Introduction Pompes

Flowserve Pompes

I n t r o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s F v r i e r 2 0 0 2 Sommaire

Flowserve Pompes Flowserve Pompes Flowserve Pompes Flowserve Pompes

SOMMAIREI. NOTIONS DE MECANIQUE DES FLUIDES INCOMPRESSIBLES

I.1. UNITS 1I.1.1. Units de base 1I.1.2. Units drives 1I.1.3. Dfinition particulire des units 2

I.2. ECOULEMENT 4

I.3. PERTES DE CHARGE 6I.3.1. Pertes de charge singulires ou localises 6I.3.2. Pertes de charge linaires 7

I.4. COURBE RSEAU 10I.4.1. Calcul des pertes de charge l'aspiration Hj1 10I.4.2. Calcul des pertes de charge au refoulement Hj2 12

II. LES POMPES CENTRIFUGES

II.1. GNRALITS CONCERNANT LES POMPES 13II.1.1. Relation gnrale 13II.1.2. Diffrents types de pompes 13

Pompes centrifuges et hlico-centrifuges 15Pompes hlices 15Pompes volumtriques 15

II.2. COURBES CARACTRISTIQUES 16II.2.1. Liste des grandeurs et symboles NF.E 44002 et ISO.2548 16II.2.2. Courbe caractristique dbit / hauteur 17II.2.3. Courbe de puissance 17II.2.4. Courbe de rendement 19II.2.5. Courbe de NPSH requis (hauteur de charge nette absolue) 20II.2.6. Prsentation des courbes catalogues 20

II.3. LOIS DE SIMILITUDE 23II.3.1. Vitesse de rotation 23II.3.2. Coefficient de similitude 26

II.4. PROFIL ET AGENCEMENT DES POMPES CENTRIFUGES 27

II.5. TECHNOLOGIE GNRALE DES POMPES CENTRIFUGES 29II.5.1. Roue 29II.5.2. Corps de pompe ou diffuseur 29II.5.3. Corps d'aspiration 30II.5.4. Pousse axiale 30

II.5.4.a - Chambre d'quilibrage 30II.5.4.b - Ailettes dorsales 30II.5.4.c - Disque d'quilibrage 30

II.5.5. Pousse radiale 32II.5.6. tanchit du passage d'arbre 32

II.5.6.a - Garniture tresse 32II.5.6.b - Garniture mcanique 35

Sommaire F v r i e r 2 0 0 2 I n t r o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s

Flowserve Flowserve Flowserve Flowserve

III. ESSAIS DES POMPES CENTRIFUGES

III.1. ESSAIS EN PLATE-FORME 37

III.2. CAPACIT D'ASPIRATION:HAUTEUR DE CHARGE NETTE ABSOLUE L'ASPIRATION 42

III.3. VRIFICATION SUR LE SITE 46III.3.1. Pompe de surpression 46III.3.2. Groupe immerg 48III.3.3. Calcul de la consommation 48

IV. CHOIX ET FONCTIONNEMENT DES POMPES CENTRIFUGES

IV.1. DONNES HYDRAULIQUES DE BASE ET CHOIX DE LA POMPE 49

IV.2. POINT DE FONCTIONNEMENT REL 58IV.2.1. Rseau surestim 58IV.2.2. Rseau sous-estim 60

IV.3. RECOUPE DE ROUE 62

IV.4. COUPLAGE DES POMPES 64

IV.5. SLECTION DU MATRIEL 66

ANNEXES pages 67 93ANNEXE 1

Prdtermination et mesure de la Hauteur Energtique Totaleet du NPSH disponible 67

ANNEXE 2 : PERTES DE CHARGE. dans les conduites 68. dans les coudes et ts 69. en mtres pour 100 mtres de tuyauterie 70. dans les accessoires 71. dans les robinets, par changement de vitesse d'coulement 72. par diaphragme 73. graphique de Moody 74

ANNEXE 3 :Dtermination graphique de la courbe caractristique d'un rseau 75

ANNEXE 4 :Correspondance entre units de viscosit cinmatique 76Correspondance entre degrs Baum et densit 76Correction des caractristiques en fonction de la viscosit 77

ANNEXE 5 :Pression atmosphrique et altitude. Immersion minimale des prises d'aspiration 78Installations aux bacs d'alimentation, Dispositifs antivortex - Tuyauterie des pompes 79Agencement des puisards d'aspiration 80

ANNEXE 6 :Densit et tension de vapeur de l'eau en fonction de la temprature pages 81 84

ANNEXE 7 :Facteurs de conversion en unit SI 85

ANNEXE 8 :Exemple de prslection pages 86 93

Recueil labor partir d'une conception originale de Monsieur Jol VOVARD - Ingnieur C.N.A.M.

I n t r o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s F v r i e r 2 0 0 2 1 / 93


I. NOTIONS DE MECANIQUE DES FLUIDESINCOMPRESSIBLES

I.1. UNITES

Le systme lgal d'units utilis est le systme international SI, NFX02.006.

Son application est obligatoire en France et est en concordance technique avec les normes ISOlabores par les comits techniques de l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO 1000).

I.1.1. Units de baseGrandeur Nom de l'unit Symbole

LongueurMasseTempsIntensit de courant lectrique

mtrekilogramme

secondeampre

mkgs

I.1.2. Units drives

Utilises dans le domaine des pompes et du transport des fluides incompressibles.

Grandeur Nom del'unit

Unit SI Symbole Unitpratique

Conversion

TempratureAire de superficieVolumeVitesse angulaire

Vitesse de rotationVitesseMasse volumiqueDbit volumeDbit masseForceMoment d'une forcePression (2)nergie, TravailPuissanceViscosit dynamiqueViscosit cinmatiqueNombre de Reynolds

degr Celsius

newtonnewton-mtre

pascalJoulewatt

nombre pur

Cm2m3

rad/s

s-1m/s

kg/m3m3/skg/sN

N.mPaJ

WN.s/m2m2/s

V

nv

Q ou qvq ou qm

FMpP

Re

cm2 ou mm 21 ou dm3

tr/min

kg/dm3m3/ht/h

bar

cPcSt

10-4 10-610-3

=

260n

1031/3600

105

10-310-6

(1)

2 / 93 F v r i e r 2 0 0 2 I n t r o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s


I.1.3. - Dfinition particulire des units

(1) Le dbit volume Q (unit retenue sur les diagrammes de fonctionnement des pompes) est li au

dbit masse q par la relation Qq

=

Le dbit masse q est quelquefois utilis dans le domaine des pompes d'alimentation de chaudire.

Par exemple : pour fournir un dbit masse de 20 t/h d'eau 130 (massevolumique = 934,8 kg/m3 Annexe 6 p 82) il faudra choisirune pompe capable de donner un dbit volume de

h/m4,218,934

00020 3=

(2) Une pression est le quotient d'une force par une surface (comme une contrainte). Dans lesystme SI, le pascal est la pression d'un newton par mtre carr. Cette unit est trop petite pourles besoins industriels, c'est pourquoi le bar est plus couramment utilis.

1 bar = 10 5 Pa

Dans la mcanique des fluides, les pressions sont gnralement exprimes en hauteur de fluide-mtres d'eau ou mm de mercure (mm Hg)-

p = gH avec masse volumique du fluide considr en kg/m3g acclration due la pesanteur 9,81 m/s (varie avec le lieu)H hauteur de charge ou hauteur de colonne de fluide en mtres

1 mtre d'eau = 1 000 x 9,81 x 1 x 10-5 = 0,0981 barinversement, 1 bar = 10,20 m d'eau

1 mm Hg = 13 600 x 9,81 x 10-3 x 10-5 = 0,00133 barinversement, 1 bar = 750 mm de mercure

On appelle pression manomtrique (pression lue sur un manomtre) la pression effective par rapport la pression atmosphrique.Sa valeur est positive si elle est suprieure la pression atmosphrique et ngative si elle estinfrieure. Dans ce dernier cas, on dit galement et improprement "vide".

La hauteur de charge (positive ou ngative) correspondant cette pression est gale pg

Par exemple : la hauteur de charge (ou hauteur de fluide) d'une huile demasse volumique 820 kg/m3 correspondant une pression de2,3 bars est de :

huile'dm60,2881,9820

103,2 5=



Formules pratiques en partant de la densit d =

1000

Hp bar

d

ou Hp mmHg

d

=

=

( ) ,

( ) ,

10 2

0 0136

Par exemple : pour la mme huile, une pression manomtrique ngative de-300 mm de mercure correspond une hauteur de chargengative de

huile'dm89,482,0

0136,0300=

On appelle pression absolue la somme de la pression effective et de la pression atmosphrique.

La pression atmosphrique (pression absolue) est essentiellement variable (lieu, conditionsatmosphriques du moment) ; elle est dsigne par pb.

La pression atmosphrique dite "normale" (une atmosphre) est gale 760 mm de mercure ou10,33 m d'eau ou 1,013 bar au niveau de la mer. (Voir annexe 5 p78 pour correction en fonction del'altitude).

Le mm de mercure, galement appel torr, est une unit frquemment utilise pour exprimer le"vide".

Barrage dversant



I.2. ECOULEMENT

Considrons un fluide parfait incompressible en coulement permanent dans une conduite desection A traverse par un dbit Q, et situe une altitude z par rapport un plan de rfrence.

