Pompes centrifuges verticales

Typhoon

Les pompes centrifuges verticales TYPHOON sont des pompes à haute efficacité pour installation fixe, avec la pompe immergée directement dans le réservoir de stockage.

Ces pompes sont utilisées pour vider rapidement le fluide, avec des débits variant de 6 à 40m3/heure. Le design particulier de la roue semi-ouverte permet un pompage continu même avec des fluides sales, ayant une viscosité apparente jusqu’à 500cps, et avec des petites parties solides en suspension.

Les TYPHOON sont des pompes à transmission électrique qui, grâce à un accouplement flexible, transmettent la rotation à l’arbre, et la roue, grâce à l’effet centrifuge, aspire sur le conduit central et libère sur le tuyau périphérique.

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 roue (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 trajet du centre de la roue vers sa périphérie sous l’action des forces centrifuges, et traverse des canaux à section croissante formés par des pales courbées. Déjà sur ce parcours, une partie de l’énergie cinétique est transformée en énergie de pression.

À la sortie de la roue, le fluide entre dans la volute, également réalisée avec une section croissante, et la partie restante de l’énergie cinétique est transformée en énergie de pression qui augmente la hauteur manométrique. Plus l’énergie de pression transférée au fluide est importante, et donc la hauteur manométrique de la pompe, plus le fluide de travail peut être envoyé loin.

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

Caratteristiche della pompa centrifuga aCARACTÉRISTIQUES DE LA POMPE CENTRIFUGE

À chaque pompe centrifuge est associée une 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, de la vitesse du moteur (c’est-à-dire de la vitesse de rotation de la roue) 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 considérer.
L’axe des ordonnées (axe y) 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 la distance à laquelle le fluide peut être poussé s’il rencontre des résistances sur son parcours, telles que la hauteur, des courbes ou des vannes.

Définissons :

ΔZ comme la différence de hauteur entre le bassin inférieur A et le bassin supérieur B ;
PA et PB comme les pressions agissant respectivement sur la surface libre du bassin supérieur A et B ;
γ comme le poids spécifique du fluide (= densité du fluide*accélération de la gravité g) ;
ΣY comme 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, et donc = 0, et avec = = pression ambiante, nous aurions = ΔZ, et donc la pompe centrifuge transmet toute son énergie pour surmonter seulement la hauteur.

En réalité, la pompe doit surmonter plus que la simple différence de hauteur car les conditions idéales ne peuvent jamais être atteintes. Par conséquent, la hauteur à atteindre est

H = ΔZ + (P_B – P_A)γ + Σ Y

Une fois les dimensions de la pompe centrifuge (roue et volute) et la vitesse de rotation de la roue (donnée par le nom de tours du moteur) 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 W, en Watts, nécessaire pour le déplacer :

𝑊 = 𝛾 ⋅ 𝑄 ⋅ 𝐻

La puissance réelle absorbée par le moteur est légèrement supérieure car il faut considérer qu’il y aura toujours des pertes dues à la friction et à la fluidodynamique à l’intérieur de la pompe, considérées dans le rendement η. La courbe de puissance, toujours en fonction du débit Q, se réfère à la formule suivante

𝑊𝑎 = 𝑊/𝜂

Le fait que l’augmentation du débit entraîne 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 pour des applications où il est nécessaire de transporter un liquide rapidement et de manière continue. Cependant, avant de la choisir, il est essentiel d’évaluer toutes les conditions de fonctionnement :

