Pompe à boue submersible
Qu'est-ce qu'une pompe à boues submersible ?
Une pompe à boues submersible est un type de pompe qui peut être entièrement immergée dans un liquide et qui est idéale pour pomper à la fois des boues et du lisier. Les boues et les lisiers sont des fluides contenant de grandes quantités de matières solides. Cependant, la boue est plus molle et plus épaisse, tandis que le lisier est moins visqueux. Comme la pompe fonctionne dans le liquide, le moteur est entouré de joints étanches à l'air et au liquide et est étroitement lié au corps de la pompe. Une pompe à boues submersible pousse le liquide à la surface en convertissant l'énergie électrique fournie par un moteur en énergie cinétique du fluide. L'énergie cinétique est ensuite convertie en énergie de pression, qui génère l'écoulement de la boue ou du lisier à travers la pompe. Elle est très performante pour le pompage de boues épaisses, d'argile, d'eaux usées, de pires boues et de matériaux similaires. Les fabricants de pompes à boues submersibles utilisent également cette pompe pour transférer des solides abrasifs d'une taille allant jusqu'à 2,5 pouces et gérer des débits atteignant des milliers de litres par seconde.
Figure : Présentation d'une pompe à boues submersible
Les fabricants de pompes à boues submersibles conçoivent les pompes pour qu'elles soient très fiables, faciles à utiliser et à entretenir. Leur système d'étanchéité unique et leur conception modulaire améliorent la flexibilité des pompes. Elles sont également disponibles en plusieurs configurations, tailles et capacités de pompage pour répondre aux exigences de diverses applications. Les pompes submersibles à boues sont utilisées dans de nombreuses industries, notamment les stations d'épuration des eaux usées, les produits chimiques, le pétrole, les bassins de décantation des usines, les étangs résiduels et bien d'autres encore.
Composants d'une pompe à boues submersible
Corps de pompe
Le corps de la pompe est généralement en fonte et isolé pour protéger les parties électriques et fonctionnelles de l'unité. Le corps de la pompe contient la roue et comprend les sections d'aspiration et de refoulement. Il comprend également la chambre de volute, qui contribue à la conversion de l'énergie cinétique en hauteur de pression. Les fabricants de pompes à boues submersibles divisent généralement le corps dans le plan horizontal pour faciliter le démontage et l'enlèvement de l'ensemble de la roue. Les deux parties sont maintenues ensemble à l'aide de boulons et de goupilles de positionnement.
Il existe deux types de corps de pompe : la volute et le corps de diffusion. La volute consiste en une spirale dans laquelle le passage du liquide augmente progressivement tout autour de la circonférence du corps. Un réservoir de diffusion est circulaire et contient plusieurs lames de guidage entourant la roue dans l'ensemble de la pompe.
Moteur
Le moteur électrique principalement utilisé avec la pompe à boues submersible est un moteur à induction bipolaire triphasé à cage d'écureuil. Le moteur est la source de l'énergie mécanique nécessaire au fonctionnement de la pompe. Le moteur est également hermétiquement scellé pour empêcher l'eau de pénétrer dans le moteur. Ce moteur est conçu pour fonctionner à différents courants et tensions.
Roue
La roue est la partie centrale rotative de la pompe dont le but est de fournir la force centrifuge pour déplacer le fluide à travers la pompe. Il est conçu avec des pales qui aident à augmenter la vitesse du liquide. Les roues de pompe sont fabriquées en fonte à grain fin ou en acier moulé. Le nombre de roues dans une pompe est égal au nombre d'étages de la pompe. Les fabricants de pompes à boues submersibles classent les roues en fonction de leur géométrie de construction, de la direction du flux et du type d'aspiration.
Arbre
L'objectif de l'arbre est de transférer les couples mécaniques du moteur à la roue pendant le fonctionnement de la pompe. L'arbre de la pompe est généralement couplé au moteur électrique. Les fabricants de pompes submersibles à boues utilisent de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone pour fabriquer les arbres de pompe afin d'améliorer la capacité des arbres à surmonter les charges lourdes et les vibrations pendant le fonctionnement de la pompe.
Paliers
Les paliers portent l'arbre et la roue et assurent leur alignement correct avec les extrémités fixes sous l'effet des forces radiales et axiales. Les paliers réduisent également le frottement entre l'arbre rotatif et le stator et contiennent le mouvement relatif de l'ensemble du rotor.
Section d'admission/séparateur de gaz
La section d'aspiration est le collecteur d'aspiration, qui fournit le liquide de pompage à l'œil de la roue. Les applications à faible pression de fond peuvent contenir une quantité importante de gaz susceptibles d'endommager la pompe. Dans ce cas, la section d'aspiration est remplacée par un séparateur de gaz qui sépare le gaz du fluide lorsqu'il entre dans la pompe.