Soit : p la pression manomtrique

v la vitesse moyenne du fluide, vQ

=

gp est la hauteur de charge, elle reprsente l'nergie potentielle de pression

vg

2

2 est la hauteur dynamique due la vitesse, elle reprsente l'nergie cintique

z est la hauteur du point considr au plan de rfrence, elle reprsente l'nergie potentielle de situation.

Ces nergies sont exprimes en mtres de fluide, ou nergie par unit de poids.

Dans un coulement permanent, la somme de ces nergies est constante, il y a change entre cesnergies quand l'une d'elles varie.

Dans le cas particulier d'une conduite horizontale (z = constante), quand la vitesse v augmente(rtrcissement de la conduite), la pression manomtrique diminue et inversement. -Figure I, page 5-

Par exemple : la vitesse limite thorique d'un coulement sous lapression atmosphrique normale est

v g h b= 2

v m s= =2 9 81 10 33 14 23, , , /

La somme pg

z vg

+ +2

2 s'appelle hauteur totale, et est reprsente par la ligne de charge effective,

(si l'on ajoute la pression atmosphriquep

gb

, on obtient la ligne de charge absolue). La somme

pg

z

+ est reprsente par la ligne pizomtrique.

Pour un fluide parfait, la ligne de charge est horizontale. Pour un fluide rel (cas des liquidescourants), on constate un abaissement de cette ligne de charge dans le sens de l'coulement.

Cet abaissement est provoqu par les pertes de charge qui correspondent l'nergie dissipe parfrottement des particules les unes contre les autres, et contre les parois. - Figure II, page 5 -



Fluide REEL

Fig. II

Fig. I

Fluide PARFAIT

chargeeffective

piezog2

v21 g2v22

gp1

11vp22 vp

gp2

gp

g2v 2

22

+

(((( ))))P v0 0 0====

0

1 Hj

gp1

0

2 Hj

g2v 22

piezo

Hj03

chargeeffective

pg2

g

pg2

v 322

+

p v1 1 p v2 2 p v3 2

(((( ))))p v0 0 0====

p0g

p0g

g2v21



I.3. PERTES DE CHARGE

Elles sont de deux ordres :

I.3.1. pertes de charge singulires ou localises :

Elles sont provoques par des modifications du contour de la veine liquide, comme par exemple :rtrcissement, largissement, changement de direction. Elles sont proportionnelles au carr de lavitesse et dpendent de la nature et de la forme de l'incident de parcours.

Elles s'expriment comme une hauteur de charge en m de fluide

H j K vg

=

2

2(voir feuilles Annexe 2 p 68, 69, 70, 71)

Exemple :

Quelle est la perte de charge provoque par un coude 90 en acier dit2d (r/D = 1) de 100 mm de diamtre traverse par un dbit de 100 m3/h ?

Vitesse moyenne vQ

=

Formule pratique vQ

Dm sm h

m m/

/,= 3 5 3 73

2

vx

m s=

=100

36004

0 13 54

2 ,, /

vg

2

20 64= ,

Recherche du coefficient K (annexe 2 p 69)

= 90 , r/D = 1 : K2 = 0,242 coude acier 100 : K1 = 2

K = K1 . K2 = 2 x 0,242 = 0,484

m31,064,0484,0g2

vKHj2

===

A remarquer sur l'annexe 2 p 69, la valeur leve du coefficient K pourles coudes en S. Ces derniers seront limins dans la mesure du possible,ou remplacs par des coudes en Z.

A remarquer galement sur l'annexe 2 p 72, le dbouch de conduite. Toute

la hauteur dynamique vg

2

2est perdue.



I.3.2. pertes de charge linaires :

Elles se produisent tout au long de la conduite.

Elles sont proportionnelles au carr de la vitesse, et dpendent de la nature de l'coulement (nombrede Reynolds) et de la nature de la conduite (rugosit relative).

Elles s'expriment comme une hauteur de charge en m de fluide.

H j LD

vg

= 2

2

L = Longueur de tuyauterie en m

D = Diamtre de la tuyauterie en m

v = vitesse moyenne du fluide en m/s.

Le coefficient (coefficient de frottement) dpend de la nature de l'coulement, laminaire outurbulent, suivant la valeur du nombre de Reynolds

=

vDRe

coefficient de viscosit cinmatique du fluide (

= avec coefficient de viscosit dynamique).Ce coefficient dpend de la nature du fluide et des conditions physiques auxquelles il est soumis. Cecoefficient est donn sur des tables de constantes physiques.

Par exemple, pour l'eau 20C la pression atmosphrique normale :

= 10-6 m2/s (ou 1cSt)

pour du fuel oil lger 0C = 10-3 m2/s (1000 cSt) 50C = 1,5 x 10-5 m2/s (15 cSt).

Pour les produits ptroliers, les viscosits cinmatiques sont souvent donnes en Engler (voirannexe 4 p76).

Si Re < 2400, l'coulement est dit "laminaire" (pas de mlange).Si Re > 2400, l'coulement est dit "turbulent" (mlange continuel).

Dans les problmes rencontrs en adduction, irrigation, transport des fluides industriels, le rgimeest gnralement turbulent.

Exemple :

Calculer la perte de charge linaire d'une conduite D = 0,10 m, L = 100 men acier, dbit 100 m3/h, eau = 1cSt.

Nombre de Reynolds, Re, , ,= =

3 54 0 110

0 354 1066

Tuyauterie en acier k = 0,05, rugosit relativekD= =

0 05100

0 0005, ,



L'abaque de Moody (annexe 2 p 75) donne = 0,018.

Perte de charge Hj x m= =0 0181000 1

0 64 11 52,,

, , .

L'abaque de Moody est d'une utilisation gnrale et permet de rsoudre la majorit des problmes.Son intrt est de prendre en compte tous les paramtres : nature du liquide, nature de la conduite,nature de l'coulement.

Pour les problmes courants de transport de fluide comme l'eau ou similaire l'eau, des abaques lecture directe ont t tablis par des ingnieurs partir de relevs exprimentaux.

Pour les petits dbits, on utilise gnralement la formule de Flamand, pour les dbits plusimportants la formule de Colebrook ou de Williams et Hazen (annexe 2 p 68).

Il est remarquer que les pertes de charges calcules par ces abaques ne varient pas tout--faitcomme le carr de la vitesse ou du dbit.

En rsum, la ligne de charge d'un coulement permanent d'un fluide rel incompressible entre lespoints 1 et 2 s'abaisse d'une hauteur qui reprsente la somme des pertes de charge (singulires etlinaires) suivant la relation :

++++=++

21

Hj

22

2E

22

22

1E

21

11

g2v

DL

g2vk

g2v

zg

pg2

vz

gp

Exemple d'un coulement gravitaire d'un bassin 1 vers un bassin 2-Figure III, page 9-

I n t r o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s


21Hj g

p2

2z

n1Hj g

pn nz

gp1

g2v2n

v

Lign

e PI

EZO

MET

RIQ

UE

Lign

e de

CH

ARG

E

g2v F v r i e r 2 0 0 2 9 / 93

1z

Ecou

lem

ent

Fig. III



I.4. COURBE RESEAU

On appelle courbe rseau, la courbe reprsentative des pertes de charge en fonction du dbit. Cettecourbe est d'allure parabolique f (Q2) ; son sommet est situ sur l'axe vertical passant par l'originedes dbits et une hauteur dtermine par la ligne pizomtrique (hauteur de charge et hauteurgomtrique).

Exemple : considrons l'installation de pompage reprsente sur lafigure IV p.11

Dbit nominal : 100 m3/h

I.4.1. Calcul des pertes de charge l'aspiration Hj1

clapet de pied crpine 150 ; k = 7 ;v

g

2

20 13= , pdc = 0,91

coude 90 acier 3d 150 ; k = 0,33 ; pdc = 0,04

convergent 150/80 ; L = 4 (D0-D1) ; k = 0,1 ;v

g1

2

21 56= , pdc = 0,16

tuyauterie acier 150 ; lg 15 m ; ;2 20 15

100,

= 0,33

Hj1 = 1,44 m

Vue en 3 D d'un ensemble de tuyauteries



Fig. IV

Lg d

vel

opp

e

80m

Cou

de 3

d

100

Vann

e

100

Cla

pet d

e no

n re

tour

100

Cn

e di

verg

ent 6

5/10

0

Cn

e co

nver

gent

g

nra

trice

sup

rie

ure

horiz

onta

le 1

50/8

0C

oude

3d

1

50

Cla

pet d

e pi

ed c

rpi

ne

150

Lg d

vel

opp

e 15

m

Pent

e 2%

H

Q

3 m45 m

4.25

17

65

52.2

5 48

100

500

v

12 / 93 F v r i e r 2 0 0 2 I n t


I.4.2. Calcul des pertes de charges au re

divergent 65/100 ; L = 5 (D1-D0) ; k = 0,1 ;

vanne opercule 100 ; k = 0,2 ;

clapet de retenue battant 100 ; k = 1,5 ; 3 coudes 90 acier 3d 100 ; k = 0,43 ; dbouch de la tuyauterie ; k = 1 ;

tuyauterie acier 100 ; 1g 80 m ;

Pertes de charge totales Hj = 16,36 m, arrondis 17 m pour 100 m3

Le plan de rfrence est le niveau de l'eau l'aspiration. L'origine3 + 45 = 48 m. Pour 100 m3/h, elle passe une hauteur de 48 + 17 =

Pour 50 m3/h, c'est--dire la moiti du dbit, les pertes de charge sela courbe passe par une hauteur de 48 + 4,25 = 52,25 m pour ce db

Il est remarquer que les pertes de charge rsultent de lecture d'Suivant l'origine et la prsentation des abaques, la nature des accesrsultats des calculs peuvent tre diffrents entre eux et s'carter sen

C'est pourquoi, sauf connaissance exacte des lments, il ne faut padans les rsultats. Inversement, l'incertitude des calculs ne doit pas coefficients de scurit importants qui risqueraient de poser des prol'exploitation des pompes.(Voir feuilles Annexes 1 p 67 et 3 p 75 pour diffrents cas de figurer o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s

foulement Hj2

vg0

2

23 57= , pdc = 0,36

vg

2

20 64= , pdc = 0,13

pdc = 0,96

pdc = 0,83

pdc = 0,6415 80

100

pdc= 12,00

Hj2 = 14,92

/h.

de la courbe rseau est situe 65 m.

ront divises par 4, soit 4,25 m ;it.

abaques et de calculs simplifis.soires et l'tat de la conduite, lessiblement de la ralit.

s chercher une grande prcisionconduire prendre desblmes au niveau de

s).

