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Risques et Précautions liés au Matériel POMPES

D5

POMPES VOLUMÉTRIQUES

Ingénieurs en Sécurité Industrielle

I - POMPES POMPES VOLUMÉ VOLUMÉTRI TRIQUE QUESS ROTATI ROTATIVES. VES.... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ........ ........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-

Pompes Pompes à vis................... vis........................... ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ................ ................ ................1 ........1 Pompes Pompes à engrenag engrenages es ................ ........................ ................ ................ ................ ................ .................... .................... ................ ................ ................ ................. .............2 ....2 Pompes Pompes à piston piston rotatif............ rotatif.................... ................ ................ ................ ................ ................ .................... .................... ................ ................ ................. .................3 ........3 Paramè Paramètre tress influe influent nt sur le débit débit ....... ........... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ....... ......3 ...3 Capacité Capacité d’aspira d’aspiration......... tion................. ................ ................ ................ ................ ................ .................... .................... ................ ................ ................ ................. ...............5 ......5 Puissance Puissance absorbée............. absorbée..................... ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ................ ...........5 ...5 Condition Conditionss de bon fonctionn fonctionnemen ementt ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ..........5 ..5 Pulsation Pulsationss ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ........66 Princi Principaux paux inciden incidents ts dans l’exp l’exploi loitation tation des des pompes pompes volumét volumétriq riques ues rotat rotative ivess ....... ........... ........ ........ ........ ........ ........ 8

II - POMPES POMPES VOLUMÉ VOLUMÉTRI TRIQUE QUESS ALTERN ALTERNATI ATIVES VES ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 9 1 2 3 4 5

-

Pompes Pompes à piston............. piston..................... ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ................ ................ .........9 .9 Pompes Pompes à membra membranes nes ........ ............ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... .......... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .....10 .10 Caract Caractéri éristi stique quess de fonct fonction ionnem nement ent d’un d’unee pompe pompe vo volum lumétr étriqu iquee altern alternati ative ve à simpl simplee effet effet .......10 .......10 Régulatio Régulationn du débit débit ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ................ ...............13 .......13 Principau Principauxx incidents incidents dans l’exploi l’exploitatio tationn des pompes pompes volumétri volumétriques ques alternativ alternatives.......... es.................. .............14 .....14

PLANCHES Planche n°1 : POMPE À 2 VIS À PALIERS INTERNES Planche n°2 : POMPE À VIS NON ENGRENANTES À PALIERS EXTERNES Planche n°3 : POMPE À 3 VIS Planche n°4 : POMPE À ENGRENAGES INTÉRIEURS INTÉRIEURS Planche n°5 : POMPE À ROTOR HÉLICOÏDAL EXCENTRÉ Planche n°6 : POMPE À PISTON ROTATIF Planche n°7 : POMPE TRIPLEX À 3 PISTONS PLONGEURS SIMPLE EFFET Planche n°8 : POMPE DOSEUSE À MEMBRANE

MT POM - 01621_C_F - Rév. 3

Ce document comporte 24 pages

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25/07/2005

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D

Les pompes volumétriques sont constituées d’un volume hermétiquement clos (corps de pompe) à l’intérieur duquel se déplace un élément mobile engendrant soit une dépression à l’aspiration, soit l’impulsion nécessaire au refoulement afin de vaincre la contre-pression régnant à l’aval de la pompe, soit enfin l’une et l’autre de ces fonctions et permettant ainsi le transfert d’un volume de liquide, de viscosité plus ou moins importante, depuis l’aspiration vers le refoulement. Le fluide véhiculé étant incompressible, ces pompes sont toujours équipées d’un dispositif de sécurité d’excès de pression associé. Les pompes volumétriques sont caractérisées par une grande diversité d’emploi et une grande variété de réalisations technologiques. On se limitera ici, à la présentation de quelques types de ces deux grandes familles de machines tournantes : - les pompes pompes volumé volumétri trique quess rota rotativ tives es - les pompes pompes volumé volumétri trique quess alter alternat native ivess

