III-3-2-2Pompes volumétriques :
a) Introduction
La pompe volumétrique transmet l'énergie
cinétique du moteur en mouvement de va-et-vient permettant au fluide de
vaincre la gravité par variations successives d'un volume
raccordé alternativement à l'orifice d'aspiration et à
l'orifice de refoulement.
Les pompes volumétriques fonctionnent en deux temps :
remplissage puis vidange d'un volume de liquide, d'où leur appellation.
Elles permettent des pressions importantes pour des débits relativement
faibles et nécessitent un moteur qui a un couple de démarrage
important.
Une pompe volumétrique permet en général
d'aspirer l'air contenu dans la tuyauterie, on dit alors qu'elle est
auto-amorçante.
b) Principe de fonctionnement :
Un volume V0 de fluide emprisonné dans un espace
donné (le récipient de départ) est contraint à se
déplacer de l'entrée vers la sortie de la pompe par un
système mécanique. Ce volume prélevé dans la
conduite d'aspiration engendre une dépression qui fait avancer le fluide
vers la pompe par aspiration. Cet effet confère aux pompes
volumétriques d'être auto-amorçantes [17].
MS-ERSE PFE Ghadhi Ahmed Page 53
La pression d'aspiration ne doit pas s'abaisser en-dessous de
la pression de vapeur saturante sous peine de voir le liquide entrer en
ébullition. Ce phénomène peut d'ailleurs intervenir sur
n'importe quelle machine. On obtient un débit théorique moyen
proportionnel à la vitesse de rotation.
Par contre, si le volume aspiré ne peut
s'évacuer dans la canalisation de sortie (vanne fermée, ou
canalisation obstruée) l'augmentation de pression aboutirait soit
à l'éclatement de la conduite, soit au blocage du moteur
d'entraînement de la pompe. C'est pourquoi une soupape de
sûreté doit être impérativement montée
à la sortie de la pompe.
|
|
|
1 : organe déplaceur,
2 : espace de travail; Q : débit volumétrique, F :
force de déplacement, A : surface, p : pression de refoulement, s :
distance de déplacement
|
Figure III.7 : Principe de fonctionnement
d'une pompe volumétrique [17]
Le travail réalisé Ws est le produit de la force
de déplacement F et de la distance de déplacement s. Cette
équation peut également être écrite comme le produit
de la cylindrée Vs par la pression de refoulement p :
Ws = F. s = A · p · s = Vs · p
La puissance transmise sur le fluide est calculée
à partir de débit volumétrique Q et de la pression de
refoulement p :
P = Q · p
Figure III.8 : Caractéristiques d'une
pompe volumétrique
MS-ERSE PFE Ghadhi Ahmed Page 54
c) Types de pompes volumétriques :
On classe les pompes volumétriques en deux
catégories : les pompes alternatives et les pompes rotatives. La plus
connue des pompes alternatives est la pompe à piston ; Elle comporte une
soupape d'admission et une soupape d'échappement, le pompage se fait en
deux temps : aspiration puis refoulement, et le débit n'est pas
régulier. Dans les pompes rotatives, le débit est régulier
(pompes à engrenages, à lobes, à palettes). Cette
deuxième catégorie de pompes a aussi l'avantage de ne comporter,
en général, ni soupape ni clapet.
Figure III.9 : Schéma de pompe à
piston et pompe à membrane [17]
Figure III.10 : Schémas de pompes
volumétriques rotatives [17]
III-3-2-3Pompe centrifuge : a) Introduction
Inventée en 1689 par le physicien Denis Papin la pompe
centrifuge, aujourd'hui la plus utilisée au monde est ouest une
turbomachine tournante destinée à communiquer au liquide
pompé une énergie suffisante pour provoquer son
déplacement dans un réseau hydraulique comportant en
général une hauteur géométrique, une augmentation
de pression et toujours des pertes de charges.
Les pompes centrifuges constituent un système ouvert et
en équilibre, où le fluide n'est jamais enfermé dans un
volume totalement clos.
La pompe centrifuge reste le type de pompe industrielle le
plus commun à cause de sa simplicité et de sa facilité
d'exploitation. Et son débit de refoulement peut atteindre
jusqu'à 15 m3/h.
MS-ERSE PFE Ghadhi Ahmed Page 55
les pompes centrifuges sont composées d'une roue
à aubes qui tourne autour de son axe, d'un stator constitué au
centre d'un distributeur qui dirige le fluide de manière adéquate
à l'entrée de la roue, et d'un collecteur en forme de spirale
disposé en sortie de la roue appelé volute.
|
1 : entrée
2 : roue
3 : volute
4 : sortie
5 : arbre de roue
|
Figure III.11 : vues de face et de coupe d'une
pompe centrifuge [18]
b) Principe de fonctionnement :
? la roue à aube st entrainée par l'arbre de
transmission qui sort de la prise de mouvement.
? L'eau arrive à une pression minimum de 1bar (pression
atmosphérique) dans l'ouïe.
? La roue à aube en accélérant
éjecte l'eau vers l'extérieur grâce à la force
centrifuge.
? Les diffuseurs captent l'eau et l'orientent vers le collecteur
de refoulement en transformant
l'énergie cinétique en énergie
potentielle.
? L'eau sort du collecteur avec son énergie potentielle
qu'on appelle pression.
c) Description mécanique :
Un impulseur (roue munie de palettes) tourne à grande
vitesse dans un corps de pompe, et imprime au liquide une vitesse et une force
centrifuge, qui conduira à un débit et une pression à la
bride de refoulement de la pompe. Le mouvement du liquide vers la bride de
refoulement provoquera l'admission d'un volume équivalent à la
bride d'aspiration.
