POMPES Rafic YOUNES, 2005/2006 www.ryounes.net
PLAN • Étude des machines. • Pompes centrifuges : Description. • Pompes centrifuges : Courbes caractéristiques et essais. • Pompes centrifuges : Lois, Groupements. • Cavitation • Pompes à piston (hydrauliques). • Pompes volumétriques.
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ETUDE DES MACHINES LAROUSSE 1984: Ensemble de mécanismes combinés pour recevoir une certaine forme définie d’énergie, la transformer et la restituer sous une forme plus approprié ou pour produire un effet donné. Pertes Entrée
Machine
Energie11 Energie
Pertes Transmission
Pertes Moteur
Machine
Sortie
Energie22 Energie
ETUDE DES MACHINES Machines motrices: assurent l’énergie mécanique (moteur électrique, moteur à combustion interne, turboréacteur, etc.) Machines de transmission: pour transférer l’énergie: (embrayage, courroies, engrenage) Machines d’exécution: machine pour exécuter une certaine tache (pompe, ventilateur, etc.) Machine de transmission (embrayage)
Machine motrice (moteur)
Machine d’execution (pompe centrifuge)
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ETUDE DES MACHINES • CARACTERISTIQUES D’UNE MACHINE : • La puissance utile • La puissance absorbée • Le rendement • Les pertes • La puissance nominale • La charge
ETUDE DES MACHINES • LA PUISSANCE UTILE • La puissance utile est la puissance qui est vraiment utile au point de vue de l’utilisateur. • Ex. Puissance mécanique : P = M ⋅ ω = F ⋅
D 2π ⋅ n
2
⋅
60
• Ex. Puissance électrique :
= U ⋅ I PAC = U ⋅ I ⋅ cos (ϕ ) PDC
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ETUDE DES MACHINES • LES PERTES • Le plus souvent les pertes de puissance (énergie) sortent de la machine sous forme de chaleur. Les pertes sont la différence de la puissance absorbée et de la puissance utile.
Δ
P
=
• LE RENDEMENT
PA
−
η =
PU
P U
PA
ETUDE DES MACHINES • LA PUISSANCE NOMINALE « PN» • Suivant le besoin d’utilisation, les machines ne tournent pas toujours en plein régime. La puissance pour laquelle on a conçu la machine est la puissance nominale. • LA CHARGE x
=
PU PN
<1
Sous-chargé
x
=
PU PN
>1
Sur-chargé
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ETUDE DES MACHINES • DIFFERENTES SORTES DES PERTES • Machine mécanique • Machine électrique • Machine hydraulique
n=1 n=2 n =3
ΔP = P[x =0 ] + x n ⋅ P[x=1] • Il est fortement souhaité, que les machines fournissent leur puissance nominale avec un rendement maximum Pour x = 1 η(x) = ηmax
ETUDE DES MACHINES Machine mécanique
4,00
0,70
3,50
0,60
3,00 0,50 2,50 0,40
e tr 2,00 e P
0,30
1,50
t n e m e d n e R
Pertemech Renmech
0,20 1,00 0,10
0,50 0,00
0,00 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Charge
5
ETUDE DES MACHINES Machine électrique 4.50
0.70
4.00
0.60
3.50 0.50 3.00 0.40
2.50 te r e P 2.00
0.30
1.50
t n e m e d n e R
0.20 1.00 0.10
0.50 0.00
0.00 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Charge
ETUDE DES MACHINES Machine hydraulique 5.00
0.70
4.50 0.60 4.00 0.50
3.50 3.00
0.40
e t r
e2.50 P
0.30
2.00
1.50
t n e m e d n e R
0.20
1.00 0.10 0.50
0.00
0.00 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Charge
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ETUDE DES MACHINES • Classification des machines:
POMPES CENTRIFUGES: Refoulement
Admission
Carter
Roulement
Coupleur
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POMPES CENTRIFUGES: Suite à la rotation de la roue, la pression sur le périmètre augmente par rapport à la pression sur l’axe de rotation. Cette augmentation de pression provoque un écoulement vers la tubulure de refoulement. Sortie La roue
Entrée
Les aubes
Le carter
POMPES CENTRIFUGES: Courbes caractéristiques Hmt HmtC
Hmt = f(qv)
ηg
ηg = f(qv)
A
C HmtA
qv mini
ηg max ηg min
qvmin
qvmax
