LES POMPES. Devant la grande diversité de situations possibles, on trouve un grand nombre de machines que l on peut classer en deux grands groupes :

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1 Ste: LES POMPES Les pompes sont des apparels permettant un transfert d énerge entre le flude et un dspostf mécanque convenable. Suvant les condtons d utlsaton, ces machnes communquent au flude sot prncpalement de l énerge potentelle par accrossement de la presson en aval, sot prncpalement de l énerge cnétque par la mse en mouvement du flude. L énerge requse pour fare fonctonner ces machnes dépend donc des nombreux facteurs rencontrés dans l étude des écoulements : Les proprétés du flude : masse volumque, vscosté, compressblté. Les caractérstques de l nstallaton : longueur, damètre, rugosté, sngulartés Les caractérstques de l écoulement : vtesse, débt, hauteur d élévaton, presson Devant la grande dversté de stuatons possbles, on trouve un grand nombre de machnes que l on peut classer en deux grands groupes : Les pompes volumétrques comprenant les pompes alternatves (à pston, à daphragme, ) et les pompes rotatves (à vs, à engrenage, à palettes, hélcoïdales, pérstaltques ). Les turbo-pompes sont toutes rotatves ; elles regroupent les pompes centrfuges, à hélce, hélcocentrfuges. I. Caractérstques générales des pompes centrfuges. Une pompe centrfuge est une machne tournante destnée à communquer au lqude pompé une énerge suffsante pour provoquer son déplacement dans un réseau hydraulque comportant en général une hauteur géométrque d élévaton de nveau (Z), une augmentaton de presson (p) et toujours des pertes de charges. Une pompe centrfuge est consttuée prncpalement par une roue à alettes ou aubes (rotor) qu tourne à l ntéreur d un carter étanche appelé corps de pompe. Pour amélorer le rendement de la pompe, on peut ntercaler entre le rotor et la volute une roue fxe appelée dffuseur qu est mune d aubes de courbure convenable. Le calcul des pompes centrfuges s effectue par l analyse dmensonnelle et par le théorème d Euler. a) Le débt G.I. D4.13/Chaptre 1c pompes Cours de Rchard MATHIEU 1

2 Ste: Le débt q v fourn par une pompe centrfuge est le volume refoulé pendant l unté de temps. Il s exprme en mètres cubes par seconde (m 3 /s) ou plus pratquement en mètres cubes par heure (m 3 /h). b )Hauteur manométrque : On appelle Hauteur manométrque H d une pompe, l énerge fourne par la pompe à l unté de pods du lqude qu la traverse. S H TA est la charge totale du flude à l orfce d aspraton et H TR la charge totale du flude à l orfce de refoulement, la hauteur manométrque de la pompe est : H = H TA - H TR La hauteur vare avec le débt et est représentée par la courbe caractérstque H = f(q v ) de la pompe consdérée. c) Rendement : Le rendement η d une pompe est le rapport de la pussance utle P (pussance hydraulque) communquée au lqude pompé à la pussance absorbée P a par la pompe (en bout d arbre) ou par le groupe (aux bornes du moteur). S q v est le débt volume du flude, ρ sa masse volumque et H la hauteur manométrque de la pompe, la pussance P et le rendement η sont donnés par : P = q v ρ qv ρ gh η = P a g H Le rendement de la pompe vare avec le débt et passe par un maxmum pour le débt nomnal autour duquel la pompe dot être utlsée. d) Lmtaton de la hauteur manométrque d aspraton NPSH - Cavtaton Le crtère qu sert à défnr la presson nécessare à l aspraton pour obtenr un bon fonctonnement de la pompe, c est à dre pour mantenr en tout pont du flude une presson supéreure à la presson de vapeur saturante, est le «NPSH» (sgle de l abrévaton anglo-saxonne de «Net Postve Sucton Head» over vapour pressure). Cette caractérstque, donnée par le constructeur est qualfée de «NPSH requs». Elle tent compte en partculer de la chute de presson que subt le flude lors de son accélératon à l entrée de la roue. La pompe ne fonctonnera correctement que s la presson totale à l entrée p A est supéreure à la somme p + NPSH requs. On appelle «NPSH dsponble» la dfférence entre la presson totale à l entrée et la presson de vapeur saturante : NPSH dsponble = p A p 0 Pour qu une pompe fonctonne normalement (sans cavtaton), l faut que le NPSH dsponble (calculé) sot supéreur au NPSH requs (ndqué par le constructeur). NPSH dsponble > NPSH requs Les condtons d aspraton sont d autant melleures que la dfférence entre les deux est grande. G.I. D4.13/Chaptre 1c pompes Cours de Rchard MATHIEU 2

