en continu de la cavitation dans les pompes dynamiques, qui ne se contente pas de permettre de détecter efficacement et directement, et, par conséquent, de façon fiable, le phénomène de cavitation, dès l'apparition des bulles de gaz initiales (cavltation naissante), mals qui permet également au phénomène d'être mesuré avec précision et de façon continue, ce qui permet par conséquent la détermination de sa variation dans le temps. Il est bien connu que si la pression de succion est progressivement réduite dans une pompe dynamique tout en conservant tous les autres parametres constants, on observe la formation de bulles de gaz, situees initialement sur le bord avant des lames (cavitatlon naissantes. Ce dernier Phénomène n'influence pas de façon appreciable les caractéristiques de la pompe, mals il a un effet négatif sur la duree de vie de la pompe du fait que l'implosion des bulles de gaz provoque la corrosion et i'eroslon des lames. Egalement, si la pression est encore redulte, il y a une augmentation considérable de la generation de bulles de gaz (pleine cavltation) et les caractéristiques de la pompe se dégradent conslderablement. A partir de ce qui précède. il est clair que les caractéristiques et la durée de vie d'une pompe dynamique sont influencées de façon négative par le pnenomene de cavltatlon, et il est par consequent apparent qu'un système capable de détecter le phenomene des qu'il apparait présentera un avantage. Différents systemes sont de3a connus dans l'état de la technique pour détecter la cavltation dans les pompes dynamiques, et ceux-ci peuvent être substantiellement divisés en deux categorles, dont la premiere est utllisee uniquement dans les laboratoires spécialement équipes pour étudier le phenomène, et emploie des lampes stroboscopiques synchronisées avec la vitesse de rotation des lames, celles-ci permettant une inspection visuelle des lames et, par conséquent, la détermination du moment o commencent a se produire des bulles de gaz. Un tel système visuei presente cependant une série d'inconvénients dérivant du besoin d'effectuer des modifications substantielles sur le côte de succion de la pompe et de la nécessite de la presence constante d'un opérateur pour observer le phenomene. Les systemes de detection de la deuxième catégorie sont utilises industriellement, et, dans ceux-ci, une pompe doit être contrôlée afin de l'empêcher de fonctionner dans des conditions de cavitatlon, et lis utilisent la detection indirecte du phenomène dans le sens que des effets secondaires produits par la cavltation, tels que le bruit, la vibration, les impulsions de pression, etc.. sont détectés en utilisant des détecteurs appropriés. Ces systèmes ont également des inconvénients. dûs substantiellement au fait que la detection indirecte du phenomène de cavltation est tres dlfficlie et problématique. du fait que lesdits effets secondaires a détecter peuvent également être induits par nombreuses autres causes qui sont indépendantes de la cavltatlon. De plus, il est très problématique, voire impossible, de déterminer le phénomène au niveau de la cavltatlon naissante, parce que lesdits effets secondaires tels que le bruit et la vibration se produisent uniquement lorsque la cavitatlon est à un niveau avancé. De plus, les signaux produits par les détecteurs doivent être analysés par des instruments plutôt sophistiqués, et par conséquent coûteux. Flnalement, un autre inconvénient de ce système est que le seuil au-dela duquel le phénomène se produit varie de façon considérable selon le type de pompe et la configuration de l'usine. L'obDJet de la presente invention est par consequent de remedier auxdits inconvénients en procurant un dispositif de détection et de mesure pour déterminer la cavitatlon dans les pompes dynamiques, grâce auquel la détection directe du phénomène n'est pas influencée par d'autres facteurs étrangers au phénomène lui-même et elle peut egalement le detecter a partir de la formation des bulles de gaz initiales, c'est-à-dire au niveau de la cavitation naissance, et qui n'a également pas besoin de la présence constante d'un opérateur ou de l'utilisation d'une instrumentation sophistiquée et coûteuse, et qui, par l'analyse continue du phénomène, permet d'obtenir une information complète en relation avec ses progrès dans le temDs. Ceci est obtenu substantiellement du fait que la quantité de lumière réfléchie par les lames rotatives d'une pompe dynamique dépend d'un grand nombre de facteurs, mais, dans tous les cas, subit une variation significative lorsque le phénomène de cavitation est present. Bien sur, à partir de tests expérimentaux, on a trouve que, dès la formation de bulles de gaz initiales sur le bord avant des lames, c'est-à-dire lors de la cavitatlon naissante, il y avait un changement appréclable de la lumière réfléchie par rapport à celle obtenue lorsque les bulles sont absentes, ce changement étant deia suffisant pour être détecté par un détecteur, et augmentant proportionnellement a l'étendue du pnenomene. Il suffit par conséquent de disposer un détecteur à proximite de la buse de succion conduisant aux lames du premier étage de la pompe dynamique, ce détecteur étant compose d'un émetteur de lumière et d'un détecteur de lumèlere qui sont inclines selon un certain angle l'un par rapport à l'autre de façon à se centrer