Pompe centrifuge
Pompe centrifuge
Une pompe est un dispositif mécanique qui permet de transférer un liquide d'un point à un autre. Elles sont utilisées dans le monde entier à des fins domestiques et industrielles. Les fabricants de pompes proposent aujourd'hui plusieurs types de pompes sur le marché, dont la pompe centrifuge. Cet article traite de la pompe centrifuge, de son principe de fonctionnement et des différents types disponibles sur le marché aujourd'hui.
DEMANDER UN DEVIS POUR PLUS DE DÉTAILS
Qu'est-ce qu'une pompe centrifuge ?
Les pompes centrifuges sont des dispositifs mécaniques qui convertissent l'énergie mécanique d'une roue en énergie de pression d'un fluide. Généralement, un moteur électrique est couplé à l'arbre de la pompe pour fournir l'énergie mécanique nécessaire. Ces pompes entrent dans la catégorie des pompes dynamiques, qui augmentent l'énergie cinétique du fluide en augmentant sa vitesse d'écoulement. Par conséquent, les pompes centrifuges génèrent un débit et une pression de manière dynamique en conférant une vitesse et une pression au fluide par l'intermédiaire de la roue.
La première pompe centrifuge a été inventée dans les années 17th siècle. La pompe a ensuite connu une série d'améliorations en termes de configuration des aubes, ce qui a permis à Denis Papin d'introduire une pompe centrifuge à aubes droites. Au siècle suivant, vers 1851, un célèbre découvreur britannique, John Appold, a inventé une pompe centrifuge à aubes incurvées.
Pièces d'une pompe centrifuge
Une pompe centrifuge se compose des éléments principaux suivants : roue, volute ou corps, arbre, tuyau d'aspiration, tuyau de refoulement et roulements.
Chiffre 1: Les différents composants d'une pompe centrifuge
Roue
La roue est un rotor qui a pour rôle d'augmenter l'énergie cinétique et la pression du fluide. Elle est équipée d'une série d'ailettes courbées vers l'arrière. Elle est généralement montée sur l'arbre de la pompe et logée dans un boîtier étanche.
Arbre
L'arbre est un composant mécanique rotatif reposant sur des roulements. Sa fonction principale est de porter la roue à aubes. Il est généralement couplé au moteur principal.
Volute (Casing)
Le carter est un passage d'air étroit entourant la roue. Le corps agit comme un récipient sous pression et possède des orifices d'aspiration et de refoulement. Il contient le liquide et dirige le flux dans la pompe par le tuyau d'aspiration et hors de la pompe par le tuyau de refoulement.
Tuyau d'aspiration
Le tuyau d'aspiration comporte deux extrémités : l'une est reliée à l'entrée de la pompe et l'autre plonge dans l'eau. L'extrémité inférieure du tuyau d'aspiration est équipée d'un clapet de pied pour empêcher le reflux de l'eau et d'une crépine pour empêcher les corps étrangers de pénétrer dans le tuyau.
Tuyau de refoulement
Comme le tuyau d'aspiration, le tuyau de refoulement a également deux extrémités, l'une étant reliée à la sortie de la pompe tandis que l'autre achemine l'eau à une hauteur déterminée. L'objectif principal du tuyau d'aspiration est d'élever le fluide jusqu'à la zone requise
Paliers
L'objectif principal des roulements est de supporter l'arbre ou le rotor et de les aligner correctement avec les extrémités fixes sous l'action des forces radiales et axiales. Ils permettent également de contenir le mouvement relatif du rotor et de minimiser le frottement entre l'arbre en rotation et le stator.
Principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge
Cette section décrit le principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge. Le fonctionnement d'une pompe centrifuge est régi par le principe du vortex forcé qui stipule que lorsqu'une masse de fluide tourne sous l'effet d'une force appliquée, la hauteur de pression du fluide augmente. L'augmentation de la hauteur de pression qui en résulte entraîne le transfert du fluide d'un point à un autre. L'augmentation de la hauteur de pression est directement proportionnelle à la vitesse du fluide. Par conséquent, la hauteur de charge sera plus élevée à la sortie de la pompe et le fluide sera donc refoulé à une pression plus élevée. La force centrifuge, qui est égale à la variation du moment angulaire du rotor, fait circuler le fluide à l'intérieur du corps de la pompe, convertissant la vitesse cinétique du fluide en pression. Le fonctionnement d'une pompe centrifuge suit les étapes suivantes :
- Tout d'abord, le rotor est alimenté mécaniquement par un moteur électrique. La roue est directement couplée au moteur électrique par l'intermédiaire d'un arbre et tourne au même régime que le moteur.