Câble électrique
Une pompe à boues submersible est alimentée par un câble électrique. Le câble est constitué d'une série de conducteurs qui permettent de répondre aux besoins du moteur. Il peut être galvanisé pour résister à des conditions sous-marines extrêmes.
Vannes de contrôle et de purge
Le but de ce dispositif est de maintenir une colonne d'eau entière au-dessus de la pompe. Sans ce clapet, le liquide du tuyau s'écoulerait dans la pompe lorsque le moteur s'arrête. Le robinet de purge est installé juste au-dessus du clapet anti-retour et permet d'éviter de tirer des tuyaux humides.
Comment fonctionne une pompe à boues submersible ?
Lorsque la pompe est mise en marche, le moteur fait tourner l'arbre et la roue à un régime très élevé. Lorsque la roue tourne, elle déplace le liquide à l'intérieur de la pompe, créant un vide au centre de la roue. Cette dépression permet d'aspirer de plus en plus de liquide dans la pompe lorsque celle-ci fonctionne. Tant que la roue tourne, le liquide est continuellement aspiré pour être transféré. Le liquide contenu dans le corps de la pompe tourne avec la roue. En raison de la force centrifuge agissant sur la roue, le liquide est poussé du centre de la roue vers les bords extérieurs. Il pénètre finalement dans la volute avec une énergie cinétique et une vitesse de fluide très élevées. Dans la volute, la vitesse du fluide diminue lentement en raison de l'expansion progressive de la voie d'écoulement, et une partie de l'énergie cinétique est convertie en énergie de pression statique. Après avoir quitté la volute, le fluide pénètre dans la conduite de refoulement à une pression très élevée, ce qui permet de l'acheminer là où il est nécessaire.
Figure : Présentation d'une pompe à boues submersible
Types de pompes à boues submersibles
Pompe centrifuge submersible à boues
La pompe centrifuge submersible à boues utilise une roue rotative pour déplacer le fluide et est principalement conçue pour les boues dont la concentration ne dépasse pas soixante-dix pour cent de solides en poids. Elles sont également disponibles dans des configurations verticales ou horizontales.
Figure : Pompe centrifuge submersible à boues.
Pompe à boues submersible à déplacement positif
Le type de pompe à boues submersible à déplacement positif utilise un piston alternatif ou une vis rotative pour déplacer et transférer le liquide. Elles sont parfaites pour les boues et les boues à forte concentration de matières solides.
Pompe submersible multicellulaire à boues
Une pompe à boues submersible de type multicellulaire comprend plus de deux roues dans des chambres différentes disposées en série. Cette pompe est puissante car l'énergie de pression de sortie augmente avec le nombre de roues utilisées. Elle peut donc être utilisée pour des applications nécessitant une énergie de pression plus importante. Cependant, son coût est plus élevé que celui des pompes à une seule roue. De plus, sa réparation et son entretien sont plus compliqués en raison des roues utilisées.
Figure : Pompe submersible multicellulaire à boues.
Applications d'une pompe à boues submersible
Les fabricants de pompes à boues submersibles conçoivent cette pompe pour une utilisation dans les usines de traitement des eaux usées, l'industrie chimique, l'exploitation pétrolière, l'agriculture, la construction et de nombreuses autres applications industrielles où le liquide contient un pourcentage élevé de matières solides. Les utilisations typiques sont les suivantes :
- Ils sont utilisés pour le transfert des boues et des lisiers.
- Ils sont utilisés dans les opérations de forage de trous de sonde pour faire remonter les liquides à la surface.
- Ils sont utilisés dans les systèmes d'irrigation.
- Ils sont utilisés pour le traitement de l'eau de mer.
- Ils sont utilisés pour le pompage de liquides abrasifs.
- Ils sont utilisés pour les tâches générales liées aux boues et au lisier.
- Ils sont utilisés dans la construction des ports.
- Les pompes submersibles à boues et les pompes à boues sont utilisées dans les bassins de décantation du charbon.
- Ils sont utilisés pour l'enlèvement de la vase, le transfert des cendres, le nettoyage des barges et des réservoirs.
Avantages d'une pompe à boues submersible
- Le fonctionnement d'une pompe à boues submersible n'est pas sujet à la cavitation.
- Il est pratique et facile à utiliser.
- Il est très efficace et permet d'économiser de l'énergie.
- Il peut prendre en charge des contenus glissants sans que la pompe ne soit endommagée.
- Elles sont submersibles et donc plus efficaces que les pompes d'aspiration car elles utilisent la pression directe pour déplacer le fluide.
- La conception hermétique permet à la pompe de maintenir le fluide à l'écart des pièces mécaniques de l'unité, ce qui garantit le fonctionnement de la pompe sans court-circuit.
- L'utilisation d'une pression directe pour pousser le fluide à travers l'unité rend également la pompe plus efficace pour déplacer des liquides sur de longues distances.