I-

POMPE OMPESS VOL VOLUM UMÉT ÉTRI RIQU QUES ES ROTA ROTATI TIVE VESS 1 - POMPES À VIS Elles sont constituées de deux ou trois vis s’engrenant entre elles. Le liquide remplit les cavités qui existent entre les vis et le corps. Pendant la rotation des vis, les cavités se déplacent transférant ainsi du liquide de la zone d’aspiration vers la zone de refoulement. Ce type de pompe volumétrique admet une vitesse de rotation élevée (3000 t/mn) ; elles sont silencieuses et permettent d’atteindre des pressions assez élevées ( ≈ 100 bar). Elles ne véhiculent que des liquides à bon pouvoir de lubrification et ne contenant pas de particules abrasives. Divers types existent : a - Pompes à deux vis à engrènement direct (planche n°1) Les deux vis à filets très inclinés s’engrènent directement dans un carter. Une seule des deux vis est solidaire de l’arbre moteur et entraîne la deuxième par contact direct. Les paliers sont lubrifiés par le liquide véhiculé. Les fuites internes sont relativement faibles, mais le produit pompé doit posséder un excellent pouvoir lubrifiant et être non corrosif ainsi que très peu chargé de particules abrasives. Elles sont utilisées sur les produits visqueux (fuel). b - Pompes à deux vis à engrenages de synchronisation (planche n°2) La vis solidaire de l’arbre moteur entraîne la seconde par l’intermédiaire d’un ensemble d’engrenages de synchronisation. Les deux vis permettent un jeu entre elles et ne sont pas en contact direct. Les engrenages et les paliers peuvent être en contact direct avec le liquide. Dans ce cas, une seule garniture d’étanchéité est nécessaire. Si le produit n’est pas assez lubrifiant ou s’il est chargé, les engrenages et les paliers sont isolés du liquide mais nécessitent un ensemble de quatre garnitures d’étanchéité. Il est à noter que les fuites internes sont plus importantes et provoquent une ∆P possible, ainsi qu’un rendement, plus faible. Il est à remarquer que sur les pompes à deux vis, les filets sont symétriques, afin de limiter au maximum l’effet des poussées axiales. c - Pompes à trois vis (planche n°3) La partie hydraulique de cette pompe est constituée de trois vis dont une seule est solidaire de l’arbre moteur. Les deux autres vis sont entraînées par frottement grâce à la vis centrale. Les vis sont à un seul filet et il est nécessaire d’équilibrer la poussée axiale résultante à l’aide d’un dispositif de compensation.

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2 - POMPES À ENGRENAGES a - Pompe à engrenages extérieurs Il existe un grand nombre de variantes de ce type de pompes, elles diffèrent entre elles par la disposition et la forme des dentures. Le liquide à véhiculer est aspiré dans l’espace compris entre deux dents consécutives et le corps de la pompe. L’étanchéité entre l’aspiration et le refoulement est assurée par un contact entre les dents en prise. Les dentures peuvent être droites, hélicoïdales, ou encore à chevrons. Cette dernière possibilité présentant l’avantage de rendre le mouvement plus uniforme. Ce type de pompes admet une vitesse de rotation de 2000 à 3000 tr/min ; elles sont relativement silencieuses et permettent d’atteindre des pressions de l’ordre de 20 à 50 bar. Elles sont équipées de quatre paliers, et de un à quatre boîtiers d’étanchéité. Elles ne tolèrent pas le passage de particules solides sans risque de destruction totale.

Sens de rotation Presse étoupe

Engrenage menant

ASPIRATION

REFOULEMENT

Arbre d'entraînement Engrenage mené

Élévation

A 4 6 3 1 T D

Coupe Pompe à engrenages à denture droite

b - Pompes à engrenages intérieurs (planche n°4) Le principe de fonctionnement de ce type de pompe consiste à placer un des engrenages à l’intérieur de l’autre. Cette disposition nécessite l’utilisation d’une pièce intermédiaire, placée entre les engrenages et solidaire du corps de pompe, en forme de croissant afin d’assurer l’étanchéité entre l’aspiration et le refoulement. Cette disposition permet de n’avoir qu’un seul boîtier d’étanchéité, mais le porte à faux génère une surcharge sur l’arbre. Le débit est pratiquement régulier et indépendant de la différentielle de pression, laquelle peut atteindre 15 à 20 bar. Les vitesses de rotation de ce type de pompe sont de l’ordre de quelques centaines de tours à la minute, mais elles peuvent véhiculer des produits de très grande viscosité (≈ 10 000 cSt). De plus, elles sont caractérisées par une valeur de très bas NPSHR. La présence de particules solides entraîne également sa destruction irrémédiable.