Fluide traité : Une pompe centrifuge est une machine à haute performance mais délicate. Par conséquent, le liquide de travail doit avoir une viscosité faible à moyenne et un poids spécifique jusqu’à 1,9 kg/l. Des valeurs supérieures solliciteraient excessivement les pièces mécaniques et l’impulseur, et le fonctionnement du moteur serait compromis en raison d’absorptions hors plage. Malgré l’impulseur ouvert, qui permet le passage de liquides sales, il n’est pas conseillé d’aspirer des liquides avec des particules solides longues et d’un diamètre supérieur à un millimètre. L’utilisation d’une pompe centrifuge pour des fluides trop corrosifs ou très sales risque d’endommager l’impulseur ou les garnitures mécaniques.
Température : Les pompes centrifuges Fluimac peuvent être utilisées dans une plage de -5°C à +65°C si elles sont fabriquées en polypropylène, et entre -20°C et +95°C si la pompe centrifuge est en PVDF. Il est important que le fluide reste toujours à l’état liquide.
Conditions de travail : 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 à la fois 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 VERTICALE TYPHOON

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 roue (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 roue (turbine) est le composant principal de la pompe centrifuge et la partie mobile avec laquelle le fluide échange de l’énergie. Fabriqué en matière plastique renforcée de fibres (PP + FRP ou PVDF + CF selon l’utilisation de la pompe centrifuge et du fluide traité), il 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 roue ouverte permet le passage de liquides légèrement sales, tandis que le traitement de fluides avec des viscosités jusqu’à 500 CPS ou des poids spécifiques jusqu’à 1,9 kg/l est garanti par le mouvement solidaire et concentrique de la roue par rapport au moteur, connectés via un arbre et un accouplement 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 roue. Pour chaque roue, 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 travail.

Le corps de 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 par un tuyau de refoulement. 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 bague d’usure est le composant qui travaille par frottement, donc soumis à une plus grande usure. Elle maintient l’arbre en position parfaitement concentrique par rapport au moteur, qui sinon tournerait de manière excentrique en raison des forces agissant sur la roue. Elle est composée d’une partie tournante solidaire avec la roue et d’une partie fixe bloquée par rapport aux composants statiques de la pompe centrifuge. Normalement, une pompe centrifuge atteint des vitesses de rotation d’environ 3000 tr/min, et atteint donc des températures très élevées en très peu de temps. Il est essentiel que la bague 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. La bague est faite de carbure de silicium et de Téflon, qui garantissent moins d’usure, une plus grande résistance mécanique et chimique, et supportent mieux les chocs thermiques, permettant de travailler à des températures plus élevées.
La lanterne contient les éléments de transmission du mouvement : arbre et roulement reliés au moteur via l’accouplement de transmission. Elle doit garantir la parfaite concentricité entre les parties fixes et rotatives. À elle se connecte la colonne de revêtement, qui entrera en contact avec le fluide, via une plaque de support. La structure globale doit être la plus solide et stable possible pour minimiser les vibrations qui seraient transmises sur toute la longueur de la pompe centrifuge verticale.
Le moteur est l’organe qui transmet le mouvement. Dans la plupart des cas, il s’agit d’un moteur électrique à 2 pôles (environ 3000 tr/min). Différentes courbes caractéristiques de la pompe centrifuge peuvent être obtenues, en fonction du nombre de tours.

COMMENT UTILISER LA POMPE CENTRIFUGE VERTICALE TYPHOON

Les pompes centrifuges verticales maintiennent la concentricité de rotation grâce à une bague d’usure placée juste au-dessus de l’impulseur, et doivent toujours être refroidies. Nous les avons conçues de manière à ce que cette tâche soit toujours effectuée par le fluide de travail, sans utilisation de moyens supplémentaires, mais il est important de se rappeler que la pompe centrifuge verticale ne doit être mise en marche que lorsqu’elle est immergée au moins jusqu’au niveau minimal, jamais à sec, pour éviter la fusion des composants fixes.
Les pompes centrifuges sont idéales dans les situations qui requiert un débit continu, mais, en raison des vitesses et forces importantes en jeu, il est préférable d’éviter les fluides riches en particules solides ou très corrosifs qui endommageraient la roue 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 roue 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 roue). Les pompes centrifuges verticales Fluimac doivent toujours être installées sous le niveau d’eau, et donc partiellement submergées. Il est toutefois possible de contrôler la hauteur maximale d’aspiration à l’aide des 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 verticale, 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.