Cavitation du vérin hydraulique

La cavitation des cylindres hydrauliques est un cauchemar pour tout système hydraulique, entraînant une série de problèmes dommageables en cascade qui finiront par détruire des composants critiques (et coûteux) de votre système hydraulique. Alors que la plupart des gens associent les problèmes de cavitation aux pompes et aux moteurs, la cavitation peut également être un problème pour les vérins hydrauliques. Afin de minimiser ou d'éliminer les dommages dus à la cavitation, la connaissance de son fonctionnement et du type de dommages qu'il entraîne sont de bons points de départ. Cependant, l'approche la plus sage pour traiter les problèmes de cavitation consiste à prendre des mesures préventives.

Définition de la cavitation

L'explication la plus simple de la cavitation est la présence de gaz piégé dans des bulles dans un liquide. Dans le cas de systèmes hydrauliques et de composants tels que des pompes ou des vérins, le liquide impliqué est le fluide hydraulique transmettant la pression. Dans les vérins hydrauliques, la pression transmise par le fluide est utilisée pour un actionnement linéaire qui peut déplacer des milliers de livres en appuyant sur un bouton. Évidemment, de très hautes pressions sont impliquées.

Des bulles remplies de gaz dissous ou de vapeur commencent à se former et à croître lorsque la pression est proche de celle de la vapeur saturée pour la température du fluide (par exemple, il y a ébullition localisée du fluide). Pour un cylindre, tout ce que le fluide doit faire est de descendre en dessous de la pression atmosphérique pour que des bulles se forment.

Lorsque ces bulles s'effondrent sur elles-mêmes (ou implosent), il en résulte du bruit, de la chaleur, de graves dommages à la surface et un impact négatif sur l'efficacité et la productivité. Essentiellement, les bulles génèrent un puissant choc mécanique qui se traduit par des microjets impactant le métal à proximité. Cette implosion se produit lorsque les bulles atteignent une zone de basse pression qui provoque la condensation de la vapeur qu'elles contiennent. Le métal commence à s'user dans un processus appelé érosion par cavitation, usure par cavitation ou piqûre par cavitation.

La cavitation peut également se produire lorsque de l'air est emprisonné dans le fluide hydraulique (phénomène connu sous le nom d'aération). Lorsque la pression augmente (par exemple, lorsque la tige se referme sur le capuchon d'extrémité d'un vérin hydraulique), les bulles éclatent violemment. Dans un vérin hydraulique, la cavitation se produit le plus souvent du côté chapeau du piston lorsqu'il s'étend rapidement, et en particulier lorsqu'il tente d'arrêter une charge en dépassement. Cela se produit également lorsque la tige pointe vers le bas tout en supportant une forte charge de traction à l'extrémité. Certains experts diront qu'il ne s'agit pas de véritable cavitation, mais ses effets sont les mêmes.

Reconnaître la cavitation

L'un des moyens les plus simples de détecter la cavitation dans un vérin hydraulique est le son :lorsque les bulles de cavitation implosent, vous pouvez les entendre sous la forme d'un bruit de cliquetis intense. Vous remarquerez également des piqûres à la surface des pièces affectées par la cavitation; dans le cas des vérins hydrauliques, il se trouve sur la surface de la tige et sur la surface intérieure du vérin.

Problèmes causés par la cavitation

La cavitation peut entraîner de multiples problèmes au sein d'un système hydraulique dans son ensemble, ainsi que des vérins hydrauliques. Ceux-ci incluent l'usure accélérée des surfaces critiques, la défaillance des joints, la génération de chaleur indésirable, la réduction de la qualité de l'huile hydraulique et les problèmes de lubrification.

Usure de surface accélérée

L'un des problèmes les plus graves causés par la cavitation est l'usure de surface, parfois connue sous le nom de piqûres. Gardez à l'esprit que les bulles de vapeur implosent à un niveau presque moléculaire, libérant une énorme quantité de force sur une zone incroyablement petite. Cela conduit à des contraintes élevées - des contraintes suffisamment élevées pour éliminer le métal des surfaces adjacentes à ces bulles. Le résultat est une usure très accélérée sous forme de piqûres de surface et de contamination interne. Les particules métalliques retirées de la surface resteront dans le système et peuvent provoquer la formation d'encore plus de bulles de cavitation.

Défaillance prématurée du joint

Gardez également à l'esprit que la finition de surface peut être un facteur important dans de nombreuses applications, et en particulier avec les vérins hydrauliques. Lors de la sélection d'un joint approprié pour un vérin hydraulique, la finition de surface de la tige est essentielle. Si la tige subit des piqûres dues à la cavitation, cela entraînera une usure prématurée du joint. Lorsque le joint commence à s'user, du liquide hydraulique peut fuir (ce qui réduit les performances) et des contaminants environnementaux tels que la poussière et l'humidité peuvent pénétrer à l'intérieur.