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3

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c - Pompes à rotor hélicoïdal excentré (planche n°5) Elles sont constituées de deux engrenages hélicoïdaux : le premier, le rotor, tournant à l’intérieur du second, le stator. Le rotor est un engrenage externe à une dent, le stator un engrenage interne à deux dents. La différence d’une dent, entre le stator et le rotor, crée des cavités qui se meuvent parallèlement à l’axe du stator et véhiculent ainsi le produit pompé. Les pressions au refoulement sont de l’ordre de 20 à 30 bar. Ces pompes peuvent véhiculer des produits très visqueux, chargés en particules solides, mais ne doivent en aucun cas tourner à sec (le rotor est en acier, le stator en caoutchouc). Le coût d’entretien est souvent important. Elles sont connues sous le nom commercial de “pompe Moineau ou pompe P.C.M.”.

3 - POMPES À PISTON ROTATIF (planche n°6) Ce type de pompe est constitué d’un rotor (piston) dont l’axe géométrique ne coïncide pas avec l’axe de rotation. Ce rotor reste constamment tangent au corps de pompe et partage l’intérieur de ce corps en cavités, dont les unes communiquent avec l’aspiration, les autres avec le refoulement. Les volumes de ces cavités sont variables et ces variations provoquent le transfert du liquide. Ce type de pompe admet le passage de particules solides. Le débit est légèrement pulsé et leur vitesse de rotation limitée. Elles sont connues sous le nom commercial de “Pompe Mouvex”.

4-

PARAMÈTRES INFLUANT SUR LE DÉBIT a - La vitesse de rotation N Vitesse de rotation

l e l é e r u e b e r q i u r o é o C h t b e r u o C

Débit de fuite interne

B 5 8 3 1 T D

Débit volume Q

A priori, le débit véhiculé par ce type de pompe est proportionnel à la vitesse de rotation. À vitesse fixe, le débit théorique est constant. Les fuites internes, qui existent sur ce type de pompe, créent un décalage entre le débit théorique et le débit réel. Pour minimiser l’influence des fuites internes, il y a intérêt à faire tourner la pompe le plus vite possible, mais on est limité d’une part par la tenue mécanique et les frottements, d’autre part, par les problèmes de capacité d’aspiration. 01621_C_F © 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training

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4

D

b - La pression Lorsque la ∆ P entre aspiration et refoulement augmente, la fuite au travers des jeux internes augmente et le débit peut alors diminuer de façon sensible. Débit de fuite

P Tarage soupape sécurité pression

B 6 8 3 1 T D

Débit volume Q

c - La viscosité La viscosité du produit s’oppose au recyclage interne. L’effet combiné de la pression et de la viscosité est représenté par un réseau de courbes comme le montrent les schémas ci-dessous. Débit de fuite P Tarage soupape sécurité pression d r u o l l e u F

e l i u H

Débit de fuite i t é o c n t e c i s s a V i s r o c d é

u a E B 7 8 3 1 T D

P

Q

Pour une vitesse de rotation donnée, le débit théorique est amputé d’une fuite interne qui croît avec la ∆P et décroît avec la viscosité.


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5

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5 - CAPACITÉ D’ASPIRATION Il est facilement concevable que seule une pompe sans fuite interne peut avoir un caractère autoamorçant. Dans la réalité la fuite interne étant plus ou moins importante, il est nécessaire d’assurer une pression minimum à l’aspiration, dénommée, charge minimum à l’aspiration. Tension de vapeur Pression à la bride du produit d’aspiration – NPSH > aux conditions de pompage Le NPSH augmente avec la vitesse et la viscosité, autrement dit, la charge à l’aspiration doit être d’autant plus grande que la pompe tourne vite et que le produit est visqueux.

6 - PUISSANCE ABSORBÉE Elle est théoriquement proportionnelle à la ∆P et au débit, pour une viscosité donnée. La puissance réellement consommée varie en fonction des fuites internes (jeux mécaniques, viscosité, ∆P). Elle augmente également en fonction des frottements d’origine mécanique et hydraulique. On voit que la viscosité joue un rôle complexe puisqu’elle diminue les fuites internes, donc améliore le rendement, mais augmente les frottements fluides d’une façon encore plus sensible.