3 Ste: La cavtaton est la vaporsaton du lqude contenu dans la pompe quand l est soums à une presson nféreure à la tenson de vapeur correspondant à sa température. Ce phénomène se produt à l orfce d aspraton de la pompe ; des bulles apparassent dans les zones où la presson est la plus fable (entrée des aubes de roue des pompes centrfuges) : elles sont transportées dans les zones de pressons plus fortes où se produt leur recondensaton. Des mplosons se produsent alors à des fréquences élevées et créent des surpressons locales très élevées (jusqu'à des centanes de bars) La cavtaton est un phénomène à évter absolument, car l entraîne de graves conséquences: éroson du matérau pouvant aller jusqu'au perçage des aubes de turbne des pompes centrfuges augmentaton du brut et des vbratons générés par la pompe chute des performances des pompes avec dmnuton mportante de la hauteur manométrque totale, du débt et du rendement. En concluson, on peut dresser une lste de consels à respecter, s le procédé le permet, pour évter la cavtaton: préférer s possble les montages de pompes en charge. évter de transporter des lqudes à des températures trop élevées. évter une almentaton à partr d'un réservor sous presson rédute. dmnuer les pertes de charge du crcut d'aspraton. S ces consels ne peuvent être applqués en rason des exgences du procédé, l ne reste plus qu'à trouver une pompe dont les caractérstques montrent des valeurs de N.P.S.H.requs suffsamment fables.. Dégats de la cavtaton G.I. D4.13/Chaptre 1c pompes Cours de Rchard MATHIEU 3

4 Ste: II. courbes caractérstques des pompes centrfuges Les résultats ndquent comment la hauteur manométrque H m, la pussance P a et le débt q varent en foncton des paramètres (vtesse et damètre du rotor, nature du flude, ). En partculer, la hauteur H ne dépend pas de la masse volumque du flude (applcaton à l amorçage des pompes centrfuges). C-contre les varatons de H en foncton de la vtesse de rotaton. C-dessous, les caractérstques en foncton du modèle chos. Pompe en aspraton Pompe en charge G.I. D4.13/Chaptre 1c pompes Cours de Rchard MATHIEU 4

5 Courbe de réseau Courbe représentatve des pertes de charge en foncton du débt Ste: Consdérons l nstallaton c-dessous : En applquant la relaton de Bernoull généralsée, on peut exprmer la hauteur manométrque H de la pompe sous la forme : 2 2 v1 p1 v2 p2 H T1 + Hpompe = HT2 + h sot ( + + z1) + Hpompe = ( + + z2) + h 2g ρg 2g ρg H ( ) En néglgeant les termes de vtesse et en supposant p 1 = p pompe = z2 z1 h 2 + Les pertes de charge H j1 +H j2 dans la condure d aspraton (1) et dans la condute de refoulement (2) sont données par la somme des pertes de charge sngulères et des pertes de charge systématques : 2 2 v v j Lj K + j 2g λ 2g D j j S l écoulement est turbulent rugueux, λ est une constante et donc les pertes de charge sont proportonnelles à q 2.Dans le cas d un écoulement turbulent lsse (λ = 0,316.Re -025 relaton de Blasus), les pertes de charge sont proportonnelles à q 1,75. G.I. D4.13/Chaptre 1c pompes Cours de Rchard MATHIEU 5

6 h est donc d allure parabolque et ressemble à la courbe c-dessous : Ste: Le pont de fonctonnement de l nstallaton se stue à l ntersecton de la courbe de réseau et de la caractérstque de la pompe. G.I. D4.13/Chaptre 1c pompes Cours de Rchard MATHIEU 6