Génération de chaleur excessive

Les implosions de bulles conduisent également à des températures élevées, atteignant parfois jusqu'à 5 000 ° F. De plus, à mesure que la surface est endommagée, il y aura une friction accrue lorsque le fluide s'écoulera. Ce frottement entraîne non seulement des pertes de système et une efficacité moindre, mais également une génération de chaleur indésirable. C'est l'une des raisons pour lesquelles une chaleur excessive peut également être un indicateur fort de cavitation.

Réduction de la qualité des fluides

En raison des températures élevées qui peuvent résulter de la cavitation, le fluide hydraulique est très susceptible de subir une dégradation (une réduction globale de la qualité du fluide). Une chaleur excessive et des températures élevées feront vieillir le liquide plus rapidement que la normale, affecteront sérieusement les additifs présents et réduiront la viscosité du liquide.

Manque de lubrification

La présence de bulles dans le fluide hydraulique peut également entraîner un manque de lubrification, entraînant un contact métal sur métal et une usure prématurée. Ce type d'usure prend une forme différente de celle résultant directement de l'implosion et de l'explosion par cavitation :il ressemblera à des abrasions selon un motif cohérent avec le mouvement des pièces métalliques plutôt qu'à des piqûres.

Prévenir la cavitation

L'un des moyens d'éviter la cavitation réside dans le contrôle de la température. Si le fluide hydraulique est trop visqueux, les chutes de pression deviendront plus problématiques; cette augmentation de viscosité peut être le résultat d'un fluide hydraulique à une température moins qu'idéale. De plus, des températures élevées combinées à de basses pressions peuvent également provoquer une cavitation, il faut donc veiller à ce que le fluide hydraulique soit aussi proche que possible d'une température de fonctionnement idéale. Dans certains cas, cela peut être aussi simple que d'isoler les tuyaux hydrauliques contre la lumière directe du soleil.

Les pertes de tuyauterie peuvent contribuer à la cavitation et résulter de problèmes tels que l'utilisation d'un trop grand nombre de raccords, un revêtement de tuyau ou un tuyau d'aspiration effondré, un joint dépassant dans les tuyaux, une pompe de remplacement qui a trop de capacité pour le système ou l'accumulation de solides sur la surface intérieure des tuyaux.

Une autre façon d'empêcher la cavitation qui s'applique particulièrement aux vérins hydrauliques consiste à empêcher l'air de pénétrer dans le système hydraulique. Par exemple, les systèmes hydrauliques et certains composants doivent être purgés correctement après avoir été remplis (ou rechargés) pour libérer l'air emprisonné dans le système. Lorsque du liquide supplémentaire est ajouté au système, il doit être introduit doucement pour éviter les éclaboussures et l'agitation - qui peuvent tous deux permettre à l'air d'être entraîné avec le liquide. De plus, des réservoirs hydrauliques mal conçus peuvent favoriser par inadvertance le piégeage d'air dans le fluide hydraulique.

La présence de particules contaminantes dans le fluide hydraulique peut servir de point de départ pour la formation de bulles de cavitation, donc garder le fluide hydraulique propre et le système exempt de contaminants peut être un excellent point de départ. Cela implique de changer les filtres hydrauliques au besoin, de filtrer tout fluide hydraulique qui pénètre dans le système et de traiter les fuites dès qu'elles sont détectées.

Réparer les dommages causés par la cavitation

Lorsque des pièces ont subi des dommages de surface dus à la cavitation, les réparations sont souvent une cause perdue. Pour les pièces à géométrie circulaire, telles que les tiges et les cylindres, les dommages par piqûres sont souvent trop profonds au moment où ils sont découverts pour que le polissage fonctionne, car les tiges et les cylindres doivent respecter des conditions de surface et des tolérances géométriques très strictes. À moins que le dommage ne soit découvert rapidement, il serait plus sage de remplacer les composants endommagés. Pour les joints endommagés par effet secondaire de la cavitation, le remplacement de la lèvre du joint peut suffire.

Conclusion

La cavitation cause tellement de dégâts :usure accélérée de la surface sous forme de piqûres, défaillance prématurée du joint, génération de chaleur indésirable, qualité du fluide hydraulique compromise et manque de lubrification entraînant une usure supplémentaire. La meilleure façon de traiter la cavitation est de prendre des mesures pour la prévenir, car une fois qu'elle fait des ravages sur les surfaces de l'équipement (y compris les vérins hydrauliques), elle peut être extrêmement difficile, voire impossible, à réparer. Les mesures préventives contre la cavitation sont la ligne de conduite la plus sage et peuvent souvent inclure des principes de maintenance de base (par exemple, purger l'air du système, filtrer le fluide hydraulique). Dès que les vérins hydrauliques commencent à faire des bruits de cliquetis ou deviennent plus chauds que la normale, il est temps de les faire vérifier.

Hydraulique MAC

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