Pompes centrifuges horizontales avec joint mécanique

Dragon

Les pompes centrifuges horizontales en plastique DRAGON sont des pompes hautes performances actionnées par un moteur électrique à entraînement direct pour un transfert et un drainage rapides des fluides avec des débits allant de 6 à 40 m3/h.

La conception spéciale de la turbine semi-ouverte permet un pompage continu même avec des fluides sales ayant une viscosité apparente allant jusqu’à 500 cps et de petits solides en suspension.

Les pompes centrifuges DRAGON sont dotées d’un corps de pompe solide et d’une lanterne pour le raccordement du moteur électrique et l’inspection de la garniture mécanique.

La turbine semi-ouverte est montée sur l’arbre de la pompe qui est solidaire de l’arbre d’entraînement du moteur électrique.

La garniture mécanique de l’arbre est logée à l’arrière de la turbine.

Principe de fonctionnement de la pompe centrifuge

La pompe centrifuge est une pompe hydraulique (turbomachine) qui traite le fluide de travail dans un volume constant dans le temps à travers des canaux toujours ouverts, avec un flux généralement stationnaire (donc pas besoin de vannes à l’intérieur).

Lorsque la turbine est mise en rotation, elle transmet également une rotation au fluide (énergie cinétique) et crée une dépression dans le conduit d’aspiration qui, avec la poussée de la pression atmosphérique, aspire le liquide à l’intérieur de la pompe centrifuge.

Le fluide suit un chemin du centre de la turbine à sa périphérie en raison de l’action des forces centrifuges, et passe à travers les canaux à section transversale croissante formés par des pales incurvées. Déjà dans ce chemin, une partie de l’énergie cinétique est transformée en énergie de pression.

En sortant de la turbine, le fluide entre dans la volute, qui est également fabriquée avec une section transversale croissante, et la quantité restante d’énergie cinétique est transformée en énergie de pression qui augmente la hauteur manométrique. Plus l’énergie de pression transférée au fluide, et donc à la hauteur manométrique de la pompe, est importante, plus le fluide de travail peut être envoyé loin.

La plage de fonctionnement de la pompe centrifuge est strictement limitée à sa courbe caractéristique.

CARACTÉRISTIQUES DE LA POMPE CENTRIFUGE

Chaque pompe centrifuge est associée à sa propre courbe caractéristique, qui est la représentation graphique des performances de la pompe.

L’axe des abscisses (axe x) indique le débit Q, généralement en m3/h. Il indique la quantité de fluide qui passe dans chaque section de la pompe centrifuge sur une période définie. Cette quantité dépend des caractéristiques dimensionnelles de la pompe, du nombre de tours du moteur (donc de la vitesse de rotation de la turbine) et des caractéristiques du fluide (densité et viscosité en fonction de la température). Le débit influence toutes les performances de la pompe centrifuge et c’est le premier paramètre technique à prendre en compte.
L’axe des ordonnées (axe vertical) indique la hauteur manométrique H , généralement en mètres. Elle est calculée à partir de la différence de pression entre la sortie et l’entrée de la pompe centrifuge et représente jusqu’où le fluide peut être poussé s’il rencontre des résistances sur son chemin, comme la hauteur, les courbes ou les vannes.

Définissons :

ΔZ la différence de hauteur entre le bassin en aval A et le bassin en amont B ;
PA et PB les pressions agissant respectivement sur la surface libre du bassin en amont A et sur la surface libre du bassin en amont B ;
γ = poids spécifique du fluide (= densité du fluide*accélération de la gravité g) ;
ΣY la somme des pertes distribuées et localisées à l’intérieur du système.

Dans des conditions idéales, avec des conduits parfaitement lisses, sans courbes, vannes ou filtres donc = 0 et avec = = , on aurait = ΔZ, donc la pompe centrifuge transfère toute l’énergie pour ne surmonter que la hauteur.

En réalité, la pompe doit surmonter une plus grande quantité que la simple différence de hauteur car les conditions idéales ne peuvent jamais être atteintes, de sorte que la hauteur manométrique qu’elle doit atteindre est

H = ΔZ + (P_B – P_A)γ + Σ Y

Une fois que les dimensions de la pompe centrifuge (turbine et volute) et la vitesse de rotation de la turbine (donnée par le nombre de tours du moteur) sont établies, la courbe caractéristique est unique et typique pour chaque pompe.

En connaissant le poids spécifique du fluide γ, il est également possible de calculer la puissance théorique , en Watts, nécessaire pour le déplacer :

𝑊 = 𝛾 ⋅ 𝑄 ⋅ 𝐻

La puissance réelle a absorbée par le moteur est légèrement supérieure car il est nécessaire de considérer qu’il y aura toujours des pertes dues au frottement et à la dynamique des fluides au sein de la pompe même, prises en compte dans le rendement η. La courbe de puissance, toujours fonction du débit Q, renvoie alors à la formule suivante

𝑊𝑎 = 𝑊/𝜂

Le fait que l’augmentation du débit entraînera une augmentation de la puissance requise, comme le montre le graphique ci-dessous, est facile à comprendre.