7 - CONDITIONS DE BON FONCTIONNEMENT Nous avons vu déjà trois conditions : - le liquide doit être suffisamment visqueux pour limiter les fuites internes - le liquide doit avoir des propriétés lubrifiantes pour la plupart des modèles - la pression à l’aspiration doit être suffisante Ajoutons une condition importante : l’existence et le bon fonctionnement d’un organe de sécurité En effet, que se passe-t-il dans une pompe volumétrique si le circuit de refoulement est accidentellement obturé ? Les fuites internes ne sont pas suffisantes pour éviter la surcharge, dans le meilleur des cas il y a déclenchement du moteur puis rupture du corps si aucune sécurité n’intervient. Ce type de pompe comporte obligatoirement une soupape destinée à ouvrir un recyclage entre aspiration et refoulement dès que la pression de refoulement atteint une valeur prédéterminée . Lorsque le tarage de cette soupape peut être modifié, on l’adapte à la pression maximum que peut supporter le circuit (si cette dernière est inférieure à la pression maximum de la pompe).


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Cette soupape comporte souvent un volant de commande manuelle permettant : - le démarrage et l’arrêt en recyclage, donc en charge réduite - un amorçage plus facile puisque démarrant à vide. On établit progressivement le débit en fermant le recyclage. Ce volant ne doit pas être utilisé afin de réaliser un réglage de la pression ou du débit en marche normale, d’autres éléments doivent être prévus pour cela. En effet : pour rester fiable un organe de sécurité ne peut servir d’organe de réglage . Le recyclage du débit ne peut se faire que par variation de vitesse ou par un recyclage prévu sur le circuit.

8-

PULSATIONS Sur une pompe à engrenages, chaque roue ayant neuf dents, tourne à 500 tr/min et refoule dans un circuit à la pression moyenne Pm = 100 bar. La fréquence des pulsations de débit, donc de pression, est la fréquence de passage des dents, soit : 500 f = 60 x 9 = 75 Hertz (1 fois par seconde = 1 Hertz) Allure des pulsations de pression Pression (bar) Pmax 107 e d s n o i t a s l u P

Pm 100


n o i s s e r p B 9 8 3 1 T D

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Ces pulsations peuvent être gênantes pour la tenue des organes hydrauliques ainsi que pour la régulation. L’amortissement est réalisé à l’aide d’une capacité sous pression de gaz installée sur la ligne de refoulement.

Gaz Variation de niveau A 0 9 3 1 T D

Refoulement

Pour ce type de pompe, le volume de la bouteille anti-pulsatoire est peu important, puisque fonction de la variation de volume engendrée à chaque pulsation. Par contre, la pression de gonflage est tout à fait déterminante : à chaque pression de gonflage correspond une fréquence dite de coupure (qui augmente avec la pression). Pour cette fréquence, les pulsations sont très amorties, pour les autres fréquences, l’amortissement est beaucoup plus faible, voire négligeable.

Amplitude des pulsations

A 1 9 3 1 T D

f

Fréquence de coupure

La pression de gonflage doit être “accordée” à la fréquence à amortir .


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8

D

Pour éviter la dissolution du gaz dans le liquide, on utilise des bouteilles à membranes. Valve de gonflage

Gaz comprimé

Vessie

Le bureau d’études doit donc calculer la pression de gonflage en fonction des caractéristiques réelles du circuit. Une pression de gonflage ne peut amortir qu’une seule fréquence, donc la bouteille anti-pulsatoire n’est efficace que pour un seul débit déterminé.

A 5 9 2 1 T D

9 - PRINCIPAUX INCIDENTS DANS L’EXPLOITATION DES POMPES VOLUMÉTRIQUES ROTATIVES a - Le moteur disjoncte après un temps de fonctionnement - Puissance consommée trop importante due à un ∆P trop élevé (sauf problème électrique) - Vanne se ferme sur le refoulement - Viscosité augmente (donc également pertes de charge) : . température du bac diminue . traçage de ligne en panne . le produit change de qualité, on doit constater que Paspiration baisse ; Prefoulement augmente. b - La pompe tourne mais ne débit pas -

Perte de niveau aspiration Vanne fermée Filtre bouché Produit figé dans la ligne Soupape bloquée en position ouverte Désamorçage (entrée d’air ou vapeur)

c - La pompe tourne mais la pression de refoulement est trop faible - Soupape ouverte ou détarée - Température élevée (viscosité réduite et fuite interne accrue) - Produit trop léger d - Pompe grippée - Blocage des vis par un corps solide - Dilatation des vis due à la température du produit véhiculé - Manque de lubrification dû au désamorçage