- Lorsque la roue commence à tourner, un vide est créé à l'intérieur de l'œil de la roue et l'eau pénètre axialement dans la roue.
- Une fois que l'eau frappe les pales de la roue, la force centrifuge agissant sur les pales fait tourner l'eau radialement et axialement vers l'extérieur jusqu'à ce qu'elle passe à travers tous ses composants et soit poussée contre le corps de la pompe.
- Au niveau de la volute de la pompe, l'eau tourne à la même vitesse que la roue et l'énergie cinétique de l'eau est convertie en une hauteur de pression avant que l'eau ne quitte le corps et n'entre dans le tuyau de refoulement.
Types de pompes centrifuges
pompe centrifuge à un étage
Il s'agit d'un type de pompe centrifuge qui se compose d'une seule roue dans son corps. En raison de sa conception simple, une pompe centrifuge à un étage est très facile à entretenir. Cette pompe convient le mieux aux applications impliquant une faible pression de fluide et des débits importants.
Pompe centrifuge multicellulaire
Ce type de pompe centrifuge comporte trois roues ou plus. Dans cette pompe, le fluide passe par plusieurs chambres à liquide qui sont connectées en série. La pression du liquide augmente à chaque étage de la pompe. Lorsqu'il entre dans la première chambre, le liquide est à la pression d'aspiration et il est à une pression beaucoup plus élevée lorsqu'il sort de la chambre. Cette pression est encore plus élevée lorsque le fluide entre dans la deuxième chambre, et ainsi de suite. Ces types de pompes sont particulièrement adaptés aux débits élevés.
Pompe centrifuge horizontale
Une pompe centrifuge horizontale se caractérise par un arbre et une roue orientés horizontalement, généralement entre les paliers de la pompe. Cette pompe peut être facilement couplée à un moteur d'entraînement (turbine, moteurs électriques ou moteur). Elle est également plus facile à installer et à entretenir. Cependant, elle a une hauteur d'aspiration positive nette (NPSH) limitée et une température et une pression de travail faibles. En raison de leur faible hauteur d'aspiration, les pompes centrifuges horizontales sont mieux adaptées aux applications intérieures où l'espace vertical est limité.
Pompe centrifuge verticale
Une pompe centrifuge verticale est constituée d'un arbre orienté verticalement, fendu radialement et surplombé. Elle a un NPSH variable et convient donc à une large gamme d'applications. Cependant, les pompes centrifuges verticales sont difficiles à installer et à entretenir car elles nécessitent une hauteur de refoulement importante. L'arbre en porte-à-faux pose également des problèmes lorsque la pression d'aspiration est élevée, car il devient difficile d'équilibrer la poussée axiale.
Pompe centrifuge cryogénique
Il s'agit d'un type de pompe centrifuge utilisée pour déplacer des liquides de refroidissement et des gaz industriels liquéfiés, tels que l'argon liquide, l'oxygène liquide et l'azote liquide. Elles constituent un composant important pour les processus impliquant des gaz industriels purs et mélangés. La conception d'une pompe centrifuge cryogénique comprend également un type de pompe à un étage comprenant une seule roue et un type de pompe à plusieurs étages comprenant plusieurs roues. Elles sont conçues pour fonctionner à des températures extrêmement basses. Elles sont donc caractérisées par des joints hermétiques afin de réduire les fuites de chaleur du moteur. Cela permet également d'éviter la contamination du fluide cryogénique par le fluide de traitement. Ils sont utilisés dans des applications telles que le refroidissement de câbles ou d'aimants supraconducteurs à haute température.
Pompe centrifuge monobloc
Ce type de pompe centrifuge comprend un moteur électrique et une pompe centrifuge dans un seul bloc, d'où le nom de pompe centrifuge monobloc. Cette pompe peut fonctionner en aspiration négative, c'est-à-dire que la pompe est maintenue au-dessus du niveau de l'eau, ou en aspiration positive, c'est-à-dire que la pompe est maintenue sous le niveau de l'eau mais non immergée. Cependant, l'application de la pompe centrifuge monobloc en aspiration négative est limitée par le soulèvement de l'aspiration - un gradient de pression négative qui existe entre le niveau de la surface de l'eau et le centre hydraulique de la pompe.
