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Tout savoir sur les pompes centrifuges

Les pompes centrifuges sont des machines à commande hydraulique caractérisées par leur capacité à transmettre de l'énergie aux fluides.

Tout savoir sur les pompes centrifuges

Principe de fonctionnement des pompes centrifuges

Les pompes centrifuges sont des machines hydrauliques caractérisées par leur faculté à transmettre de l’énergie à des fluides (en particulier liquides) grâce à la force centrifuge. L’objectif principal est de transférer des fluides par une augmentation de la pression. Les pompes centrifuges peuvent avoir des conceptions différentes, mais leur principe de fonctionnement et leurs caractéristiques dynamiques des fluides sont toujours les mêmes.

Schématiquement, les pompes centrifuges sont formées d’un rotor appelé turbine ou roue qui tourne à l'intérieur d’un corps.
Le rotor à aubes comprend une série d'aubes, de préférence de conception radiale, qui transmettent l'énergie cinétique au fluide pompé.
Le corps de pompe est équipé de buses d'aspiration et de refoulement pour le fluide pompé. La buse d'aspiration à un axe qui correspond à l'axe de rotation du rotor, tandis que la buse de refoulement a un axe perpendiculaire à l'axe du rotor, mais se trouvant toujours sur le même plan que la turbine.

Pompes centrifuges : principe de fonctionnement

Le fluide pompé entre en continu par la buse d'aspiration de la pompe au centre de la turbine.

De là, il est accéléré dans une direction radiale jusqu'aux extrémités de la turbine, où il est refoulé dans le corps.

Le flux de liquide est accéléré par la poussée que les pales du rotor, grâce à leur courbure, transmettent au flux lui-même. De cette façon, le liquide acquiert de l'énergie, principalement sous la forme d'une augmentation de sa vitesse moyenne (énergie cinétique).

A l'intérieur du corps, le liquide est ralenti grâce à la section progressivement croissante dans le sens du mouvement.


operation principle centrifugal pumps

Principe de fonctionnement des pompes centrifuges

Une telle augmentation de section est généralement obtenue en concevant la partie périphérique du corps (aérateur de tube) en forme de spirale avec une section transversale (généralement circulaire, trapézoïdale ou rectangulaire) qui varie de zéro jusqu'à la valeur de section du refoulement.

De cette façon, l'énergie cinétique du fluide est convertie en énergie de pression.

Dans le corps, à l’opposé de l’aspiration, se trouver le couvercle. Dans la section centrale du couvercle, au passage d'arbre, se trouve l’étanchéité d’arbre (garniture mécanique).

L'étanchéité entre la zone haute pression (à l'intérieur du corps) et la zone basse pression (buse d'aspiration) est obtenue grâce à un jeu très réduit créé entre la turbine et le corps.

La turbine et l'arbre sont en porte-à-faux par deux roulements situés à l'extérieur du corps dans un support spécial.

Type de pompes centrifuges

La turbine de la pompe centrifuge est disponible en différentes formes et tailles en fonction des performances requises et des caractéristiques des liquides pompés.

Types de pompes centrifuges : avec turbine fermée

This type of impeller is suitable for clean liquids or those containing light impurities. Ce type d'hélice comporte généralement de 5 à 7 pales, dont la taille minimale est de 125 mm et la taille maximale de 550 mm.

Les pales ont une simple courbe vers l'arrière créant un mouvement radial dans les pompes, généralement avec un faible nombre (hauteurs élevées et faibles débits), tandis qu'elles peuvent avoir une double courbe vers l'arrière avec un mouvement semi-axial dans les pompes avec un nombre élevé (hauteurs réduites et débits élevés).

Les pales sont complètement fermées entre le centre et l’extrémité de la turbine

L'efficacité de ce type de turbine varie de 0,6 pour les plus petits à 0,83 pour les plus grands rotors.

Ce type de turbine convient pour les liquides propres ou ceux contenant des impuretés légères.

Types de pompes centrifuges : avec turbine à canal

Ce type de turbine a un nombre de pales réduit qui varie de 3 à 4, dont la taille minimale est de 270 mm et la taille maximale de 450 mm.

Les pales ont généralement une double courbe vers l'arrière et un mouvement principalement radial et sont complètement fermées entre le disque de moyeu et le disque de couronne. Le moyeu est incliné beaucoup plus en arrière par rapport aux roues fermées décrites ci-dessus.

Ces roues sont comparativement beaucoup moins efficaces car le liquide n'est pas guidé aussi bien en raison du nombre limité de pales et du moyeu qui est incliné beaucoup plus en arrière.

Cependant, ces dispositifs permettent la création de canaux internes avec une grande ouverture à travers laquelle les eaux usées, contenant des solides en suspension également importants, peuvent passer.

drawing promix centrifugal pump priniple

Dessin de pompe centrifuge

Types de pompes centrifuges : avec turbine Vortex

Ce type de rotor est équipé de 9 pales avec une simple courbe arrière avec développement radial.