- Les pompes à boues submersibles sont auto-amorçantes et ne nécessitent donc aucune préparation avant leur mise en service.
- Ils sont résistants à la corrosion et à l'usure abrasive grâce aux matériaux très résistants utilisés pour fabriquer les roues et le boîtier.
- Elles sont conçues avec des capteurs qui avertissent l'utilisateur en cas de problème mécanique ou électrique dans la pompe.
Inconvénients d'une pompe à boues submersible
- Une pompe à boues submersible peut surchauffer si elle n'est pas entièrement immergée.
- L'usure du joint, difficilement perceptible dans l'environnement sous-marin, peut se produire et provoquer des fuites ou endommager les parties internes de la pompe. Une fuite de la pompe peut entraîner une grave corrosion du moteur et une défaillance.
- Ses coûts initiaux sont plus élevés que ceux de ses homologues non submersibles, car il s'agit d'un projet plus technique.
Dépannage d'une pompe à boues submersible
Le moteur ne fonctionne pas
- Un disjoncteur s'est déclenché ou un fusible a sauté. Réinitialisez le disjoncteur si nécessaire. Inspectez la pompe à la recherche d'un fusible grillé et remplacez-le.
- Inspecter le panneau d'entrée principal. Pas d'alimentation électrique pour contrôler le panneau. Vérifier que les câbles d'alimentation sont connectés conformément au guide du fabricant de la pompe à boues submersible.
- Sédiments importants autour de la pompe. Inspecter la pompe pour vérifier qu'il n'y a pas d'accumulation et la nettoyer.
- Les câbles de la pompe sont cassés. Inspecter et changer les câbles si nécessaire
Le moteur surchauffe
- Le moteur est défectueux. Inspecter et remplacer le moteur si nécessaire.
- Le moteur est mal installé. Veillez à ce que la pompe soit installée conformément aux recommandations du fabricant de la pompe à boues submersible.
- Un coup de foudre ou un orage provoque une pointe de tension. Installez une protection externe contre les surtensions pour éviter ce problème
Faible capacité de la pompe
- La pompe est inversée. Inverser les polarités de la pompe
- Il y a un blocage dans le tuyau d'évacuation. Inspecter les conduites d'évacuation et les débarrasser de toute obstruction.
- Le corps de la pompe ou la roue est partiellement bouché. Inspecter et nettoyer l'intérieur de la pompe.
Débit nul de la pompe
- Inverser les polarités du moteur. La pompe fonctionne en sens inverse. Vérifier que le sens de rotation du moteur est conforme au guide du fabricant de la pompe à boues submersible.
- Le tuyau d'évacuation est obstrué. Inspecter et nettoyer le tuyau d'évacuation.
- La roue est obstruée. Nettoyez l'hélice pour éliminer toute obstruction.
Vibrations et bruits excessifs de la pompe
- Désalignement important entre l'arbre de la pompe et l'arbre du moteur. Inspecter et réaligner les arbres
- Certains composants de la pompe sont déséquilibrés. Inspecter et rééquilibrer les composants de la pompe
- Les roulements de la pompe ou la roue sont usés. Inspecter l'usure des roulements et de la roue et les remplacer si nécessaire.
La pompe fournit un débit instable
- Il y a une fuite au niveau de la vanne de fond. Inspecter la vanne de fond pour vérifier l'absence de fuite et y remédier.
- La tension est trop faible, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de la pompe. Vérifier la tension d'alimentation et l'ajuster si nécessaire.
- Forte usure de la roue ou de la bague d'étanchéité. Inspecter et remplacer la roue ou la bague d'étanchéité usée.
Résumé
Une pompe à boues submersible est une pompe qui peut être entièrement immergée dans l'eau et qui est idéale pour le pompage des boues et du lisier. Elle est équipée d'un moteur entièrement fermé avec des joints étanches à l'air et à l'eau et est étroitement couplée au corps de la pompe. La pompe pousse l'eau à la surface en convertissant l'énergie électrique fournie à un moteur en énergie mécanique, puis en énergie cinétique du fluide. Les pompes submersibles à boues sont couramment utilisées dans les stations d'épuration des eaux usées, l'industrie chimique, l'exploitation pétrolière, l'agriculture, la construction et de nombreuses autres applications industrielles où l'eau contient un pourcentage élevé de matières solides. Elles peuvent pomper des fluides abrasifs avec des sédiments d'une taille d'environ 2,5 pouces et gérer des débits élevés. Les fabricants de pompes à boues submersibles les conçoivent pour offrir une grande fiabilité, une facilité d'utilisation et d'entretien, et un fonctionnement sans cavitation. Elles sont disponibles en version centrifuge, volumétrique et multicellulaire. Le type centrifuge est le plus courant et peut se présenter sous forme horizontale ou verticale.