Pompe centrifuge en acier inoxydable
Ces types de pompes centrifuges sont constitués de composants en acier inoxydable. Elles sont largement utilisées dans les secteurs agricole, domestique et industriel pour augmenter la pression de l'eau, filtrer l'eau et aérer les étangs et les fontaines. Comme tous les composants de la pompe sont fabriqués en acier inoxydable (par exemple, SS 304 ou 316), les pompes ont une très grande résistance à la corrosion et conviennent donc à l'utilisation d'eau propre, à la transformation des produits laitiers et à la production d'aliments et de boissons. En outre, ces pompes peuvent également résister à des situations qui pourraient endommager les pompes conventionnelles, par exemple les produits chimiques durs et les environnements. Elles peuvent donc être utilisées pour transférer des produits chimiques et résister aux dommages causés par les acides.
Avantages d'une pompe centrifuge
Les pompes centrifuges offrent une myriade d'avantages dans leurs applications industrielles. Ces avantages sont les suivants
- Simplicité de conception et facilité de contrôle
- Convient pour les grands débits et les petites hauteurs de chute
- Nécessite un entretien minimal
- Convient pour de grandes quantités d'eau et de grands débits
- fournit un rendement régulier et constant
- Peut fonctionner dans une large gamme de débits
- Ils ne présentent pas de problèmes de fuite. Cela est dû au fait qu'ils ne contiennent pas de joints d'entraînement
- Il n'y a pas de risque de transfert de chaleur et donc pas de problème de transfert de chaleur.
- Ils conviennent pour les fluides dangereux
- Ils sont exempts de pression externe. La présence d'un couplage magnétique permet d'éviter l'apparition d'une pression externe.
- Ils ont une excellente efficacité opérationnelle
Inconvénients d'une pompe centrifuge
Une pompe centrifuge n'est pas sans inconvénients. Voici quelques-uns des inconvénients de l'utilisation d'une pompe centrifuge
- La pompe peut surchauffer
- Peut souffrir d'une perte d'énergie due au couplage magnétique
- Une charge intense peut entraîner une défaillance de la pompe
- La pompe est sujette à la rouille, ce qui peut potentiellement l'endommager.
Applications de la pompe centrifuge
Les pompes centrifuges sont privilégiées pour la plupart des activités de transfert de fluides dans diverses industries. Parmi les industries où les pompes centrifuges sont les plus utilisées, on peut citer l'agriculture, l'exploitation minière, les stations d'épuration municipales, les industries pétrolières, chimiques et pétrochimiques, les industries énergétiques et pétrolières, et bien d'autres encore. Les utilisations les plus courantes des pompes centrifuges sont les suivantes :
- Pompage de l'eau
- soutenir les équipements de protection contre les incendies industriels
- Régulation de l'eau chaude
- Approvisionnement en eau résidentielle et industrielle
- augmentation de la pression
- Fabrication de produits alimentaires et de boissons
- Élimination des eaux usées/du lisier
- fabrication de produits chimiques
Dépannage des pompes centrifuges
Il arrive que des défauts dans le système de pompage soient à l'origine d'un mauvais fonctionnement d'une pompe centrifuge. Voici quelques guides du fabricant sur la manière de détecter et de corriger les problèmes mécaniques courants d'une pompe centrifuge.
Peu ou pas d'écoulement
- La roue à aubes est peut-être endommagée (remplacer la roue à aubes si elle est endommagée)
- La roue est bouchée (nettoyer la roue).
- Le caisson n'est pas rempli d'eau au départ. La solution consiste à remplir le carter. Ce processus est également connu sous le nom d'amorçage de la pompe.
- La hauteur de charge totale est trop élevée. L'action corrective consiste à réduire l'aspiration
- Fuite au niveau du joint du boîtier. La solution consiste à remplacer le joint
- Le débit de la pompe est supérieur à la capacité du puits.
- Fuite d'air dans la conduite d'aspiration (remplacer ou réparer le système de tuyauterie à l'aide d'un produit d'étanchéité).
- la pression d'entrée est insuffisante (ajouter de l'eau pour augmenter la pression d'entrée)
- La vanne d'aspiration ou de refoulement est fermée (s'assurer que les vannes sont ouvertes).
La pompe vibre et produit un bruit excessif
- La hauteur d'aspiration est trop élevée (réduire la hauteur d'aspiration)
- la roue est endommagée ou usée (remplacer la roue)
- Les roulements du moteur sont usés (remplacer les roulements)
- présence de corps étrangers dans la pompe (démonter la pompe et la nettoyer)
- La plaque de montage et la fondation manquent de rigidité (renforcer la fondation, monter la pompe de manière étanche).