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II -

D

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LES POMPES VOLUMÉTRIQUES ALTERNATIVES Les pompes volumétriques alternatives usuelles font appel à deux principes : • le déplacement d’un piston animé d’un mouvement alternatif Selon le cas, le piston peut être en contact avec le cylindre, ou ne pas être en contact avec les parois de la chambre qui contient le liquide. • la déformation d’une membrane Le mouvement de la membrane est imposé, dans le cas général, par la pression obtenue sur la face arrière par une pompe à piston plongeur. Refoulement

Refoulement Cylindre

Piston

Clapet de refoulement

Refoulement Plateau AR Huile tampon

Piston plongeur Membrane

Segments d'étanchéité

Garniture d'étanchéité

Clapet d'aspiration

Aspiration

Aspiration

Pompe à piston en contact avec le cylindre

Pompe à piston plongeur

Piston plongeur

Aspiration Pompe à membrane

Principes des pompes alternatives Le principe de fonctionnement est simple : - lorsque le piston, ou la membrane, se déplace vers le “point mort bas”, le clapet d’aspiration se soulève et le liquide est aspiré. Le clapet de refoulement est fermé. - lorsque le piston, ou la membrane, se déplace vers le “point mort haut”, le clapet d’aspiration se ferme tandis que celui de refoulement s’ouvre, permettant le refoulement du liquide pompé.

1 - POMPES À PISTON (planche n°7) Elles peuvent être à simple effet et, dans ce cas, le piston n’a qu’une seule phase active (premier temps : aspiration, deuxième temps : refoulement) sur les deux phases que comporte le cycle. Elles peuvent être à double effet et, dans ce cas, le piston est actif dans les deux phases, permettant un débit deux fois plus important et une plus grande régularité de débit. Il est possible d’associer plusieurs éléments de pompe à piston, décalés dans un cycle de rotation (pompe Triplex par exemple) de façon à augmenter le débit et la régularité. Ces pompes possèdent une grande capacité d’aspiration et permettent d’atteindre des pressions de refoulement importantes.


A 7 6 3 1 T D

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D

2 - POMPES À MEMBRANES (planche n°8) Dans ce type de pompes, le déplacement du piston est remplacé par les déformations alternatives d’une membrane en matériaux élastiques. La membrane est entraînée par l’intermédiaire d’un liquide tampon comprimé et décomprimé grâce aux mouvements alternatifs d’une pompe à piston. Le produit véhiculé se trouve ainsi entièrement isolé de la partie mécanique de la pompe, et peut présenter un caractère relativement corrosif. Le volume balayé par le piston étant supérieur à celui balayé par la membrane, il est nécessaire de limiter la pression du liquide tampon afin d’éviter l’éclatement de la membrane. Une soupape de sécurité permet d’évacuer l’excédent de liquide tampon en fin de phase de refoulement. Il est alors nécessaire de prévoir un second dispositif de compensation qui admettra en fin de phase d’aspiration une quantité de liquide tampon à l’arrière de la membrane, égale à celle chassée en fin de refoulement. Une pompe à membrane devra donc être équipée d’un système auxiliaire dit de “compensation” qui en augmente le coût. Pour des raisons de sécurité la membrane peut être doublée. Ces pompes sont utilisées sur les débits moyens de l’ordre de 80 m 3 /h, à des températures inférieures à 150°C. Elles conviennent sur les très petits débits, et sont très souvent utilisées comme pompes doseuses.

3-

CARACTÉRISTIQUES DE FONCTIONNEMENT D’UNE POMPE VOLUMÉTRIQUE ALTERNATIVE À SIMPLE EFFET a - Loi de débit Une pompe volumétrique alternative donne tant à l’aspiration qu’au refoulement une loi de débit déterminée par son mécanisme interne. Le mouvement du piston entraîné par un dispositif biellemanivelle est pratiquement sinusoïdal, il est à remarquer que dans ce type de pompe le débit instantané maximum atteint, est pratiquement égal à 3 fois le débit moyen.

qv

qmoyen

1

2

3

4

1

2

3

4

B 4 9 2 1 T D

Course


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D

Il est possible de représenter le cycle théorique sur un tour de vilebrequin, par un diagramme pressionvolume comme sur la figure ci-après.