CHOISIR UNE POMPE CENTRIFUGE

La pompe centrifuge convient aux applications nécessitant le transport rapide et continu d’un liquide. Cependant, il est essentiel d’évaluer toutes les conditions de fonctionnement avant de le choisir :

Fluide traité : une pompe centrifuge est une machine performante mais plutôt délicate. Le liquide de travail doit par conséquent avoir une viscosité faible à moyenne et un poids spécifique allant jusqu’à 1,9 kg/l. Des valeurs plus élevées solliciteraient excessivement les pièces mécaniques et la turbine, et le fonctionnement du moteur serait compromis en raison d’absorptions hors plage.
Malgré la turbine ouverte, qui permet le passage de liquides sales, l’aspiration de liquides avec de longues particules solides et un diamètre supérieur à un millimètre n’est pas recommandée.
L’utilisation de la pompe centrifuge pour des fluides trop corrosifs ou très sales risque d’endommager la turbine ou les garnitures mécaniques.

Température : Les pompes centrifuges Fluimac peuvent être utilisées dans une plage comprise entre -5°C et +65°C si elles sont en polypropylène, ou dans une plage comprise entre -20°C et +95°C si la pompe centrifuge est en PVDF. L’important est que le fluide reste toujours à l’état liquide.
Conditions de fonctionnement : chaque pompe centrifuge est associée à une courbe caractéristique spécifique qui indique la hauteur manométrique [m] que la machine peut atteindre pour un certain débit [m3/h]. Connaître les conditions de votre système avant de choisir une pompe centrifuge prévient le risque de performances inadéquates et de dommages au système et à la machine.
Configuration : Fluimac propose des pompes centrifuges horizontales et verticales. Les premières sont placées à l’extérieur du réservoir de prélèvement, en dessous du niveau libre du fluide, avec l’axe parallèle au sol ; les secondes sont partiellement immergées dans le fluide et positionnées avec un axe vertical par rapport au sol.
Alimentation du moteur : Les pompes centrifuges Fluimac sont conçues principalement pour fonctionner avec un moteur électrique, mais des configurations avec des moteurs pneumatiques sont possibles. Le système doit être adapté et dimensionné pour garantir une alimentation continue.

COMMENT EST FAITE NOTRE POMPE CENTRIFUGE HORIZONTALE DRAGON

La pompe centrifuge est une turbomachine hydraulique capable de traiter le fluide par le travail effectué par effet centrifuge à travers des canaux fixes et rotatifs toujours ouverts, sans modifier la compressibilité du fluide. D’où le nom de pompe centrifuge. Le mouvement mécanique transmis par le moteur à la turbine fournit de l’énergie cinétique au flux (accélération dans la direction radiale) qui est transformée en énergie de pression dans les canaux divergents suivants.

Les composants principaux d’une pompe centrifuge verticale sont:

La turbine est le composant principal de la pompe centrifuge et la partie mobile avec laquelle le fluide échange de l’énergie. Fabriquée en matière plastique renforcée de fibres (PP + FRP ou PVDF + CF selon l’utilisation de la pompe centrifuge et du fluide traité), elle se compose d’une série de pales courbées formant des canaux de plus en plus grands au fur et à mesure que le rayon augmente. La turbine ouverte permet le passage de liquides légèrement sales, tandis que le traitement de fluides avec des viscosités allant jusqu’à 500 CPS ou des poids spécifiques allant jusqu’à 1,9 kg/l est garanti par le mouvement solide et concentrique de la turbine par rapport au moteur, relié par l’intermédiaire d’un arbre de transmission.
Il est possible d’atteindre différents débits volumétriques [m3/h] et hauteurs manométriques [m] en contrôlant le diamètre, la courbure, la hauteur et le nombre de pales de la turbine.
Pour chaque turbine, il y aura une courbe caractéristique de la pompe centrifuge, c’est-à-dire la hauteur manométrique qui peut être atteinte pour un certain débit, la plage de fonctionnement et le point de fonctionnement.