Groupes Monocellulaire et Multicellulaire sur site



II. LES POMPES CENTRIFUGES

II.1. GENERALITES CONCERNANT LES POMPES

II.1.1. Relation gnrale :

Les pompes sont des machines destines accrotre l'nergie des fluides pomps en vue deprovoquer leur dplacement dans des circuits comportant gnralement une lvation de niveau(hauteur gomtrique), une augmentation de pression (hauteur de charge), et des pertes de charge.La prsence d'une pompe dans un circuit se traduit par un relvement ponctuel de la ligne de chargepour permettre l'coulement du fluide toujours dans le sens de l'abaissement de la ligne de charge.

Exemple d'un coulement d'un bassin 1 vers un bassin 2 situ plus haut,provoqu par la prsence d'une pompe - Figure V page 14 -

La hauteur totale que doit fournir la pompe est compose :

d'une hauteur gomtrique z2 - z1

d'une hauteur de chargep

gpg

2 1

, (si les bassins sont l'air libre, p2 = p1 = pb) due la

diffrence des pressions au-dessus du plan d'eau.

d'une hauteur de charge 1

2 Hj due aux pertes de charge singulires et linaires.

H Hj z pg

vg

z pg

vg

Hj= + = + + + + + 2 1 2 2 22

11 1

2

2 2 Dans le cas de figure v1 = v2 = 0

II.1.2. Diffrents types de pompes :

La norme franaise NF 44001 distingue trois types principaux de pompes :

Pompe type MEN

14 / 93 F v r i e r 2 0 0 2 I n t r o d u c t i o


Fig. V

Lign

e PI

EZO

MET

RIQ

UE

Lign

e de

CH

ARG

Eg

p1 1z

gp2

g2

2v

E

B

Pom

pe

A

vn P o m p e s C e n t r i f u g e s

Ecou

lem

ent

2z



1. Pompes centrifuges et hlico-centrifuges

dans lesquelles l'accroissement d'nergie est obtenu par variation de vitesse.

Limites normales d'utilisation : - dbit : 1 104 m3/h

- hauteur : 10 103 m

- viscosit : 3 x 10-3 m2/s.

2. Pompes hlices

qui constituent la limite extrme des pompes hlico-centrifuges :

- dbit : 103 105 m3/h

- hauteur : 1 10 m.

3. Pompes volumtriques

dans lesquelles l'accroissement d'nergie est obtenu par variation ou dplacement de volume.

Elles sont surtout rserves aux petits dbits, grandes hauteurs et au transport de liquides visqueux.

Les pompes centrifuges sont de loin les plus utilises. Elles sont prsentes partout et en particulier :

dans les villes : adduction d'eau, exhaure, puisement, surpression, incendie, lavage, etc...

dans les campagnes : adduction d'eau, arrosage, irrigation, etc...

dans l'industrie : circulation, refroidissement, transport de produits ptroliers, produitsabrasifs, produits corrosifs, etc...

Pompe vis

16 / 93 F v r i e r 2 0 0 2 I n t r o d u c t i o n P o m p e


II.2. COURBES CARACTERISTIQUES

II.2.1. Liste des grandeurs et symboles NF.E 44002 et

Grandeur Symbole Unit SI Unit p

Dbit volumique

Distance au plan de rfrence

Hauteur totale d'lvation de la pompe

Perte de charge

Hauteur de charge nette absolue l'aspiration

Pression atmosphrique

Pression de vapeur

Puissance absorbe par la pompe

Puissance utile de la pompe

Puissance du groupe

Rendement de la pompe

du moteur

du groupe

Q

z

H

Hj

NPSH

pbpvP

Pu

Pgrmotgr

m3/s

m

m

m

m

bar

bar

W

W

W

nombre pur

m3/h et m3/s

l'aspira

au refoul

kW

kW

kW

Plage

pression

Hms C e n t r i f u g e s

ISO.2548 :

ratique

tion indice 1

ement indice 2

de fonctionnement

absolue

Qm3/h



II.2.2. Courbe caractristique dbit / hauteur :

La hauteur totale engendre par une pompe centrifuge est fonction de son dbit, pour une vitesse derotation donne. Cette courbe est d'allure parabolique. - Figure VI, page 18 -

Deux points particuliers sont en gnral considrer :

le point nominal, correspondant au point de calcul et pour lequel le rendement passe parun maximum,

le point dbit nul qui fixe la "forme" de la courbe caractristique.

Suivant la position relative du point dbit nul et du point de meilleur rendement, la courbe peutprsenter une des trois formes principales suivantes :

courbe plate,

courbe lgrement tombante,

courbe trs tombante.

La forme de la courbe dpend, d'une part du choix des paramtres de calcul (laisss l'initiative ducalculateur), et d'autre part de la vitesse spcifique de la pompe, c'est--dire du rapport entre le dbitet la hauteur pour une vitesse donne (contrainte physique).

II.2.3. Courbe de puissance :

La courbe de puissance absorbe par la pompe est galement d'allure parabolique. Elle passe par unmaximum pour un dbit dont la position par rapport au dbit de meilleur rendement est lie laforme de la courbe caractristique.

Ce dbit est plus grand que le dbit de meilleur rendement pour une courbe plate, sensiblement galpour une courbe lgrement tombante, et plus petit pour une courbe trs tombante.



Fig. VI

Cou

rbe

plat

eC

ourb

e l

gre

men

t tom

bant

eC

ourb

e tr

s to

mba

nte



II.2.4. Courbe de rendement :

La courbe de rendement, d'allure parabolique, passe par l'origine 0, et par un maximum pour le dbitde meilleur rendement de la pompe.

Elle se dduit des courbes prcdentes en fonction du dbit :

PHQg

PpompelaparabsorbePuissancePuutilePuissance

==

Formule pratique

=

367

dHQP

mh/3mkW

avec ( )1000

/ 3mKgd =

Dans le cas d'un groupe lectro-pompe, la puissance absorbe aux bornes du moteur est :

motgr

PP

=

Les courbes caractristiques qui figurent sur les fiches techniques des constructeurs de pompes,correspondent (sauf spcifications particulires) un fonctionnement en eau ; elles sont doncvalables pour tout fluide de masse volumique = 1000 kg/m3, et de viscosit = 10-6 m2/s. Ellespeuvent tre utilises directement pour des liquides visqueux jusqu' environ 20 x 10-6 m2/s (20 cStou 3E). Pour des viscosits plus importantes, une correction doit tre applique sur les courbeshauteur/dbit, de rendement et de puissance absorbe en fonction de la viscosit et du point defonctionnement recherch par rapport au point de meilleur rendement. Les valeurs du dbit, de lahauteur et du rendement seront affectes d'un coefficient rducteur (suivant annexe 2 p 77). A noterque le point dbit nul conserve sa position.

Avec les pompes centrifuges conventionnelles, la viscosit est limite 10-4 m2/s (100cSt, 13 15E) ; avec des roues spciales, la viscosit peut atteindre 3 x 10-4 m2/s (300 cSt, 40E).

La masse volumique entre dans la formule ci-dessus, pour le calcul de la puissance absorbe, sous la

forme 1000

(densit).

A remarquer que la hauteur engendre par une pompe centrifuge est indpendante de la massevolumique ( viscosit gale) ; par contre, la pression, comme la puissance absorbe, sontdirectement proportionnelles cette masse volumique.