P Pref

D

C

Pasp

A

B

A 1 8 3 1 T D

PMH

PMB

Cycle théorique d’une pompe alternative simple effet

Le liquide étant incompressible, la montée en pression (BC) est instantanée ainsi que la baisse de pression (DA) dès que s’inverse la course du piston. Le cycle théorique est un rectangle.

b - Le cycle réel La perte de charge à travers les clapets d’aspiration et de refoulement fait que de A à B, la pression est inférieure à ce qu’elle est dans la ligne d’aspiration et de C à D, supérieure à ce qu’elle est dans la ligne de refoulement. Le manque d’étanchéité des clapets et leur retard à la fermeture, déforme les segments BC et DA, qui ne sont plus alors verticaux. La présence de gaz dans le cylindre a le même effet. Du gaz dissous dans le liquide est susceptible, en effet de se dégazer pendant la phase d’aspiration où la pression descend à une valeur qui peut être plus faible que la tension de vapeur. Ce gaz amortit la montée en pression, provoque des oscillations de pression et des battements de clapet. Dans certains cas, on peut introduire volontairement une petite quantité d’air par un reniflard pour amortir les chocs sur le mécanisme et renouveler l’air du réservoir de régularisation du débit.


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D

Débit réel

P

Influence des clapets

Pref Influencedu gaz dissous et du manque d'étanchéité

Pasp

A 2 8 3 1 T D

V PMH

PMB

Cycle réel d’une pompe alternative simple effet

c - Conséquences • les pressions extrêmes atteintes provoquent des à-coups très importants, fatiguant le mécanisme et ainsi générant des couples qui peuvent passer par des maximums, qui risquent de surcharger le moteur. • la pression minimum atteinte, nettement inférieure à la pression que l’on aurait avec un débit régulier peut provoquer, si la “charge à l’aspiration” n’est pas suffisante : - un dégazage important, donc une diminution du débit et une usure des clapets - de la cavitation, si on est proche de la tension vapeur, d’où érosion de l’intérieur de la pompe et également diminution du débit. • De plus les phénomènes pulsatoires peuvent faire apparaître des surdébits, à l’aspiration et au refoulement, du fait de l’inertie des colonnes liquides. En fin de phase d’aspiration lorsque la pression dynamique à l’entrée de la pompe excède la pression statique au refoulement. En fin de phase de refoulement lorsque la pression dynamique à la sortie de la pompe est inférieure à la pression statique à l’aspiration .

Conclusion Il faut : - régulariser le débit pour amortir les pulsations de pression - assurer une hauteur de charge nettement positive à l’aspiration - assurer une différence de pression d’au moins 3 bar entre la ligne de refoulement et la ligne d’aspiration (si nécessaire, au moyen d’une soupape de maintien de pression).


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4 - RÉGULARISATION DU DÉBIT Plusieurs solutions sont employées, principalement : a - Les pompes à plusieurs cylindres

qv

Débit résultant Cylindre 1 Cylindre 2 Cylindre 3 t

A 3 9 2 1 T D

Pompe à 3 cylindres simple effet à 120°

b - Les bouteilles anti-pulsatoires

qv

A

Refoulement

V

A1 qmoyen Conduite de

A2

refoulement

A 4 9 2 1 T D

Course

Pour obtenir un débit régulier, il faut que par compression du gaz contenu dans la bouteille, le volume A1 soit emmagasiné pendant la phase de refoulement et restitué intégralement pendant la phase d’aspiration (A 2 = A1 = A) . Pour ce faire, le volume de la bouteille est de l’ordre de 25 à 50 fois le volume A 1, engendré par une pulsation. De plus, il faut éviter que les oscillations propres du système colonne de liquide-matelas de gaz aient une fréquence propre supérieure ou égale à la cadence de la pompe afin d’éviter tout phénomène de résonance.


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Valve de gonflage

Gaz comprimé

Vessie

A 5 9 2 1 T D

D

Pour cela, il suffit de surdimensionner la bouteille. On est amené à le faire pour les pressions de refoulement élevées. Pratiquement, il est utilisé des bouteilles à membrane pour éviter de dissoudre le gaz. Celles-ci sont gonflées à environ 60 % de la pression de refoulement de la pompe. Un clapet empêche la vessie de sortir du réservoir lors du gonflage.