Un impulseur unique permet de générer un
relevage maximum de l'ordre 50m pour une vitesse de rotation de 1500t/mn
[20].
Plus le diamètre de l'impulseur et la vitesse de rotation
sont grands, plus le débit et le relevage seront grands.
Plusieurs impulseurs peuvent être montés sur le
même arbre. On dit que la pompe est multi-étagée. Les
hauteurs de relevage de chaque impulseur s'additionnent.
L'impulseur est généralement relié au
moteur d'entraînement par un arbre. Alors que l'impulseur est en contact
avec le fluide du procédé, le moteur est
généralement à l'air libre. L'arbre doit donc traverser la
paroie du corps de pompe sans autoriser aucune fuite du fluide du
procédé. Ceci est obtenu par un système
d'étanchéité complexe du type presse-étoupe ou du
type garniture mécanique.
MS-ERSE PFE Ghadhi Ahmed Page 56
Lorsqu'une étanchéité parfaite est requise,
le passage de l'arbre à travers la paroie de la pompe est
supprimé. Deux technologies sont disponibles:
? L'entraînement magnétique; l'impulseur à
l'intérieur du corps de pompe étanche et l'arbre moteur à
l'extérieur sont couplés au moyen de deux aimants permanents. La
puissance de telles pompes est limitée par le couple mécanique
qui peut ainsi être transmis.
? Le rotor noyé; le moteur d'entraînement et
l'impulseur sont inclus dans la même enceinte contenant le fluide
procédé. Le fluide procédé doit donc être
capable d'assurer le refroidissement du moteur. La seule connection avec
l'extérieur qui subsiste et pour laquelle on doit assurer
l'étanchéité est le passage du câble d'alimentation
électrique du moteur [20].
Les caractéristiques des pompes centrifuges sont
très différentes des précédentes :
? Le couple de démarrage est faible, principalement
lié à l'inertie des éléments mobiles
? La pompe offre, pour une vitesse donnée,
différentes possibilités de débit et de pression.
Une pompe centrifuge est mal adaptée pour de faibles
débits et de grandes hauteurs contrairement à sa cousine
volumétrique. Signalons aussi que la pompe centrifuge ne peut pas
aspirer l'air et n'est pas donc auto-amorçant.
|
Figure III.12
|
: Caractéristiques d'une pompe centrifuge
|
d) Classification de pompes centrifuges : ? Selon le type
de la roue :
Les pompes sont souvent classées par le type de roue
qu'elles utilisent, on distingue [21] :
? Roues radiales ou « centrifuges » : Les roues
radiales agissent en déplaçant le fluide hors de la pompe
"radialement" ou perpendiculaire à l'axe de la pompe. Elles
génèrent des débits faibles allant jusqu'à 20 - 30
m3 / h, pour des Htm élevés. Elles sont également
utilisées dans la plupart des pompes à un étage.
MS-ERSE PFE Ghadhi Ahmed Page 57
Figure III.13 : roue radiale ou centrifuge
? Roues semi-radiales : Les roues semi -axiales sont
semblables aux roues de flux radiaux, mais soumet le fluide à un
degré de flux radial afin d'améliorer le rendement. Les roues
à flux semi -axial peuvent gérer des flux plus importants que les
roues radiales, et les pompes avec des roues à flux semi -axiales sont
généralement utilisées pour des objectifs plus vastes
d'admission ou de distribution d'eau dans l'adduction en eau, l'irrigation et
les applications de refroidissement.
? Roues axiales : Une roue axiale est essentiellement une
unité composée d'une hélice et d'un arbre moteur,
logée dans un tube. L'hélice déplace simplement le liquide
à travers le long du tube. Les roues axiales ne génèrent
pas beaucoup de pression, donc pour des faible Hmt, mais elles sont très
bonnes pour fournir un débit élevé ( plus de 40 000 m3 /
h). Les pompes avec roues axiales sont principalement utilisées pour les
liquides de recirculation entre les réservoirs des usines de traitement
des eaux usées, et pour les applications de contrôle d'inondation
où de grands volumes d'eau doivent être pompés à
faible pression [21].
Figure III.14 : a) roue semi-radiale b) Roue
axiale
? Roues Vortex : Une roue vortex crée des tourbillons
dans le carter de la pompe qui déplacent les fibres, les matières
solides et le sable à travers la pompe. Ce qui rend ces roues
idéales pour la manipulation de liquides avec des fibres longues, des
particules et du sable abrasif .. les pompes à roues vortex sont
normalement utilisées dans des applications d'assainissement plus
petites avec de grandes quantités de fibres et de sable [21].
MS-ERSE PFE Ghadhi Ahmed Page 58
Figure III.15 : Roue Vortex
? Selon le nombre de roues ou étages :
? A un étage : Dans la pompe centrifuge à un
étage, une roue est utilisée dans l'arbre de la pompe. Ce type de
pompe est utilisé lorsqu'une faible pression est requise.
? A deux étages : Pour obtenir une charge moyenne en
raison du débit de la pompe, deux impulseurs ou roues peuvent être
utilisés en série dans un seul arbre.
? A plusieurs étages : Lorsqu'une hauteur de charge et une
sortie de décharge élevées sont requises, plusieurs
nombres de roues peuvent être utilisés dans un seul arbre.
Figure III.16 : pompe centrifuge a) à un
seul étage ; b) à cinq étages
| 