0 500 1000 2000 2500 3000 35001500 US GPM

90

Hm

0 500 1000 2000 2500 30001500 IMP GPM

80

70

60

50

40

30

20

10

00 100 200 300 400 500 600 700 800 Q m/h

0 100 200 300 400 500 600 700 800 Q m/h0

2

4

6

8

mNPSH requis

5 974 660

Puissance sur arbre KW

50 67.5 81 100 120 145180

60 65 7075

7777.5%

77

75

70

65

60

55

402

452

477

502ME 200-500

N = 1450 tr/mind = 1 = 1 Cst

Fig. VII



Exemple :

Pompe : dbit = 80 m3/h H = 50 m = 0,81

liquide vhicul : eau = 1000 kg / m3 P kW=

=

80 50 1367 0 81

13 46,

,

pression correspondant 50 m p bar= =50 110 2

4 91,

,

liquide vhicul : acide = 1400 kg / m3 P kW=

80 50 1 4367 0 81

15 26,,

,

pression correspondant 50 m p bar= =50 1 410 2

6 87,,

,

II.2.5. Courbe de NPSH requis (hauteur de charge nette absolue) :

La courbe de NPSH requis, d'allure parabolique, reprsente, en fonction du dbit et pour une vitessede rotation donne, l'abaissement de la ligne de charge entre la bride d'aspiration de la pompe et lepoint pour lequel la pression absolue passe par un minimum.

Ce point trs particulier, souvent l'origine d'incident, sera dvelopp ultrieurement dans leparagraphe concernant les essais.

II.2.6. Prsentation des courbes catalogues :

Souvent les courbes de rendement et de puissance absorbe P sont reprsentes par des courbesd'quivaleur ( l'image des courbes de niveau). Cette prsentation facilite, en gnral, la lecture descourbes caractristiques, mais ne renseigne pas sur l'allure de ces courbes. Il faut, en particulier,faire attention aux courbes d'quipuissance pour choisir un moteur d'entranement. - Figure VII,page 20 et VIII, page 22 -

Pompe type WDX



Fig. VIII

412 65 70 75 8082,5%

80

75

70

65

Q

H H

350

412

350

33

41 50

67,581 100

puissance kW

Q

75

350 412

Q Q

50 350

412

P

Rendement Puissance



II.3. LOIS DE SIMILITUDE

II.3.1. Vitesse de rotation

Les courbes caractristiques des pompes centrifuges sont traces pour un fonctionnement unevitesse donne. Les vitesses gnralement retenues sont celles donnes par les moteurs asynchronesles plus courants :

50 Hz : moteur 2 ples environ 2900 tr/min

moteur 4 ples environ 1450 tr/min


60 Hz : moteur 2 ples environ 3500 tr/min


Lorsque la vitesse varie de n1 tr/min n2 tr/min, les points Q1, H1, P1 des courbes de fonctionnement la vitesse n1 deviennent la vitesse n2 :

Q nn

Q2 21

1=

H nn

H2 21

2

1=

P nn

P2 21

3

1=

- Figure IX, page 24 -



2

1

212

=

nnHH

=

1

212 n

nQQ

3

1

212

=

nnPP 1

1

2

2

1

212 >

=

nnsi

nnNPSHNPSH

Fig. IX

Variation de vitesse

n2

n1

P2

P1

Q1 Q2

H1

H2

NPSH1

NPSH2



Par exemple, une pompe qui tournerait 2 fois plus vite verrait son dbitmultipli par 2, sa hauteur multiplie par 4 et sa puissance absorbemultiplie par 8.

Les points Q1 - Q2, H1 - H2, P1 - P2 sont dits points homologues.

On conoit donc aisment qu'une pompe peut toujours tourner une vitesse infrieure la vitessepour laquelle elle a t dfinie. Inversement, un fonctionnement une vitesse suprieure demandeune tude particulire et l'accord du constructeur de pompe.

Par exemple, une pompe donnant 100 m3/h 80 m 2900 tr/min (50 Hz)fournira 120 m3/h 116 m 3500 tr/min (60 Hz). Si la pression deservice de la pompe est limite 10 bar, le fonctionnement 3500 tr/minne sera vraisemblablement pas possible.

La tenue des diffrents lments sera galement vrifier.

Thoriquement, le NPSH varie comme la hauteur totale, c'est--dire comme le carr du rapport desvitesses

NPSH NPSH nn2 1

2

1

2

=

L'exprience montre que cette loi de variation n'est pas toujours respecte. En premire

approximation, elle pourra tre applique pour un fonctionnement vitesse plus leve nn

2

11>

.

Pour un fonctionnement vitesse plus rduite nn

2

11 150 (Q grand, H faible), le rendement tend diminuer, leprofil de la roue ne se prte plus certaines adaptations (joints hydrauliques, ailettes de dcharge).Par ailleurs, les vitesses l'aspiration deviennent leves et rduisent d'autant la "capacitd'aspiration" de la pompe. Le dbit est alors divis par 2 pour diminuer la vitesse spcifique, lapompe est alors du type double entre (ou double flux), type LNN.

L'allure des courbes caractristiques (Q - H, P) et le profil des roues sont galement fonction de lavitesse spcifique.

Ces dernires prsentent les particularits suivantes :

N < 30 roue radiale aubes cylindriques (simple courbure)

N < 70 roue radiale entre gauche (double courbure)

N < 100 roue semi-axiale ou hlicocentrifuge

N > 200 roue hlice.



Fig. X

D1 = D2

D1

D1

D1

D1

D1

D2

Prof

ils d

es ro

ues

Rou

e h

lice

Rou

e se

mi-a

xial

eou

hl

ico

cent

rifug

e

doub

le c

ourb

ure

sim

ple

cour

bure

Rou

e ra

dial

e

1520

5010

0

b 2b 2

b 2b 2

b 2

N20

0

4/3

2/1

HQnN ====



II.5. TECHNOLOGIE GENERALE DES POMPESCENTRIFUGES

II.5.1. Roue

La roue (turbine, impulseur) qui constitue l'lment mobile de la pompe, communique au liquideune partie de l'nergie transmise l'arbre par l'intermdiaire de ses aubes (ailettes).

Il existe trois formes principales de roues :

roue ferme,

roue semi-ouverte,

roue ouverte.

La forme des roues, le nombre des aubes, et le profil mridien, dpendent des caractristiquesrecherches et de la nature du liquide vhiculer.

La hauteur engendre par la roue est fonction du carr de la vitesse priphrique. En consquence,pour une hauteur donne raliser, plus la vitesse de rotation sera grande, plus le diamtre serafaible et inversement. Plus le dbit est important, plus la section d'entre et la largeur de sortie sontgrandes.

II.5.2. Corps de pompe ou diffuseur

Le corps de pompe, qui constitue l'lment fixe de la pompe, est destin recueillir le liquide quisort de la roue, et le diriger, soit vers l'orifice de refoulement, soit vers l'entre de la roue suivante,selon que la pompe est mono ou multicellulaire.

De plus, il transforme en pression une partie de la vitesse.

Il existe trois formes principales de corps :

- volute, vitesse constante ou section constante (pompe monocellulaire)

- diffuseur ailettespompes multicellulaires

- diffuseur redresseur



II.5.3. Corps d'aspiration

Il constitue avec le corps de pompe l'lment fixe et est destin diriger le liquide vers l'entre de laroue de telle sorte que la vitesse soit uniforme en tous points. Une lgre acclration entre l'orificed'aspiration et l'entre de la roue est gnralement recherche pour former une veine liquidehomogne.

Il existe deux formes principales de corps d'aspiration :

aspiration axiale, cylindrique ou conique,

aspiration latrale, coude de forme tudie.

II.5.4. Pousse axiale

Les forces qui rsultent de l'action des pressions sur les flasques avant et arrire de section diffrented'une roue donnent naissance une pousse axiale gnralement dirige vers l'aspiration ( laquantit de mouvement prs, souvent ngligeable). Cette pousse est videmment nulle pour uneroue symtrique double flux.

Pour viter de faire appel des mcaniques importantes, la pousse axiale est rduite par un desmoyens suivants - figure XI, page 31 -

II.5.4.1. chambre d'quilibrage :

Le flasque arrire de la roue est quip d'un joint hydraulique qui forme une chambre. Cette dernireest mise en communication avec l'aspiration par des "trous d'quilibrage".

II.5.4.2. ailettes dorsales :

Le flasque arrire de la roue est muni d'ailettes qui abaissent sensiblement la pression au niveau dumoyeu.

Ce systme est utilis dans les pompes pour liquides chargs, car il est moins sensible au bourrageque le systme prcdent, et permet, de plus, d'assurer une dcharge efficace au droit du passaged'arbre.

II.5.4.3. disque d'quilibrage :

L'quilibrage est ralis globalement et automatiquement par une fuite entre le disque tournant et ledisque fixe qui rgle la pression du liquide dans la chambre de telle sorte que la rsultante despousses (roue et disque) s'annule.

Cette solution est utilise sur des pompes multicellulaires pour des liquides propres, et assuregalement la dcharge du passage d'arbre au refoulement.



Fig. XI

POUSSEE AXIALE

sans quilibrage

chambre d'quilibrage

ailettes dorsales

disque d'quilibrage

e

ts

H moyeu

H joint

H roue

Djo

int

Dm

oyeu

Dm

oyeu

Dm

oyeu

Dm

oyeu

Djo

int

Djo

int

Djo

int

jeu H0

Dd

char

ge

H0

H0

H0V1

H roue

H roue

H roue

H roue

H1

32 / 93 F v r i e r 2 0 0 2 I n t r o d u c t i o n P o m p


II.5.5. Pousse radiale

Cette pousse, perpendiculaire l'axe, rsulte d'une mauvaise rpartition de la preroue dans les pompes volute.