Remarque On peut être obligé d’installer une bouteille non seulement au refoulement, mais aussi à l’aspiration. En effet, des lignes courtes et de diamètre suffisant pour limiter les pertes de charge à l’aspiration sont susceptibles de connaître des oscillations très importantes accordées à la cadence de la pompe. L’inertie de la colonne liquide est prépondérante, car les frottements qui pourraient amortir le mouvement pulsatoire sont faibles.

5 - PRINCIPAUX INCIDENTS DANS L’EXPLOITATION DES POMPES VOLUMÉTRIQUES ALTERNATIVES a - Débit insuffisant ou nul -

Présence de gaz dans la ligne d’aspiration Manque de niveau à l’aspiration Pompe non amorcée Prise d’air à l’aspiration Soupape de décharge bloquée ouverte Bouteilles antipulsatoires détériorées Défaillance ou encrassement des clapets Déréglage de la course du piston Vaporisation du produit à l’aspiration (cavitation) Membrane de la pompe percée Filtre bouché Produit trop visqueux (mal réchauffé par exemple)


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b - La pompe déclenche par surcharge électrique - Défaut électrique - Frottements mécaniques • garniture d’étanchéité trop serrée • pièces en mouvement détériorées • huile trop visqueuse - Changement de qualité ou de température du produit entraînant une augmentation de la viscosité. - Augmentation de la ∆P amont/aval • • • • •

pression dans les capacités niveaux filtre encrassé vanne étranglée clapet coincé

c - Variations de pression au refoulement excessives La conception de l’installation est en cause, l’inertie de la masse liquide en mouvement dans la ligne de refoulement est trop importante. On peut : -

augmenter le diamètre de la ligne (diminution de la vitesse) diminuer la longueur de la ligne. Pour diminuer la masse de liquide mise en jeu installer une bouteille anti-pulsatoire remplacer par une pompe multi-cylindres

d - Vibrations importantes -

défaut d’alignement ou défaut mécanique garniture trop serrée cavitation bouteilles antipulsatoires détériorées : pas de gaz ou pression de gaz différentes de la pression à écrêter. Membrane perforée - cadence de marche non adaptée aux membranes


5 -2/C

D

— s S I e r V n 2 e t i À n E s P r e l M i O a P p À —

— 1 ° n e h c n a l P

—

e p u o t é e s s e r P

n o i t a s i n o r h c n y s e d e g a n e r g n E

e r b r A

T N E M E L U O F E R

e p m o p a l e d n o i t c e t o r p e d e p a p u o S

) e l b i s s i v é s r t e s v e n i i s s v e 2 g s a e t e l d i e f l à u e s i s v e 2 n u i c i (

s e s u q e i n r n a e t c n é i n m s o i t e a r u s i t i n n r o : r a h g s t c u n n o a y / n s e s e r e s s g d e e n s r t n r e e é t g e n i t o a é n i n n h e c s r s n r r e o g i t n a t l a o e é P R

N O I T A R I P S A

d r a n i u G t n e m u c o d s è r p a ' D

r u e p a v e d n o i t a l u c r i c a l r u o p e s i m e h C

A 5 7 3 1 T D


5 -2/C

D , e é r s o s l e e p r d l e t o c e n p n e i d m i é o c t i c p r u a a l c t s é s n n o i e a s d e g s e t é e r p o p a r r p p u s u o S

5 -2/C

S E T N A N — E s R e G n r N e E t x N e O s r N e i l S I a V p 2 À

e r b r A

À — e é n e m s i V

e t n a n e m s i V

E P M O P

— 2 ° n e h c n a l P

—

t n e m e e n î é n a r t e n m e ' s d i v e a g l a e n d e r g n E

s s e e u s q s i e n r a t c s é é u t i o m é s h e c r n u t a i t é n r a 4 g

u l e a i e u v ' h i N d


d r a n i u G t n e m u c o d s è r p a ' D

A 6 7 3 1 T D

D

POMPE À 3 VIS — Planche n°3 —

n o i t a r i p s A

e p m o p e l l a l e t t n n a e i e d g c c é t a o r e p g r é t a h e r c r û s u s e e d n e ' u p d a p u o S

e u q i s t n n a a c s n é e e m é r n g e r n u e e t i m s i r n r s v o t a g 2 o r u - o e s / t e e n s a n r s n e t e r e n t m i : s s i r é t v i e i é 1 l a h P c n a t

