Turbines hydrauliques - Capsules théoriques

La cavitation d'entrée extrados est le deuxième phénomène cavitant d'intérêt. Comme son nom l'indique, elle se situe dans la zone du bord d'attaque et généralement près de la ceinture. Parfois même elle affecte le congé de raccordement entre l'extrados et la ceinture. Se trouvant du côté amont de la roue, elle n'est que très peu affectée par le niveau aval et donc le sigma.

Elle est due à un écart entre l'angle d'incidence du fluide et celui de l'aubage à l'entrée qui est combiné au virage à l'entrée de la ceinture. Cette violente accélération crée une dépression locale. Le chiffre de vitesse, et donc la chute pour le prototype, est le paramètre qui déclenche l'apparition de cette cavitation. Plus la chute est élevée plus la cavitation d'entrée est possible et dommageable. Cette cavitation est peu influencée par la puissance et ne l'affecte pas.

Les turbines confrontées à des variations de chute importantes devront être étudiées sur cet aspect lors de la conception.

L'énergie présente dans le fluide étant voisin de la chute nette, la cavitation provoquée est très agressive. Les surfaces attaquées sont petites et leur rugosité ne pénalise que très peu les rendements. L'agressivité ne se mesure donc pas en surface mais en profondeur qui peut devenir importante.

Si cette cavitation est combinée aux vortex de charge partielle, elle peut créer des chargements variables importants et à haute fréquence menant inévitablement à la fissuration.

Cette cavitation se maîtrise maintenant facilement grâce à la CFD lors de la conception. Une fois la roue réalisée, elle peut parfois se corriger en modifiant l'angle de l'aubage à l'entrée. Ce qui n'est pas une mince tâche.

Sur le graphique suivant on représente pour deux filets voisin de la ceinture le champ de pression le long de l'abscisse curviligne. On y voit bien que la pression absolue plonge à l'entrée de façon très pointue. C'est cette dépression qui cause la cavitation d'entrée.