La pousse radiale conserve une direction fixe, change de sens autour du s'annulant pour ce dernier. - Figure XII, page 33 -

Elle entrane un flchissement de l'arbre et le soumet une flexion rotative sourupture catastrophique par phnomne de fatigue.

Les constructeurs de pompes fixent, en consquence, une valeur limite du dbit la dure de vie de la pompe est rduite. Des vibrations et des difficults d'entred'tanchit peuvent galement apparatre pour un fonctionnement dbit rduit.

II.5.6. tanchit du passage d'arbre

Deux systmes principaux sont utiliss pour assurer l'tanchit du passage d'arbde la pompe et l'extrieur, gnralement soumis la pression atmosphrique.

II.5.6.1. Garniture tresse - Figure XIII, page 34 - :

L'tanchit est ralise par des anneaux de tresse frottant directement sur l'arbre od'arbre. Les tresses sont extrudes ou tisses avec des matriaux choisis en fonctde service et de la nature des liquides vhiculer (graphite, matire synthtique).

Une lubrification est toujours ncessaire, elle est souvent ralise avec le liquidegoutte goutte est alors observe.

Un soin tout particulier doit tre apport la premire mise en service de la pomrodage correct de la garniture, indispensable sa bonne tenue dans le temps.

Durant les premiers temps de fonctionnement, la fuite doit tre abondante, et la gas'chauffer anormalement. Sinon, la pompe doit tre arrte, et n'tre remise erefroidissement complet. Le desserrage d'un presse-toupe n'est efficace qu' l'arr

Les pompes comportant une garniture tresse soumise au "vide" doivent obalimentes par un liquide de barrage sous une pression suffisante pour interdirsusceptible de provoquer le dsamorage.e s C e n t r i f u g e s

ssion autour de la

dbit nominal, en

vent l'origine de

en-dessous duqueltien des systmes

re entre l'intrieur

u sur une chemiseion des conditions

pomp. Une fuite

pe pour assurer un

rniture ne doit pasn marche qu'aprst, et sans pression.

ligatoirement tree une entre d'air

Tresses



POUSSEE RADIALE

P

P (Q < QN)

P (Q > QN)QN

Volute vitesse constante

FACIES DE RUPTURE

Effet d'entaille modrflexion rotative

Fig. XII



Fig. XIII

TYPES DE P.E.

chambre d'arrosage

lanterne d'arrosage

douille lanterne

sans arrosage extrieur



II.5.6.2. Garniture mcanique -Figure XIV, page 36- :

L'tanchit est ralise par le frottement de deux surfaces optiquement planes l'une sur l'autre. Lesbinmes de frottement les plus couramment utiliss sont : graphite / acier inoxydable, graphite /cramique ou alumine, carbure / carbure. Le liquide tancher lubrifie et limite l'chauffement desfaces de frottement. Une lgre fuite est souvent perceptible, surtout avec les liquides peu volatils.

Avec les liquides abrasifs ou dangereux, une garniture double est employe ; la lubrification estalors assure par un liquide de barrage circulant entre les garnitures.

Un rchauffage ou un refroidissement du logement de la garniture est ncessaire dans le cas deliquides cristallisants ou bouillants.

Garniture simple Garniture doubleGarniture simple

Garniture cartouche



Garniture SIMPLE

Garniture DOUBLE

Fig. XIV

Douilled'entrainement

Rondelle d'appui Joint debague tournante

Bague tournante

Ressort Grain fixe Joint degrain fixe



III. ESSAIS DES POMPES CENTRIFUGES

III.1. ESSAIS EN PLATE-FORME

- figure XV, pages 38 - 39 -

Les courbes caractristiques figurant dans les catalogues des constructeurs de pompes rsultent dediffrents essais effectus sur une plate-forme construite et quipe cet effet.

La disposition et la grandeur de la plate-forme d'essais sont, naturellement, fonction de la nature etde l'importance des matriels tester. Sauf spcification particulire, les matriels sont essays avecde l'eau.

Selon la grandeur mesurer, les instruments les plus couramment utiliss sont les suivants :

- Hauteur : - manomtre, manovacuomtre, vacuomtre talonnsCes appareils sont gradus en bar ou en mmHg

1 bar = 10,2 m d'eau1 mmHg = 0,0136 m d'eau

- tubes de mercure- capteurs de pressions talonns

- Dbit : - bacs jaugs- tuyres ou diaphragmes normaliss- dversoirs- compteurs moulinet ou hlice- dbimtres lectromagntiques talonns

- Puissance : - moteurs talonns- torsiomtres.

- Vitesse de rotation : compte-tours ou tachymtres

- Temprature : thermomtres

- Pression atmosphrique : baromtres



ESSAIS DES POMPES CENTRIFUGES

Fig. XV

Hj2

vanne

vacuomtreBAC JAUGE

manomtreP2

Z (m

ano) Z

2

2D2

2D1

Z 1

Hj1

VANNE D'ETRANGLEMENT

TUYERED'EXTREMITE

v1

V 2P1



ESSAIS DES POMPES CENTRIFUGES (suite)

Air comprim

Pompe vide

B AManomtre diffrentiel tube en U

VANNE

VacuomtreP1

v 2

P2 Manomtre

2D2

VANNE

2D1

z (m

ano)

DIAPHRAGME AVEC CHAMBRE ANNULAIRE

v1



Pour tracer correctement les courbes caractristiques d'une pompe centrifuge, il est ncessaire derelever au moins 5 points de fonctionnement hauteur (ou dbit) diffrents, et le point dbit nul.

Pour chacun des points, les valeurs suivantes sont lues directement ou calcules :

- p1 : lecture du vacuomtre ramene l'axe de la pompe

- p2 : lecture du manomtre ramene l'axe de la pompe

- v1 : Vitesse de l'eau au droit de la prise de vacuomtre

- v2 : vitesse de l'eau au droit de la prise du manomtre

- Q : dbit refoul par la pompe.

Les caractristiques de la pompe pour le dbit Q considr sont alors les suivantes :

Hauteur de charge l'aspiration Hpg

vg1

1 12

2= +

Hauteur de charge au refoulement H pg

vg2

2 22

2= +

Hauteur totale d'lvation de la pompe H = H2 - H1

g2v

g2v

gp

gpH

21

2212

+

=

Exemple : Dbit mesur : 80 m3/h

aspiration : conduite 150, vacuomtre piqu au niveau de l'axe de la pompe,valeur lue : - 150 mmHg

refoulement : conduite 100, centre du manomtre situ 0,80 m au-dessus de l'axe dela pompe, valeur lue : 4,2 bar.

Calcul de la charge l'aspiration :

Hp

gv

g11 1

2

2= +

pg

m1 150 0 0136 2 04

= =. ,

v m s1 2353 780

1501 26= =, , / v

g1

2

20 08= , m

H1 = - 2,04 + 0,08

pressions effectives



Calcul de la charge au refoulement

H pg

vg2

2 22

2= +

pg

m2 4 2 10 20 0 80 43 64

= + =, , , ,

v m s2 2353 780

1002 83= =, , / v

g2

2

20 41= , m

Hauteur totale d'lvation de la pompe

H = H2 -H1 = 43,64 + 2,04 + 0,41 - 0,08 = 46,01 m.

La hauteur totale ainsi dfinie peut galement tre dtermine en fonction des caractristiques del'installation, avec :

z1 : hauteur gomtrique d'aspiration

z2 : hauteur gomtrique de refoulement

Hj1 : perte de charge dans la conduite d'aspiration

Hj2 : perte de charge dans la conduite de refoulement, y compris la perte de

charge au dbouch de la conduite

11

211 Hjzg2

vg

p=+

22

222 Hjzg2

vg

p+=+

Dans l'exemple prcdent :

l'aspiration : - 2,04 + 0,08 = -1,96 m reprsente la hauteur gomtrique d'aspirationdiminue des pertes de charge dans la conduite d'aspiration.

au refoulement : 43,64 + 0,41 = 44,05 m reprsente la hauteur gomtrique derefoulement augmente des pertes de charge dans la conduite de refoulement.



III.2. CAPACITE D'ASPIRATION :HAUTEUR DE CHARGE NETTE ABSOLUE A L'ASPIRATION

En fermant progressivement la vanne d'tranglement situe sur la conduite d'aspiration, les pertes decharge Hj1 augmentent.

A partir d'un certain dbit, la hauteur engendre par la pompe ne suit plus la courbe caractristiquetablie normalement ; on dit que la pompe "dcroche". Ce dcrochement est d'autant plusperceptible que la vitesse spcifique est grande.

Que se passe-t-il ? - figure XVI, page 43 -

La pression absolue dans l'entre de la roue diminue et atteint la pression correspondant la tensionde vapeur de l'eau : l'eau bout. Des cavits remplies de vapeur se forment, obstruent partiellementl'entre de la roue, et s'crasent en aval ds que la pression augmente. Ce dernier phnomnes'accompagne d'un bruit de martlement, comme si la pompe vhiculait des cailloux. On dit que lapompe cavite.

