Pompe à turbine verticale
Qu'est-ce qu'une pompe à turbine verticale ?
Une pompe à turbine verticale est une pompe à rotor dynamique composée de roues à écoulement radial modifiées et orientées verticalement. Elle est destinée à pomper l'eau des puits souterrains et des réservoirs profonds. La pompe est reliée à un moteur au niveau du sol par un axe vertical long, d'où le terme de pompe à turbine verticale. Les fabricants de pompes à turbine verticale développent généralement l'unité dans une configuration multi-étagée comprenant plusieurs niveaux de roues enfermées dans une cuve. Chaque roue supplémentaire augmente la hauteur de pression que la pompe peut générer alors que le débit reste constant. Les fabricants de pompes à turbine verticale peuvent concevoir la pompe pour une hauteur de pression aussi élevée que l'ensemble de la cuve le permet, en utilisant autant d'étages que l'ensemble de la cuve le permet. Les pompes à turbine verticale peuvent être installées dans un tonneau d'aspiration ou sous le niveau du sol pour fournir une hauteur de pression d'aspiration supplémentaire à la roue du premier étage. En général, les pompes à turbine verticale sont divisées en deux grandes catégories : les pompes à turbine verticale pour puits profonds et les pompes à turbine verticale pour puits courts.
Figure : Pompe à turbine verticale
Composants d'une pompe à turbine verticale
Moteur
Le moteur fournit l'énergie mécanique nécessaire au fonctionnement de la pompe. Il peut s'agir d'un moteur à courant alternatif ou continu et peut contenir des entraînements à vitesse fixe ou variable.
Assemblage du bol
Le corps de la pompe à turbine verticale comprend le corps d'aspiration, les roues et le corps de diffusion. Chaque diffuseur contient une roue et, ensemble, ils constituent un étage de la pompe.
Figure : Configuration d'un assemblage de cuvettes.
Corps de pompe
La pompe à turbine verticale utilise un corps de pompe à diffusion. Le corps de pompe est un mince passage d'air entourant la roue. Il sert d'enceinte de confinement de la pression et dirige le flux et la sortie de la pompe. Les fabricants de pompes à turbine verticale créent le corps de pompe en utilisant de la fonte, de l'acier au carbone ou de l'acier inoxydable pour améliorer la solidité, la durabilité de la corrosion et la résistance à l'abrasion.
Roue
La roue est un ventilateur à rotation rapide composé d'aubes qui aide à déplacer le fluide de l'entrée de la pompe vers la sortie en augmentant l'énergie cinétique et la pression. Dans une pompe à turbine verticale, la roue est bloquée positivement sur l'arbre de la pompe à l'aide de verrous coniques usinés avec précision. La roue peut être ouverte, semi-ouverte ou fermée. Les fabricants de pompes à turbine verticale développent la roue avec une large gamme de couverture hydraulique pour une efficacité maximale.
Arbre
L'arbre de la pompe à turbine verticale est une longue pièce métallique cylindrique située au centre de la pompe et reposant sur des paliers. Il porte les roues et relie le moteur à la tête de la pompe par l'intermédiaire d'un accouplement flexible. L'arbre de la pompe est généralement conçu pour offrir une solidité maximale et une excellente résistance à la corrosion en utilisant des matériaux haut de gamme tels que l'acier inoxydable, l'acier allié, l'acier au carbone, etc. Il est également rectifié et poli pour offrir une surface d'appui lisse.
Accouplement
Les pompes à turbine verticale utilisent un accouplement flexible, ce qui facilite l'entretien des paliers de butée et des garnitures mécaniques. L'accouplement relie l'arbre de la pompe à l'arbre du moteur, facilitant le transfert du couple et la rotation des roues. L'accouplement est usiné avec précision et équilibré pour un alignement et une transmission de puissance parfaits.
Entrée d'aspiration
La sortie d'aspiration d'une pompe à turbine verticale présente une conception hydrodynamique qui contribue à assurer un débit d'entrée régulier. Elle contient également une crépine d'entrée surdimensionnée qui empêche les solides de pénétrer dans l'ensemble hydraulique. L'eau pénètre dans les pompes par l'entrée d'aspiration.
Sortie d'évacuation
L'eau sort de la pompe par la sortie de refoulement. La sortie de refoulement de la pompe à turbine verticale se caractérise par une conception robuste et à faible perte, fabriquée ou entièrement moulée.
Comment fonctionne une pompe à turbine verticale ?
Une pompe à turbine verticale fonctionne en convertissant l'énergie mécanique d'une roue en énergie cinétique et en énergie de pression du liquide pompé. Lorsque le moteur démarre, la roue tourne, créant un vide à l'intérieur du corps de la pompe. En conséquence, l'eau pénètre dans la première chambre sous l'effet de la pression atmosphérique agissant sur la surface de l'eau. Lorsque l'eau atteint la roue du premier étage, l'action mécanique confère une grande énergie cinétique au liquide. La roue projette alors l'eau dans la volute, où la pression du fluide augmente en raison d'une réduction de sa vitesse, et l'eau entre dans le deuxième étage, où la pression du fluide augmente encore. Ce processus se poursuit jusqu'au dernier étage de la pompe, où le fluide atteint la hauteur de pression requise et est pompé jusqu'à l'endroit souhaité via la sortie de refoulement et le tuyau de refoulement.