Le corps de la pompe ou volute, en forme d’escargot, avec une section croissante dans le sens du mouvement, permet l’aspiration axiale verticale du fluide et la refoulement radial vers le côté, convoyé vers le haut. En plus de diriger le flux, il est également fondamental pour les performances de la pompe centrifuge : la zone croissante ralentit de manière appropriée le fluide, donc l’énergie cinétique est transformée en énergie de pression.
La garniture à soufflet mécanique est le composant qui travaille par frottement, et donc soumis à une plus grande usure, et qui assure l’isolation du fluide et de la partie hydraulique de l’extérieur. Il se compose d’une partie mobile qui tourne avec la turbine et d’une partie fixe verrouillée par rapport aux composants statiques de la pompe centrifuge. Normalement, une pompe centrifuge atteint des vitesses de rotation d’environ 3000 tr/min, de sorte que des températures très élevées sont atteintes en très peu de temps. Il est essentiel que la garniture mécanique soit toujours refroidie (par le liquide de travail) et que la pompe centrifuge ne soit jamais mise en marche à sec, au risque sinon de faire fondre les composants fixes.
Les pièces qui travaillent par friction sont en carbure de silicium qui assure moins d’usure, a une plus grande résistance mécanique et chimique, et résiste mieux aux chocs thermiques lui permettant de travailler à des températures plus élevées.

L’enveloppe extérieure est l’assemblage des brides de raccordement et de la lanterne qui relie le moteur à la partie hydraulique, en gardant cette dernière isolée de l’extérieur. Une structure solide minimise les vibrations et les frottements indésirables, prolongeant ainsi la durée de vie de la pompe centrifuge.
Le moteur est la partie qui transmet le mouvement. Dans la plupart des cas, il s’agit d’un moteur électrique bipolaire (environ 3000 tr/min). Il est possible d’obtenir différentes courbes caractéristiques de la pompe centrifuge en fonction du nombre de tours.

COMMENT UTILISER LA POMPE CENTRIFUGE HORIZONTALE DRAGON

Les pompes centrifuges horizontales fonctionnent à travers une garniture à soufflet mécanique qui doit toujours être refroidie. Nous les avons conçus de manière à ce que cette tâche soit toujours effectuée par le fluide de travail, sans l’utilisation de moyens supplémentaires, mais il est important de se rappeler que la pompe centrifuge ne doit être démarrée que lorsqu’elle est amorcée, jamais sèche, pour éviter la fusion des composants.

Les pompes centrifuges sont idéales pour les applications nécessitant un débit continu, mais compte-tenu des vitesses et des forces importantes impliquées, il est préférable d’éviter les fluides riches en particules solides ou très corrosifs, qui endommageraient la turbine et obstrueraient les canaux de passage.
Il est possible de déplacer des fluides jusqu’à 500 CPS ou ayant une densité spécifique jusqu’à 1,9 kg/l en augmentant la puissance du moteur. À un nombre de tours [rpm] constant, augmenter la puissance du moteur n’affecte pas le débit et la hauteur manométrique de la pompe centrifuge, mais compense l’augmentation de l’effort dû à des liquides plus lourds.
Une pompe centrifuge est une machine très efficace mais délicate. Il est nécessaire de connaître les caractéristiques de l’installation et du fluide de travail pour choisir la machine appropriée.
- De par leur principe de fonctionnement, les pompes centrifuges créent une dépression à l’aspiration. Si la pression absolue à l’entrée de la turbine est inférieure à la tension de vapeur du liquide de travail, le phénomène de cavitation se produit (création de bulles de liquide évaporé et implosion sur la turbine). Les pompes centrifuges horizontales de Fluimac, généralement positionnées à l’extérieur des réservoirs de liquide, doivent toujours être installées sous le niveau du liquide afin que le liquide puisse facilement entrer dans l’aspiration de la pompe. Cependant, il est possible de vérifier la hauteur d’aspiration maximale en utilisant les courbes NPSH : Le NPSH (disponible) de la pompe doit toujours être supérieur au NPSH requis par l’installation, en considérant la hauteur géodésique (différence de hauteur entre le réservoir en aval et l’entrée de la pompe), les pertes de charge entre ces deux sections et la différence de pression entre la pression de surface libre du réservoir en aval et la tension de vapeur du liquide.
- Outre les conditions d’aspiration, il est essentiel de connaître les caractéristiques des conduites de refoulement car elles influencent le calcul de la hauteur manométrique. Avant de choisir la pompe centrifuge horizontale, il est nécessaire de connaître la hauteur manométrique requise par l’installation : à la hauteur géodésique (différence de hauteur entre le réservoir en aval et celui en amont à travers lequel le fluide doit être déplacé) il faut ajouter toutes les pertes de charge dues à l’installation. Nous pouvons diviser les pertes en deux types : distribuées et localisées. Les premières dépendent de l’écoulement du fluide dans les conduites, et il est nécessaire de connaître les dimensions et les conditions des tuyaux ; les secondes dépendent de facteurs localisés dans l’installation, tels que les courbes, les vannes ou les filtres.
- Enfin, il est nécessaire de connaître le fluide de travail. La viscosité et la densité influencent également le calcul des pertes de charge et le choix de la puissance du moteur.