Ds que le phnomne apparat (dcrochement gal 2 ou 3 % de H, le bruit caractristiquen'apparat pas toujours immdiatement), la charge est calcule en partant du vide indiqu par levacuomtre p1 suivant la relation :

NPSH pg

pg

pg

vg

b v= + +

1 12

2

Dgts lis une cavitation



CAVITATION - Affectation de la caractristique -

Fig. XVI

MESURE du NPSH requis

Net Positive Suction HeadCharge nette absolue

char

ge d

ispo

nibl

eau

-des

sus

de la

tens

ion

de v

apeu

r

haut

eur p

ratiq

ue a

spira

tion

haut

eur m

anom

triq

ue a

spira

tion

vide

vac

uom

tre

P1

N P

S H

pres

sion

abs

olue

tension de vapeur

0

Ns petit Ns moyen Ns fort

Hj 1

z 1

P b g

P v g

v 12

2g



Le terme g2

vg

p 211 + est galement appel capacit d'aspiration.

A noter que p1 est la pression effective et sa valeur est ngative.

La capacit d'aspiration est reprsente par la hauteur gomtrique d'aspiration z1 augmente despertes de charge dans la conduite d'aspiration Hj1.

Le NPSH est dfini comme tant la charge minimale requise l'entre de la bride d'aspiration pourassurer le fonctionnement correct de la pompe ; il s'agit du NPSH requis.

L'installation devra mettre la disposition de la pompe au niveau de la bride d'aspiration, une chargeau moins gale celle requise ; il s'agit du NPSH disponible.

NPSH disponible > NPSH requis

11v

d Hjzgp

g0pNPSH +

=

avec p0 : pression absolue qui s'exerce sur la surface libre du liquide l'aspiration,

pv : pression absolue correspondant la tension de vapeur du liquide la temprature depompage,

z1 : distance verticale entre la surface libre du liquide et l'axe de la pompe. Valeur positiveou ngative suivant que la pompe est en charge ou en aspiration,

Hj1 : pertes de charge dans la conduite d'aspiration.

La cavitation provoque une rosion localise aux endroits o s'crasent les bulles de vapeur, fatiguele mtal par chocs rpts, et arrache des particules de mtal.

Il en rsulte gnralement des vibrations et des dgts importants. En consquence, le NPSHdisponible devra toujours tre suprieur au NPSH requis d'au moins 0,50 m.



Exemple de dtermination de NPSH disponible :Soit installer une pompe de 100 m3/h, dans un site montagneux 1500 md'altitude. La pompe est situe 3 mtres au-dessus d'un bassin l'airlibre, la temprature de l'eau est de 60, les pertes de charge dans laconduite d'aspiration sont estimes 0,60 m pour 100 m3/h

11vb

d Hjzgp

gp

NPSH +

=

pb 1500 m d'altitude 634,2 mmHg

masse volumique de l'eau 60 ..................... 983,2 kg/m2

pv tension de vapeur de l'eau 60 ..................... 0,1992 bar

Exprimons tous les lments en m d'eau 60

pg

mb

=

=

634 2 0 01360 9832

8 77, ,,

,

pg

mv

=

=

0 1992 10 20 9832

2 07, ,,

,

NPSH md = =8 77 2 07 3 0 6 3 1, , , , .

La pompe choisie doit possder un NPSH requis de 2,60 m pour 100 m3/h.

La courbe NPSH disponible peut tre trace en fonction du dbit.

Exemple de dtermination de courbe de NPSH disponible : Annexe 1 p 67.

Remarque : pour de l'eau froide la pression atmosphrique normale,la capacit d'aspiration d'une pompe est sensiblement gale 10 - NPSH.

La hauteur pratique d'aspiration comprend la hauteur gomtriqued'aspiration z1 et les pertes de charge Hj1.

Les essais des pompes centrifuges, hlicocentrifuges et hlicodes fontl'objet de normes spcifiques franaises et internationales.

Les plus couramment utilises sont : NF X 10 601 classe CISO 9906.



III.3. VERIFICATION SUR LE SITE

L'intensit absorbe, la puissance absorbe, peuvent tre releves avec des appareils classiques.

Par contre, le dbit est souvent difficile mesurer. Certaines stations sont quipes de compteurs(dbimtres) qui permettent de dterminer soit le dbit instantan, soit le dbit moyen.

Dans les installations comportant des bches de reprise, aussi bien l'aspiration qu'au refoulement,(sans drivation) il est possible de dterminer le dbit moyen en calculant le volume de vidange oude remplissage en un temps donn.

La dtermination de la hauteur d'lvation totale ncessite le montage de manomtres et devacuomtres ou, ventuellement, de manovacuomtres. Trs souvent, les vrifications effectues surle site sont incompltes et sont l'origine de litiges qui pourraient tre rgls sur place.

Nous allons prendre deux exemples classiques -figure XVII, page 47- :

III.3.1. pompe de surpression :

alimente par un rseau sous pression et refoulant dans un rservoir sous pression :

pression lue au manomtre sur l'aspiration : 3,2 bar 65

pression lue au manomtre sur le refoulement : 9,7 bar 50

situ 0,60 m au-dessus de l'axe de la bride d'aspiration de la pompe

dbit mesur au compteur : 22 m3/h

H pg

vg

xg

m1 1 12 2

23 2 10 20 184

232 80= + = + =

, , , ,

H pg

vg

z xg

m2 2 22

2

2

29 7 10 20 3 11

20 6 100= + + = + + =

, , , ,

H = H2 - H1 = 100 - 32,80 = 67,20 m



Vrification sur le site

Fig. XVII

50

P2 = 9,7 bar

0,60 mP1 = 3,2 bar

65

Compteur22 m.3/h

P2 = 0,9 bar

7 m3 en 8 min

69 m longueur dveloppede la conduite 80 - 91 m

83 m



III.3.2. groupe immerg :

situ 83 mtres sous le sol et refoulant dans une bche de reprise :

pression lue au manomtre sur le refoulement : 0,9 bar

distance du manomtre au niveau de l'eau : 69 mtres

longueur dveloppe de la tuyauterie entre le groupe immerg et la prise du manomtre :91 mtres en 80.

Volume refoul dans le bassin : 7 m3 en 8 minutes

dbit de la pompe h/3m5,528607

=

Hpg

vg

z Hj dela pompe la prisedu manomtre= + + +2 22

22( )

longueur quivalente de tuyauterie pour calculer des pertes de charge :

91 m + 1,10 (coude) + 0,7 (vanne) = 92,80 m

Hj m=

=

15 92 8100

13 92,

,

Hjg

m= + + + =0 9 10 2 2 902

69 13 92 92 532

, , , , ,

III.3.3. Calcul de la consommation :

La consommation s'exprime en kW/m3 d'eau leve, et constitue souvent une donne contractuelle.

=

367QHdP pour de leau

Consommation

=

367Hd

QP

La consommation unitaire (volumique) est directement proportionnelle la hauteur d'lvation, etdpend videmment de la valeur du rendement pour le point considr.

Une hauteur plus leve que prvue est souvent l'origine d'une augmentation de la consommation.En consquence, la hauteur d'lvation totale doit tre mesure sur le site avec beaucoup de soinspour justifier une consommation dclare anormale.

Inversement, une hauteur plus faible que prvue initialement entrane une diminution de laconsommation, mais aussi un dplacement du point de fonctionnement qui peut-tre l'origined'autres ennuis.



IV. CHOIX ET FONCTIONNEMENT DESPOMPES CENTRIFUGES :

IV.1. DONNEES HYDRAULIQUES DE BASE ET CHOIXDE LA POMPE :

Du point de vue "hydraulique", trois donnes sont l'origine du choix de la pompe :

Dbit,

Hauteur,

NPSH.

- Dbit : le dbit est gnralement spcifi par le responsable de projet de l'installation, promoteur,architecte, industriel, consommateur ou installateur.

Dans le cas contraire, et pour les petites installations usage domestique ou agricole, le dbit peuttre dtermin avec une approximation suffisante de deux faons :

soit partir des consommations par appareil,

soit partir des consommations journalires.

Le dbit instantan, qui est le seul prendre en compte, est dduit des consommations calculesprcdemment par application d'un coefficient appropri.

Exemple trait dans le fascicule "surpresseur d'eau".

- Hauteur : la formule gnrale applicable tous les cas de figure dcoule de la valeur des nergiesen aval E2 et en amont E1 et des pertes de charge totales :

H = E2 - E1 + Hj

exprimes en mtres de colonne liquide.



En fonction des caractristiques de l'installation, cette hauteur s'crit :

H z zp

gpg

vg

vg

Hj= + + +2 12 1 2

21

2

2 2

dans laquelle :

z : dsigne la diffrence entre la cote du plan horizontal considr et la cote du plan de rfrence.Ce dernier est dfini par le plan horizontal passant par le centre du cercle dcrit par le pointextrieur de l'arte d'entre des pales.

Sa valeur peut tre positive ou ngative. Cette hauteur est galement appele hauteurgomtrique d'aspiration ou de refoulement.

p : - pression effective (ou pression manomtrique) par rapport la pression atmosphrique pb,du fluide dans le plan horizontal considr. La hauteur de charge correspondant cette

pression est pg .

Sa valeur peut tre positive ou ngative ; dans ce dernier cas, il s'agit de "vide".

- pression absolue (comme la pression atmosphrique pb par exemple).Sa valeur est toujours positive.

v : vitesse moyenne du fluide. La hauteur de charge correspondant cette vitesse,

hauteur dynamique, est v

g

2

2 (gnralement nulle).