parfaitement sur le bord avant des lames, et, par conséquent, à être capable de détecter le phénomène de cavltatlon à partir de son commencement. De cette façon, la lumière émise par les lames rotatives excite le détecteur optique, qui génère un signal electrlque proportionnel au rayonnement incident sur celui-ci. Lorsque la cavltation commence, ledit rayonnement Incident sur le détecteur optique subit un changement de lumière qui est converti en une variation correspondante dans ledit signal électrique, dont la valeur, amplifiée de façon appropriée par des moyens habituels, peut être utilisée pour générer une alarme indicative de la présence de la cavitatlon. Egalement, une mesure continue du signal électrique produit par le détecteur, celui-ci etant proportionnel au phénomène, permet d'obtenir une information complète concernant les progrès du phénomène avec le temps. Par conséquent, le dispositif de détection et de mesure pour la determination en continu de la cavitation dans les pompes dynamiques comportant une serle de lames rotatives et une buse de succion, est caractérise selon la présente invention par le fait qu'i se compose d'une sonde optique montee à proximité de ladite buse de succion de la pompe, ladite sonde comportant un émetteur de lumière et un détecteur optique qul sont positionnés inclinés selon un certain angle l'un par rapport a l'autre, de façon à être parfaitement centres sur le bord avant desdites lames. Selon une reallsatlon préférée de la présente invention, ladite sonde optique. comportant un émetteur de lumière et un detecteur optique, est enfermée dans un tube en acier hermétiquement fermé muni à son extrémité active d'une fenêtre transparente, ledit tube étant inséré dans un trou approprié disposé dans ladite buse de succion de pompe et étant fixé à l'intérieur de celle-ci, de telle sorte qu'il ne faisse pas saillie dans le fluide entrant afin de ne pas perturber l'écoulement de fluide au niveau de l'orifice d'entrée de la pompe. L'invention est décrite cl-après en se référant au dessin joint, qui lllustre une réalisation préférée de celle-ci à titre d'exemple non limitatif uniquement, du fait que des modifications techniques et de construction peuvent être faites à celle-ci sans quitter l'étendue de l'applicabîilté de la présente invention. Ainsi, par exemple le détecteur de l'invention peut être utilisé pour analyser la cavitation sur une lame spgcifique de la pompe; dans ce but, en connaissant la vitesse de rotation de la pompe. il suffit de faire émettre au détecteur de lumière des impulsions lumineuses synchronisees avec ladite vitesse de rotation. Dans ledit dessin, la figure représente une vue en coupe partielle d'un dispositif de détection et de mesure selon l'invention appliqué à une pompe centrifuge. Dans la figure, le numéro de référence 1 indique le rotor de pompe, qui est muni de lames 2, 3, 4, 5, son arbre 6 tournant dans la direction de la flèche 7. Le numéro de réféerence 8 indique le canal de diffusion disposé dans le boîtier de pompe 9, et, finalement, 1C indique la buse de succion du rotor. Dans ladite buse 10 se trouve un trou 11 dans lequel est fixé un tube 12 en acier hermetiquement fermé muni d'une fenêtre transparente 13 à travers laquelle fonctionne une sonde optique renfermée dans ledit tube 12 et alimentée par l'ilntermédiaire du connecteur 14 qui est également utilisé pour retirer le signal électrique généré par ladite sonde. Ledit tube 12 est fixé dans ledit trou 11l de telle sorte qu'il ne fasse pas saillie dans ladite buse de succion 10 (voir la figure) afin de ne pas créer d'obstacles, et, par conséquent, de perturbations, au fluide qui doit être aspiré. Ladite sonde optique se compose d'un émetteur de lumière 15 positionné de façon à faire converger son faisceau lumineux 16 sur le bord avant (5' dans la figure) des lames 2 à 5 du rotor 1, et d'un détecteur optique 17 disposé de façon à produire un signal électrique proportionnel à l'etendue du faisceau lumineux l1 reflechl par les lames, ledit détecteur et ledit émetteur étant positionnes en étant inclines d'un certain angle l'un par rapport à l'autre de façon à être centrés sur la même region de la lame. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection et de mesure pour la détermination continue de la cavltation dans des pompes dynamiques comportant une série de lames (2, 3, 4, 5) et une buse de succion (10), caractérisé par le fait qu'il se compose d'une sonde optique montee a proximite de ladite buse de succion (10) de la pompe, ladite sonde comportant un émetteur de lumière (15) et un détecteur optique (17) qui sont positionnés en étant inclinés d'un certain angle l'un par rapport à l'autre de façon à pouvoir être parfaitement centrés sur le bord avarnt desdites lames. 2. Dispositif de détection et de mesure pour la détermination continue de la cavltation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite sonde optique, composée d'un émetteur de lumière (15) et d'un détecteur optique (17), est enfermée dans un tube (12) en acier hermétiquement fermé, muni à son extrémité active d'une fenêtre transparente (13), ledit tube (12) étant inséré dans un trou approprié (11) pratiqué dans ladite buse de succion de pompe (10) et fixé à l'intérieur de celle-ci de façon à ne pas faire saillie dans le fuide aspire.