Plage de fonctionnement De la pompe : g minimum fixé
qv
≤ qv pratique ≤ qv maxi Et
HmtA
≤ Hmt pratique ≤ HmtC
La puissance utile
Putile= ρ × g × qv × Hmt e
p ref − padm v 2ref − v 2adm La hauteur H= + +e manométrique 2g ρg
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POMPES CENTRIFUGES: Courbes caractéristiques du réseau
Réseau fermé
Réseau ouvert
ΔHT
ΔHT ΔHT= f(qv)
ΔHT= f(qv) H0 ≠ 0
H0 = 0 qv
qv
POMPES CENTRIFUGES: Pertes de charge totales: ΔH T = λ ⋅
L
⋅
w
2
Di 2 ⋅ g
+ Σ ζ ⋅
⎡ ΔH T = ⎢ ⎣
On obtient :
2
2⋅g 1
+
H 0
avec
L ⎞⎤ ⋅ ⎛ ⎜ λ ⋅ + Σ ζ ⎟ ⎥ ⋅ 2 ⋅ g ⋅ S² ⎝ Di ⎠⎦
ΔH t = a ⋅ qv 2 +
Équation :
w
w²
q 2V + H 0
H 0 Hmt
Hmt
qv²= S²
ΔHT = f(qv)
ΔHT = f(qv)
F Hmt
Point de fonctionnement Hmt(F) [mce] qv(F) [m3/h]
Hmt = f(qv)
F Hmt
Point de fonctionnement Hmt(F) [mce] qv(F) [m3/h]
Hmt = f(qv)
à N = cste
à N = cste
Hg
qv
qv
Qv qv
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POMPES CENTRIFUGES: Etude des pompes couplées : Pompes en série Hmt P1 + P2 série = f(qv)
H Hmt pompe 1 + Hmt pompe 2
Hmt P1 = f(qv) Hmt pompe 1
Hmt P2 = f(qv) Hmt pompe 2
On utilisera des pompes en série quand on cherchera à augmenter la charge fournie qv qv constant
qv = constant Hmt = Hmt pompe
1
+ Hmt
qv = Sup [qv pompe 1 ; qv pompe 2] pompe 2
POMPES CENTRIFUGES: Etude des pompes couplées : Pompes en parallèle Hmt P2 = f(qv) Hmt (P1 + P2) en parallèle = f(qv) Point d’enclenchement des 2 pompes en parallèle Hmt P1 = f(qv) Hmt de l’enclenchement des 2 pompes Hmt constante qv
qv
pompe 2
qv pompe 1
On utilisera des pompes en série quand on cherchera à augmenter le débit
qv pompe 1 + qv pompe 2
qv d’enclenchement Des 2 pompes
Hmt = constante qv = qv pompe 1 + qv pompe 2
Hmt = Sup [Hmt
pompe 1
; Hmt
pompe 2]
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POMPES CENTRIFUGES: Vitesse spécifique n [tr/min] q [m 3 /s], H [m]
nq
=
n q H
3
4
Radial Demi radial Demi axial Axial nq
12-35 35-80
80-200
150-400
Hauteur élevé moyen
moyen
faible
Débit
moyen
élevé
faible moyen
LA CAVITATION: Notion de pression de vapeur saturante Pression en [mCe] 10
[°C]
P [Pa]
[°C]
P [Ppa]
0
611
40
7375
5
872
45
9582
10
1227
50
12335
15
1704
60
19919
20
2337
70
31160
25
3166
80
47359
30
4242
90
70109
35
5622
100
101325
EAU LIQUIDE
VAPEUR 100 0
en [°C]
A une température donnée, la pression qui règne l ors du changement de phase EAU -> VAPEUR, s’appelle la pression de vapeur saturante : pvs.
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LA CAVITATION: • A l’entrée de la roue la pression absolue se réduit à sa tension de vapeur, une valeur qui dépend de la nature et de la température du liquide. • La brusque explosion des bulles de vapeur provoque l’érosion des pièces métalliques en formant des cavités sur ses surfaces • Baisse de performances et Vibrations menant à une panne complète
Surface érodée par cavitation d’une hélice d’un navire
LA CAVITATION: 2
H 2'
2’
= H 1 − (ΔH 12 + ΔH 22' )
1
z –
2
p2'
ρ × g
p2'
=
+
p1
2 2'
w
2× g
−
+ z2 =
ρ × w
2 2'
2
p1
ρ × g
+
2 1
w
2× g
z =
+ z1 − (ΔH 12 + ΔH 22' )
p s a
h
1
w1 = 0
− ρ × g × ( z 2 − z1 ) − (ΔP12 + ΔP22' )
p2' − pvs
ρ × g
+
2
w2 '
2× g
+ ΔH 22' =
NPSH pompe
p1 − pvs
ρ × g
− ( z2 − z1 ) − ΔH 12
NPSH système
N.P.S.H. : Net Positive Succion Head (hauteur pratique de charge absolue)
12
LA CAVITATION: NPSH
Au dessus d’un certain débit, le phénomène de cavitation est presque inévitable.
NPSH B
NPSH
Zone sans cavitation
Zone de cavitation
q
• Minimiser les pertes de charges singulières et linéaires au niveau d’aspiration, soit une longueur de tuyau minimum, qui donne le moins d’accident possibles. • Minimiser la hauteur géodésique • Pressuriser la conduite d’aspiration • Minimiser la vitesse de rotation de la pompe • Minimiser la température du fluide
POMPES A PISTON :
13
POMPES VOLUMETRIQUES :
14