Hj : pertes de charge

- NPSH disponible (quelquefois not NPSHav -available-)

Le NPSH disponible ou hauteur de charge nette absolue l'aspiration de la pompe est donn parla relation :

11v0

d Hjzgp

gpNPSH +

=

dans laquelle pgv

est la hauteur correspondant la tension de vapeur du fluide considr la

temprature de pompage et P0 la pression absolue qui s'exerce sur la surface libre du liquide l'aspiration.

Les diffrentes formes des relations utiliser suivant les dispositions sont indiques sur l'annexe1 p 67.



A noter : le terme g2

v 2t compt indpendamment devrait normalement tre inclus dans les pertes de

charge au refoulement. Il s'agit, en effet, d'une perte de charge singulire due au dbouch de laconduite.

Ces trois donnes tant maintenant dfinies, le choix de la pompe capable de satisfaire la fois aupoint Q, H et au NPSH, rsulte de l'examen des courbes caractristiques donnes dans lescatalogues des constructeurs de pompes.

- Point Q, H

Le point de fonctionnement vraisemblable doit se situer aussi prs que possible du pointcorrespondant au dbit nominal (point de meilleur rendement). En rgle gnrale, la valeur du dbitde fonctionnement doit tre comprise entre 0,7 et 1,3 fois la valeur du dbit nominal (0,6 1,4 envaleurs extrmes). D'ailleurs, si des variations sont prvisibles dans le rseau (pression, niveau), laposition des points extrmes de fonctionnement sera soigneusement tudie.

- NPSHdLe NPSH disponible doit toujours tre suprieur au NPSH requis par la pompe pour le dbitextrme probable. En effet, il ne faut jamais oublier que le NPSH requis augmente, pendant que leNPSH disponible diminue, quand le dbit augmente. Une garde de 0,50 m est une valeur minimale retenir pour tenir compte des incertitudes dans la dtermination de la courbe rseau l'aspiration etde l'usure dans le temps de la pompe.

Plate-forme d'essais



Exemple de dtermination

A - Pompe en aspiration, eau froide, avec variation de niveau l'aspiration : exemple classique en irrigation ou en exhaure.

- Figure XVIII page 53 -

Calcul de la hauteur (p1 = p2 = pb, v1 = v2 = 0)

Hmaxi = 46 + 5 + 1,2 + 6 = 58,2

Hmini = 46 + 2 + 1,2 + 6 = 55,2

Calcul du NPSHd

pg1 760 0 0136

110 33 =

=

,,

NPSHd = 10,33 - 0,23 - 2 - 1,2 = 6,90

NPSHd = 10,33 - 0,23 - 5 - 1,2 = 3,90

Hlice de gavage ou Inducer



Fig. XVIII

Pb = 76 cm Hg

Hj2 = 6 m z2 = 46 m

Hj1 = 1,2 m

pb = 76 cm Hg

Q = 100 m3/hm23,0

gpfroideeau v =

H

58,2

5148

0 100 Q

NPSH

8,1

5,13,9

0 Q

requis

z1 = 2 5 m



Choix de la pompeMEN 125-100-400 1450 tr/minpoint de fonctionnement suppos : 112 m3/h 57 m = 0,72

soit : P kW=

=

112 57367 0 72

24 2,

,

NPSHd = 3,60 NPSH requis = 2,30 m

Remarque : Le point 100 m3/h 58,2 m peut tre obtenu avec une pompe MEN 65-50-250L 2900 tr/min, mais le NPSH requis est de 6 m pour un NPSH disponible de 3,90m.

B - Pompe en charge, eau chaude, exemple classique de rcupration deseaux de condensation de chaudire. - Figure XIX, page 55 -

Calcul de la hauteur

m4,15996,0

2,1015p2 =

=

m90,159250,04,15942H =+++=

Calcul du NPSHd

m76,1096,00136,0760p0 =

=

m24,45,0402,1076,10NPSHd =+=

Choix de la pompeNM 65 4 2900 tr/min

point de fonctionnement suppos 52 m3/h 160 m = 0,67

soit : 5,3267,0367

96,016052P =

= kW

NPSHd = 4,20 m NPSH requis = 3,30 m



Fig. XIX

pb = 76 cm Hg

p2 = 15 bars

z1 = 4 mHj2 = 2 m z2 = 2 m

Hj1 = 0,5 m

Q = 50 m3/heau t = 98 = 960 kg/m3

10,02g

pv=

H

159,9157,4

0

2,5

Q50

NPSH

4,744,24

0,5

0 Q



C - Pompe raccorde sur un rservoir "sous vide", et refoulant dans unrservoir sous pression, fluide pomp : liquide industriel- Figure XX, page 57 -

Calcul de la hauteur

pg

m1280 0 0136

1 42 72 =

=

,,

,

pg

m23 10 2

1 42185 =

=

,,

,

H m= + + + + =36 6 2185 2 72 0 20 7 61 77, , , ,

On peut aussi calculer H en partant des pressions absolues :

p1 (absolue) = p1 (effective) + pb= - 280 + 760 = 480 mmHg soit : 4,66 m

p2 (absolue) = p2 (effective) + pb= 3 + 1,013 = 4,013 soit 29,23 m

H = 36 - 6 + 29,33 - 4,66 + 0,20 + 7 = 61,77 m

Calcul du NPSHd

pg

mv =

=

400 0 01361 4

3 88,

,,

NPSHd = 4,66 - 3,88 + 6 - 0,20 = 6,58 m

Choix de la pompeMEN 100-80-200L 2900 tr/min = 0,78roue recoupe 220

kW3,4578,0367

4,18,61150P =

=

NPSHd = 6,58 m NPSH requis = 4 m

Les courbes caractristiques du rseau seront traces pour ces 3 exemples. Il est remarquer quepour tracer ces courbes caractristiques interviennent une hauteur indpendante du dbit (hauteursgomtriques et pressions) fixant l'origine de la courbe et une hauteur fonction du dbit (pertes decharge) dfinissant l'allure parabolique de ces courbes.



Fig. XX

p2 = 3 bars

p1 = - 280 mm Hg

Hj2 = 7 m z = 36 m

z1 = 6 m

Hj1 = 0,20 m Q = 150 m3/h

t = 80C acide = 1400 kg/m3 pv = 400 mm Hg

H

61,77

54,577,20

0 Q

NPSH

6,786,58

0 Q

0,20

requis

disponible

150



IV.2. POINT DE FONCTIONNEMENT REEL

Remarque importante : le point de fonctionnement rel est toujours situ l'intersection de la courbecaractristique du rseau et de la courbe caractristique de la pompe. Cettedernire est bien dfinie, et prsente peu de variation ( l'intrieur destolrances admises par le code d'essais et de rception).

Par contre, la courbe caractristique du rseau peut prsenter des carts importants par rapport auxprvisions. Ces carts rsultent gnralement du calcul des pertes de charge des conduites etaccessoires pour lesquels les coefficients choisis ne correspondent pas la ralit (nature desaccessoires, tat des conduites) et de la prise en compte d'une hauteur de scurit (qui peut le plus,peut le moins). Le point d'intersection suppos est alors dplac. Ce dplacement est l'origined'incidents plus ou moins graves, ou de fonctionnement impossible souvent mis sur le compte de lapompe.

IV.2.1. Rseau surestim

(cas le plus frquent reprsentatif d'une hauteur supplmentaire de scurit prise en compte dans lecalcul de la hauteur totale). - Figure XXI, page 59 -

Consquences : Dbit plus important } Danger de surcharge du moteur d'entranement

}} Rendement plus faible

Hauteur plus faible } Dbit loign du point d'adaptation}} Bruit, vibrations

NPSHd plus faible } Danger de cavitation} Bruit, vibrations

NPSHr plus lev } Usure rapide

Remdes :

Dplacer le point de fonctionnement en modifiant la courbe rseau, en crant uneperte de charge supplmentaire (vannage ou montage d'un diaphragme). Cettesolution entrane un gaspillage d'nergie.

Dplacer le point de fonctionnement en modifiant la courbe caractristique de lapompe,

soit par recoupe de la roue,

soit par modification de la vitesse de rotation suivant les possibilitsoffertes par l'installation.



Fig XXI

Suppos

HET

cav

itatio

n

QNPSH

Requis

Disponible

Q

Recoupe

HET

Q

Rel

Perte dechargesupplmentaire

vannage

Rseau Surestim



IV.2.2. Rseau sous-estim

(cas plus rare, hauteur gomtrique plus importante que prvue, rabattement de nappe, tuyauterieencrasse, accessoires prsentant des pertes de charge anormalement leves) -figure XXII, page 61-

Consquences :

Dbit plus faible } Dbit loign du point d'adaptation} Raction de volute

Hauteur plus leve } Bruit, vibrations

Dbit nul } Pas de point d'intersection} des courbes caractristiques

Remdes :

Dplacer le point de fonctionnement en modifiant la courbe rseau, en supprimant despertes de charges (augmentation du diamtre de la conduite, changement d'accessoires)

Dplacer le point de fonctionnement en modifiant la courbe caractristique de la pompe :

soit par changement de grandeur de pompe,

soit par modification de la vitesse de rotation,

soit par couplage de pompes en srie ou en parallle.