Figure : Fonctionnement d'une pompe à turbine verticale
Types de pompes à turbine verticale
Pompe à turbine verticale pour puits profonds
Une pompe à turbine verticale pour puits profond est généralement installée dans un puits foré, le premier étage se trouvant sous le niveau de l'eau. Les fabricants de pompes à turbine verticale créent des dispositifs avec un assemblage multi-étagé, une capacité d'auto-amorçage, et principalement pour le transport de l'eau. La pompe à turbine verticale pour puits profonds est principalement utilisée pour transporter l'eau du puits profond vers des réservoirs de stockage ou des installations de traitement en surface.
Figure : illustration d'une pompe à turbine verticale pour puits profond.
Pompe à turbine verticale à courte portée
Les pompes à turbine verticale à jeu court sont généralement plus courtes que 50 pouces. Elles sont courantes dans toutes les industries et les applications de traitement de l'eau, mais on les trouve principalement dans les fosses d'eau. Dans les applications où l'eau est relativement propre, le palier de cette pompe peut être lubrifié par l'eau pompée. En revanche, une source d'eau externe, de la graisse ou de l'huile sont utilisées dans les applications où le liquide pompé ne peut pas lubrifier les roulements.
Figure : illustration d'une pompe à turbine verticale à courte portée.
Pompe à turbine verticale en acier inoxydable
Une pompe à turbine verticale en acier inoxydable se caractérise par une construction entièrement en acier inoxydable et peut être soit semi-immergée, soit entièrement immergée dans l'eau. Elle fonctionne parfaitement dans des environnements difficiles où les pompes à turbine verticale conventionnelles en fonte ou en acier ne peuvent pas fonctionner. Cette pompe peut être utilisée comme pompe de puits profond, pompe de fosse humide ou pompe de surpression submersible. Elles sont largement préférées pour leur polyvalence et leur durabilité.
Figure : pompe à turbine verticale en acier inoxydable.
Pompe à turbine verticale à deux étages
Une pompe à turbine verticale à deux étages comprend deux roues logées dans des chambres de diffusion distinctes, mais montées sur un seul arbre de cuve qui passe au milieu des diffuseurs. Cette pompe offre la fonctionnalité de deux pompes reliées en série.
Figure : pompe à turbine verticale à deux étages.
Pompe multicellulaire à turbine verticale
Une pompe à turbine verticale multicellulaire se compose de plus de deux roues logées dans différentes chambres de pompe montées en série. L'eau entre dans la première chambre à la pression d'aspiration et sort de la dernière chambre à la pression élevée. Cette pompe peut gérer une hauteur de charge et des débits plus élevés que son homologue à deux étages et peut fonctionner avec un moteur plus petit.
Applications d'une pompe à turbine verticale
Les fabricants de pompes à turbine verticale développent ces pompes pour qu'elles fonctionnent parfaitement dans les applications à faible hauteur d'aspiration positive nette (NPSH). On les trouve dans les centrales électriques, les systèmes d'irrigation et les usines de traitement de l'eau.
- Elles sont utilisées comme turbines hydrauliques pour produire de l'énergie parce qu'elles peuvent fonctionner en sens inverse. Lorsque la pompe à turbine verticale est utilisée pour cette application, la buse d'aspiration agit comme la sortie de la turbine, tandis que la buse de refoulement agit comme l'entrée de la turbine. Cette modification n'a pas d'incidence sur le rendement de l'appareil ; le rendement de l'appareil en tant que turbine est égal au rendement de l'appareil en tant que pompe.
- Elles sont utilisées comme pompes de surpression dans les systèmes de pompage municipaux.
- Ils sont utilisés pour alimenter la tour de refroidissement des centrales électriques.
- Ils sont utilisés pour le transport de l'eau dans les stations d'épuration.
- Ils sont utilisés pour pomper l'eau brute vers les arroseurs dans les fermes d'irrigation.
- Ils sont utilisés pour transporter l'eau jusqu'aux robinets dans les maisons.
- Elles sont utilisées pour fournir des eaux souterraines aux municipalités qui ne peuvent pas compter sur les eaux de surface.
- Elles fournissent également de l'eau d'appoint et de l'eau d'extinction pour les installations industrielles.
Avantages d'une pompe à turbine verticale
- Les pompes à turbine verticale ont un rendement hydraulique élevé.
- Ils ont un rendement énergétique élevé grâce à la possibilité d'utiliser des moteurs plus petits.
- Ils sont parfaits pour les applications à haut débit et à faible débit.