La pompe ne démarre pas ou ne fonctionne pas
- Défauts dans le câblage de la pompe, c'est-à-dire connexions desserrées ou câbles cassés (réparer toute connexion desserrée, remplacer le câble cassé et s'assurer que le câblage de la pompe est conforme au schéma de câblage du moteur).
- Soit le disjoncteur est ouvert, soit le fusible est grillé (réinitialiser le disjoncteur, remplacer le fusible).
- le moteur est réglé
- Présence d'un circuit ouvert dans la surcharge thermique (laisser refroidir la pompe, vérifier la cause de la surcharge et redémarrer la pompe).
La pompe ne développe pas de pression
- Pas d'eau d'amorçage dans le corps (remplir le corps de la pompe)
- fuite au niveau des garnitures mécaniques (remplacer les garnitures)
- La conduite de refoulement est fermée et l'air d'amorçage ne peut pas s'échapper (ouvrir la conduite de refoulement).
- fuite au niveau du clapet de pied ou du clapet anti-retour (remplacer les clapets)
Fuite de la pompe au niveau de l'arbre
- Les garnitures mécaniques sont usées (remplacer les garnitures)
Le moteur surchauffe et s'arrête
- inadéquation entre la tension du moteur et la tension d'alimentation (vérifier la tension d'alimentation du moteur par rapport à la tension spécifiée sur la plaque signalétique)
- Collision entre la roue et le corps de la pompe ou absence de rotation libre de la roue (démonter la pompe, aligner la roue ou la remplacer).
- Utilisation de fils de taille inappropriée (les codes électriques nationaux constituent un guide précis sur la taille des fils et les dispositifs de protection des circuits).
Perte d'aspiration
- Tuyau d'amorçage défectueux
- Hauteur d'aspiration trop élevée (réduire la hauteur d'aspiration)
- La crépine, le pied et les clapets anti-retour sont bouchés (déboucher).
- La hauteur d'aspiration ou la pression d'entrée est insuffisante (augmenter la contre-pression ou la pression d'entrée en ajoutant de l'eau dans le réservoir).
- clapet de pied ou clapet anti-retour usé
Résumé
Une pompe centrifuge est un type de pompe courant pour le transfert de fluides. Elle convertit l'énergie mécanique d'une roue en énergie de pression du fluide. Les pompes centrifuges sont classées dans la catégorie des pompes dynamiques. Il s'agit de pompes où l'énergie cinétique d'un fluide est augmentée en augmentant la vitesse d'écoulement. Il existe de nombreux types de pompes centrifuges, notamment les pompes centrifuges monoétagées, multiétagées, horizontales et verticales, et bien d'autres encore. Les principaux éléments d'une pompe centrifuge sont la roue, le corps, le tuyau d'aspiration et les tuyaux de refoulement. Les pompes centrifuges fonctionnent selon le principe du vortex forcé, où l'énergie cinétique du fluide augmente sous l'effet des forces appliquées à la hauteur de pression du fluide. La pompe centrifuge est le type de pompe le plus utilisé dans les habitations et dans l'industrie. Les applications courantes des pompes centrifuges comprennent le pompage de l'eau, les équipements industriels de protection contre les incendies, la régulation de l'eau chaude, la surpression, l'évacuation des eaux usées et des boues, la fabrication de produits alimentaires et de boissons, la fabrication de produits chimiques.
Les pompes centrifuges offrent de nombreux avantages dans leur utilisation domestique et industrielle, notamment une conception simple et compacte, un besoin d'entretien minimal, un débit régulier et constant, la possibilité de fonctionner sur une large gamme de débits, un débit important avec une hauteur de refoulement plus faible et une excellente efficacité opérationnelle. Cependant, elles présentent également divers inconvénients, notamment la surchauffe, la perte d'énergie due au couplage magnétique et l'apparition de défaillances dues à une charge intense. Pour le fonctionnement courant des pompes centrifuges, il est nécessaire d'avoir quelques connaissances en matière de dépannage des pompes. Cet article explique comment identifier et résoudre plusieurs problèmes de fonctionnement de la pompe, notamment le fait qu'elle ne débite que très peu, qu'elle vibre et produit un bruit excessif, que le moteur de la pompe surchauffe et s'arrête, et bien d'autres encore.