Rseau Sous-Estim

RelSuppos

HET

Q

NPSH

Requis

Disponible

Q

HET

Autre pompeou couplage

QFig. XXII



IV.3. RECOUPE DE ROUE - figure XXIII, page 63 -

La recoupe de la roue (ou des roues dans le cas de pompe multicellulaire est une opration classiquecouramment utilise pour ajuster la courbe caractristique au besoin rel. Elle est ralisedirectement au niveau du projet ou pratique sur place aprs essai.

Soit (Q2, H2) le point recherch. Joindre l'origine des axes (attention : certains diagrammes necomportent pas l'origine, il faudra la reconstituer) au point recherch (Q2, H2) par une droite quicoupe la courbe caractristique correspondant au diamtre D1 de la roue au point homologue(Q1, H1).

Le diamtre recherch D2 de la roue s'obtient partir du diamtre D1 par les relations suivantes :

D DHH2 1

2

1= ou D D

QQ2 1

2

1=

Le dbit comme la hauteur varient avec le carr du rapport des diamtres.

Le rapport DD

2

1s'appelle recoupe , il est souvent exprim en pourcent du diamtre D1.

Le rendement au dbit Q2 est gal au rendement du point homologue Q1 minor d'une valeur quidpend de l'importance de la recoupe et de la grandeur de la pompe.

Sauf indication particulire, la minoration de rendement pourra tre prise :

0,5 pour une recoupe 97 %

1 95 %

1,5 93 %

3 90 %

En gnral, la recoupe est limite 85 - 90 %. Pour des recoupes plus importantes, il estrecommand de consulter le fabricant.

La recoupe consiste diminuer le diamtre extrieur de la roue :

dans les pompes monocellulaires volute :

flasques et ailettes jusqu' 90 %

ailettes seulement ensuite.

dans les pompes multicellulaires diffuseur

ailettes uniquement.- Voir figure XXIII, page 63 -

Souvent les courbes caractristiques tablies par les constructeurs comportent certaines recoupes etles lignes d'quirendement. Pour tout point de fonctionnement intermdiaire situ entre ces courbes,il est facile de dterminer le diamtre approximatif et de relever le rendement.



Fig. XXIII

D2

Monocellulaire Multicellulaire

D1

H1

H2

Q2 Q1

100 %

90 %

85 % 85 %

RECOUPE

1

212

1

212 H

HDDouQQDD ==

100 %



IV.4. COUPLAGE DES POMPES - Figure XXIV, Page 65 -

En parallle

Les dbits s'ajoutent pour une mme hauteur totale. Dans le cas de mise en parallle de pompesdiffrentes, le point de fonctionnement doit tre soigneusement dtermin, et situ sur la courbecaractristique des pompes fonctionnant en parallle. Sinon, une des pompes risque de fonctionner dbit nul, avec toutes les consquences qui peuvent en rsulter.

En srie

Les hauteurs totales s'ajoutent pour un mme dbit. La pression de service admissible de la secondepompe doit tre suffisante pour accepter la pression totale rsultant de la mise en srie.

Mise en parallle de pompes



COUPLAGE ENPARALLELE

COUPLAGE ENSERIE

Pompes diffrentes Pompes diffrentes

Pompes identiques Pompes identiques

1 + 2

2

2

1

1 + 2

1

1 1 + 11 + 1

1

Fig. XXIV



IV.5. SELECTION DU MATERIEL

Les seules caractristiques hydrauliques, bien que fondamentales, ne sont pas toujours suffisantespour dfinir compltement le matriel.

Le tableau ci-dessous reprend les principaux critres de slection et leur incidence sur la conception,le mode d'exploitation et la construction du matriel :

C R I T E R E S I N C I D E N C E S U R M A T E R I E L

Nature du liquide :- composition- charge- temprature- pH- densit- viscosit- tension de vapeur

Srie de pompesNature des matriauxAmnagements ventuels :

- refroidissement- rchauffage- joints hydrauliques

Corrections des courbes caractristiques :- hydrauliques- puissance

Conditions d'installation :- disposition

- entranement lectrique thermique turbine autre

Srie de pompes :- horizontale- verticale- ligne d'arbre- immerge

- monobloc- accouplement- transmission

Conditions d'exploitation :- aspiration- NPSH

- refoulement

- dbit

- investissement- dure de vie

Srie de pompes :- disposition- vitesse de rotation

- pression de service- nature des matriaux

- fractionnement- vitesse variable- valeurs extrmes- rgulation

I n t r o d u c t i o n P o m p e s C e n t r i f u g e s F v r i e r 2 0 0 2 Annexes


ANNEXES

ANNEXE 1

Prdtermination et mesure de la Hauteur nergtique Totaleet du NPSH disponible ..................................................................................................... page 67

ANNEXE 2 : PERTE DE CHARGE

dans les conduites.............................................................................................................page 68dans les coudes et ts , m.c.l.

g2vK

2= ............................................................................... page 69

en mtres pour 100 mtres de tuyauterie.......................................................................... page 70dans les accessoires .......................................................................................................... page 71dans les robinets, par changement de vitesse d'coulement ............................................. page 72par diaphragme................................................................................................................. page 73graphique de Moody......................................................................................................... page 74

ANNEXE 3 :

Dtermination graphique de la courbe caractristique d'un rseau .................................. page 75

ANNEXE 4 :

Correspondance entre units de viscosit cinmatique,Correspondance entre degrs Baum et densit ............................................................... page 76Correction en fonction de la viscosit .............................................................................. page 77

ANNEXE 5 :

Pression atmosphrique et altitude Immersion minimale des prises d'aspiration ............ page 78Installations aux bacs d'alimentation-Dispositifs antivortex-Tuyauterie des pompes...... page 79Agencement des puisards d'aspiration.............................................................................. page 80

ANNEXE 6 :

Densit et tension de vapeur de l'eau en fonction de la temprature.......................pages 81 84

ANNEXE 7 :

Facteurs de conversion en unit SI................................................................................... page 85

ANNEXE 8 :

Exemple de prslection .........................................................................................pages 86 93


Flowserve PompesFlowserve PompesFlowserve PompesFlowserve Pompes

Prdtermination et mesure de la Hauteur Energtique Totaleet du NPSH disponible Annexe-1

HgA HgR : hauteurs gomtriques d'aspiration et de refoulement t : tension de la vapeur du liquide la temprature A R : pertes de charge l'aspiration et au refoulement K : coefficient pour exprimer les pressions en m.c.l.Vt : vitesse du liquide au dbouch de la conduite de refoulement M : lecture au manomtre } exprimes en m.c.lpa : pression atmosphrique L : lecture du vacuomtre } et ramenes au plan XY de rfrence

INSTALLATION H E T NPSH disponiblePREDETERMINATION

( )g2

vHgHg.T.E.H

2t

ARAR +++=

MESURE

pE > pa g2vvMM.T.E.H

2E

2S

ES

+=

pE < pa g2vvLM.T.E.H

2E

2S

ES

+=

PREDETERMINATION

( ) AAad HgtpK.NPSH +=

MESURE

pE > pa ( )g2

vMtpK.NPSH

2E

Ead ++=

pE < pa ( )g2

vLtpK.NPSH

2E

Ead +=

PREDETERMINATION

( )g2

vRHgHg.T.E.H

2t

ARrAR +++++=

MESURE

pE < pa g2vv

LM.T.E.H2E

2S

ES

++=

PREDETERMINATION

( ) ATAad RHgtpKNPSH =

MESURE

pE < pag2

vL)tp(KNPSH2E

Ead +=

PREDETERMINATION

( )g2

vHgHgppK.T.E.H2t

ARArAR ++++=

MESURE

pE > pa g2vv

MM.T.E.H2E

2S

ES

+=

pE < pa g2vvLM.T.E.H

2E

2S

ES

++=

PREDETERMINATION

P t >>>> += Hg)tp(KNPSH ad

P t ==== Ad HgNPSH =

MESURE

pE > pa ( )g2

vMtpaKNPSH2E

Ed ++=

pE < pa ( )g2

vLtpaKNPSH2E

Ed +=

paR

vt

pa

MEouLE

MS

S

Y

E

HgA

HgR

XA

R

pa

vt

HgRLE MS

S

pa

Rabattementde

la nappe pourle dbit Q

YE

niveaustatique

niveaudynamique

pa

A

pR

Vt

HgR

X

HgA

pa MEouLE

MS

S

YEA

g2v 2t

AR ++H

HgR - HgA

0

H.E.T.

Q

g2v

R2

tARr +++H

0Q

H.E.T.

HgR + HgA

H

0Q

HgR + HgA

K (pR - pA)

H.E.T.g2v2t

AR ++

Q

H

0

HpA

HgA

NPSHd

A

Kt

Q

NPSHd

Rr + A

0

HHgA

KtHpA

H

NPSHdHgAPA > t

PA = t QQ0 0

R

RT

HgAX

AH

HgA

HpA

NPSHd

AK t


Flowserve PompesFlowserve PompesFlowserve PompesFlowserve PompesPerte de charge dans les conduites Annexe-2

0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000 10000 100000

0,3 1 20,5 0,7 3 4 5 6 8 10 20 30 40 60 100 200 400 600 1000 2000 3000 5000 10000 20000

Formule de Flamant

0,002

20 30 50 200 5002 3 4 56 8 2000 4000 30000

0,0030,0040,005

0,02

0,030,040,050,060,08

2

34568

0,5 m25

Documents

Introduction Pompes