- Les pertes par fuite sont minimes car le nombre de têtes par étage est moindre.
- Ils sont de construction compacte avec de petites roues car la hauteur de chute par étage est plus faible.
- Ils offrent une performance stable.
- Ils ont un faible cycle de vie en raison des exigences minimales en matière d'entretien.
- Ils constituent un moyen simple et efficace d'acheminer l'eau des puits souterrains jusqu'à la surface.
- Ils sont très polyvalents et peuvent être utilisés pour l'irrigation agricole, l'approvisionnement en eau des municipalités, les centrales électriques, etc.
- Ils sont auto-amorçants car la roue du premier étage se trouve sous le niveau de l'eau.
- Ils sont très fiables.
Inconvénients d'une pompe à turbine verticale
- Ils nécessitent une grande marge de manœuvre pour l'installation.
- Il n'est pas facile d'équilibrer la poussée hydraulique sur les pompes à turbine verticale en raison de leur arbre en porte-à-faux, en particulier dans les applications où l'aspiration et la pression sont élevées.
- Ils peuvent traiter des fluides contenant des gaz entraînés ou dissous, car le gaz s'accumule dans la chambre scellée, où l'évacuation est compliquée.
- Le coût initial d'acquisition et d'installation de la pompe est relativement élevé.
Dépannage d'une pompe à turbine verticale
La pompe ne démarre pas
- Un fusible a sauté ou un disjoncteur s'est déclenché. Vérifier que le fusible de la pompe à turbine verticale n'est pas grillé et le remplacer si nécessaire.
- La tension est irrégulière en raison de la présence de saletés ou de corrosion au niveau du pressostat. Inspecter le pressostat et le nettoyer de tout débris ou pollution.
- Les prises de fusibles sont sales ou corrodées. Inspecter et nettoyer les réceptacles de fusibles si nécessaire.
- L'alimentation électrique du panneau est insuffisante. Veillez à ce que le moteur reçoive la tension et le courant nécessaires.
La quantité d'eau qui circule dans le système de pompage est insuffisante
- La pompe est liée à l'air. S'assurer que le système de la pompe est exempt d'air.
- Le clapet anti-retour est défectueux ou mal installé. Inspecter le clapet de non-retour, l'installer correctement ou le remplacer.
- Roue bouchée. Inspecter l'hélice et enlever tout matériau.
- La pompe fonctionne en sens inverse. Vérifiez que le sens de rotation du moteur correspond au sens indiqué par les fabricants de pompes à turbine verticale sur la plaque signalétique. Veillez à inverser les polarités du moteur.
Les vibrations de la pompe sont excessives
- La pompe à turbine verticale comporte des éléments déséquilibrés. Inspecter et rééquilibrer les éléments.
- Les roues sont très usées ou défectueuses. Inspectez les roues et remplacez toute roue usée par une autre roue du fabricant de la pompe si nécessaire.
- Arbre oblique ou déséquilibré. Inspecter l'arbre de la pompe et le rééquilibrer si nécessaire.
- L'ensemble de la pompe est desserré. Serrer les composants de la pompe au couple recommandé par les fabricants de turbines verticales.
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 normes du fabricant de la pompe à turbine verticale.
- La pompe à turbine verticale fonctionne en cavitation. Vérifiez que la pompe fonctionne dans la plage de vitesse correcte et qu'elle utilise le bon type de roue.
- Mauvais alignement de l'accouplement. Veillez à réaligner la pompe et l'accouplement. Vérifiez également que le caoutchouc de l'accouplement n'est pas usé.
- La graisse de la pompe est excessive ou contaminée. Vidanger l'excès d'huile ou les roulements et le carter.
- Il y a un sas dans la pompe. Desserrer le bouchon de purge pour évacuer l'air.
Résumé
Une pompe à turbine verticale est une pompe à rotor dynamique conçue avec de multiples roues à écoulement radial modifiées dans une orientation verticale. La pompe à turbine verticale présente une configuration multiétagée avec plusieurs niveaux de roues enfermées dans une cuve. Elle est destinée à pomper l'eau des puits de forage souterrains et des réservoirs profonds vers les réservoirs de stockage en surface. La pompe est reliée à un moteur souterrain par un long axe vertical, d'où le nom de pompe à turbine verticale. Les fabricants de pompes à turbine verticale développent la pompe pour qu'elle fonctionne parfaitement pour les applications à faible hauteur d'aspiration positive nette (NPSH). Comme la pompe à turbine verticale peut générer une pression élevée alors que le débit reste inchangé, elle est également parfaite pour les applications à hauteur de chute élevée et à faible débit. Les pompes à turbine verticale n'ont pas de problème d'amorçage et sont efficaces sur le plan énergétique et hydraulique. Elles sont couramment utilisées dans les centrales électriques, les systèmes d'irrigation et les stations d'épuration. Cependant, il n'est pas facile d'équilibrer la poussée verticale sur les pompes à turbine verticale, et elles sont également assez chères à l'achat.