Aucun disque de couronne n'est monté sur ce rotor, alors que le disque de moyeu, vu en coupe, a un mouvement « cuillère » ; le moyeu est créé afin de fournir au rotor interne au carter une position qui est inclinée beaucoup plus en arrière.

Ce rotor est relativement moins efficace car le liquide n'est pas guidé comme il l'est dans d'autres types de rotor.


Types de pompes centrifuges : avec rotor à aubes en spirale

Il s'agit d'une nouvelle turbine à utiliser avec des liquides denses et très visqueux, ou avec des solutions contenant de grandes quantités de résidus secs.

La turbine est équipée de deux ou quatre pales (sur toute la gamme de tailles) en fonction de la viscosité ou du caractère pâteux du liquide pompé. Deux de ces pales, disposées symétriquement par rapport au moyeu, sont équipées d'un appendice qui s'étend du moyeu à la buse d'aspiration avec un mouvement en spirale.

Ce type de rotor n'a pas de disque de couronne, pour lequel l'étanchéité du liquide entre chaque aube est assurée par le jeu extrêmement réduit entre les aubes et la plaque d'usure du carter.

Cette turbine est plus efficace que les turbines à canal et à vortex et présente de meilleures caractéristiques d'aspiration.

Caractéristiques structurelles des pompes centrifuges

La turbine de la pompe centrifuge est disponible en différentes formes et tailles en fonction des performances requises et des caractéristiques des liquides pompés.

Tous les types de rotor sont équipés d'aubes spéciales à l'arrière du disque de moyeu pour compenser les poussées axiales et réduire la pression dans la chambre d’étanchéité d’arbre. La hauteur générée par cette aube contraste la différence de pression active entre la spirale et la chambre d'étanchéité, qui pousse le liquide pompé vers la chambre elle-même.

Les turbines sont fabriquées à partir d'une gamme de matériaux en fonction de la dureté chimique et / ou du pouvoir abrasif du liquide pompé.

Toutes les turbines sont équilibrées dynamiquement avant d'être montées sur les pompes.

Carter

Le corps des pompes centrifuges est équipé d'une buse d'aspiration unique avec un aérateur à tube spiralé unique disponible en deux versions : à spirale étroite ou à spirale large.

Les carters sont généralement fabriqués à partir des mêmes matériaux que les rotors, mais différents matériaux peuvent être utilisés pour des besoins spécifiques.

L'étanchéité entre le corps et le couvercle est obtenue grâce à un joint plat intégré pour mieux résister aux contraintes causées par la pression et la température.

Les matériaux utilisés pour ces joints sont totalement sans amiante.

L'enveloppe peut être produite dans une version chauffée (/ RR), donc dotée d'une chambre de chauffage à la vapeur jusqu'à une pression de 7 bars et une température de 180 ° C. Les pompes des séries RN / RNS et RKN / RKNS sont normalisées sur la base des normes UNI EN 22858 et en plus des normes ISO 5199.

Couvercle

Le couvercle est réalisé de manière à permettre l'extraction du rotor sans avoir à déconnecter le corps des tuyauteries. Les matériaux utilisés pour le couvercle sont les mêmes que ceux utilisés pour le corps.

La zone externe de la chambre d'étanchéité peut être réalisée en deux versions :

a) Version refroidie / R
Il est produit par une chambre de refroidissement qui fait circuler l'eau jusqu'à 4 bars.
Il est utilisé lorsque la température extrêmement élevée du liquide pompé peut compromettre le fonctionnement et la durabilité du joint d'arbre.

b) Version chauffée / RR
Il est produit par une chambre de chauffe qui fait circuler la vapeur jusqu'à 7 bars et 180 ° C.
Il est utilisé lorsque le liquide pompé a tendance à se solidifier s'il ne maintient pas sa température. Si cela se produit, cela pourrait compromettre le fonctionnement du joint d'arbre.

Arbre

Le diamètre de l'arbre est calculé pour minimiser la déformation dans la zone d'étanchéité, également dans des conditions de fonctionnement difficiles, et pour obtenir une vitesse de déformation critique au moins deux fois supérieure à la vitesse prévue pour la pompe.

En correspondance avec le joint d'arbre, une douille de protection (manchon) est prévue pour éviter tout dommage causé par le joint (principalement l'usure).


Opened centrifugal pump

Turbine de pompe centrifuge ouverte

Support

L'arbre est soutenu par deux roulements à billes avec le rotor en porte-à-faux. Le roulement côté accouplement supporte également la poussée axiale résiduelle de la roue. Les roulements sont dimensionnés pour obtenir une durée de vie B10 de 20 000 heures dans les conditions de fonctionnement les plus sévères prévues pour la pompe.

La fonction de la garniture d'étanchéité d'arbre dans les pompes centrifuges est d'empêcher les infiltrations d'air du côté aspiration (pour les pompes d'aspiration) et d'éliminer ou de réduire au minimum les pertes possibles de liquide sous pression du côté refoulement de la pompe.

Le joint d'arbre peut être de trois types :

  1. tressé
  2. mécanique axiale
  3. hydrodynamique
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