s s e e d l i n a x o i t a a s s e n é e s p s u m o o C p

A 1 7 3 1 T D

t n e m e l u o f e R

e é n e m s i V

e é n e m s i V e r b r A

É


e p u o t é e s s e r P

O M I M A C S t n e m u c o d s è r p a ' D

5 -2/C

D

5 -2/C

POMPE À ENGRENAGES INT ÉRIEURS — Planche n°4 —

Fonctionnement

1 - Entr ée du liquide

2 - Transfert du liquide

3 - Sortie du liquide

Étanchéité par tresses ou garniture mécanique

Palier de roulement de butée

Palier interne

C 5 6 3 1 T D

D'apr ès document ACMR


D

POMPE À ROTOR HÉLICO Ï DAL EXCENTRÉ

5 -2/C

— Planche n°5 —

Double cardan

a

Sur l'épure ci-contre, stator et rotor sont repr ésentés en coupe. La décomposition du mouvement de rotation du rotor tournant à droite permet sur un tour de suivre la progression d'une alv éole • Le liquide se d éplace de gauche à droite, selon, bien évidemment, le sens du déplacement des alv éoles • Le refoulement et l'aspiration sont isolés l'un de l'autre par une ligne d'étanchéité dont la longueur est proportionnelle au nombre de pas de la pompe • La rotation inverse du rotor entra î nerait un déplacement inverse des alvéoles et donc du sens de débit. La pompe Moineau est réversible

Section a

Le rotor est au point haut de l'alv éole

Le rotor a tourné de 90° et se trouve dans l'axe du stator

Le rotor a tourné de 180 °, l'alvéole est fermée

Le rotor a tourné de 270 ° il se trouve dans l'axe du stator

Le rotor a tourné de 360 °, Le cycle est termin é, un autre s'amorce


A 4 7 3 1 T D

D POMPE À PISTON ROTATIF

1

2

3

B

B


4

C

D

C

C

D

A

C

B A

Asp.

Ref. A refoulement B fin de remplissage C en remplissage D volume 0

D

A fin de refoulement B refoulement C en remplissage D commence son aspiration

B A volume 0 B refoule C termine un remplissage D en remplissage

E

A remplacé par C B termine son refoulement C refoule D poursuit son r emplissage E commence son remplissage devient C

Bypass de sécurité Arbre avec douille excentrée

Seule pièce en mouvement avec l'arbre

Cet excentrique tourne dans l'alésage du piston Corps de pompe

Cylindre monobloc

Piston

Fond

B 6 6 3 1 T D


A 6 6 3 1 T D

5 -2/C

D POMPE TRIPLEX À 3 PISTONS PLONGEURS — Simple effet —


Coupe sur un cylindre REFOULEMENT

Chambre

Bielle Piston

Clapets

ASPIRATION Etanchéité à tresses chevron avec injection dans le circuit de barrage si pompage de particules solides

Vue de dessus

Vilebrequin

Bielles calées à 120°C Pressions jusqu'à 200 bar débits jusqu'à 500 m/h


C 9 8 2 1 T D

5 -2/C

D

5 -2/C

POMPE DOSEUSE À MEMBRANE — Planche n°8 — é

é t i r u c é s e d e p a p u o S

t n a d n n a o i t m i s e m o o n c p a e n r g e b a t n m o e o l t m i i p a a l e s d n e e u p d e a m r e t o è i c a r l a r P l a

r é t a i p é h 0 c 0 n 1 / a t 0 é 0 s 1 n à a 0 s e n t d o s i e e p h é c t r u o l a d i e p m s e n r n e u o a r e c e b l b a i l t m a t f e s e u u d e m j e d e l a s i g p t a l a b m é g P i S D é r =

n o i s s e r p n é d o i t s a u s o n s e r p e r i m o p c s ' e a d d t e t n a o l t i t p e c m r o l e B p

n o t s i p e l i u H

n o t s i P

n o t s i p e t r o P

p m o p e d i u q i L

e l b i v o m a e s i m e h C

n o i t a s n e p m o c e d e e r p t l i a f p c u e o v S a

t n e m e l u o f e r e d t e p a l C

e n a r b m e M

n t o t n i a i s n o e t p n n i a e e m n é r a r a t b t m e e p a m l a C l


e g a p m o p e d e r b m a h C

n o i t a r i p s a ' d t e p a l C

A 0 0 4 1 T D

pompes volumetriques.pdf

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