MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES - …bibliotheque.uqat.ca/documents/rapportsa/11.pdf · les types de pompes suivantes : pompes multistages, turbine verticale, pompes centrifuges et

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

RÉINGÉNIERIE D’UN BANC D’ESSAI DES POMPES HYDRAULIQUES

PROJET D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU

PROGRAMME EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE

Présenté par : Kroumil Zineb

El ouafi Abderrahim

Superviseur : Guyh Dituba Ngoma, Ing, Ph.D., Professeur

Représentant industriel : Réal Mantha, contremaître, Technosub, Inc.

28 Août 2008

PEI – Réingénierie d’un banc d’essai des pompes hydrauliques

KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim

Eté 2008 ii

REMERCIEMENTS

Nous tenons à offrir nos sincères remerciements, à :

• Superviseur, Guyh Dituba Ngoma, professeur et directeur de module de sciences

appliquées pour son soutien constant, ses précieux conseils et sa disponibilité tout au

long de ce projet.

• Contremaître de l’entreprise Technosub Réal Mantha, notre représentant industriel pour

avoir suivi de prêt notre travail pendant notre présence au banc d’essai de Technosub.

• Professeur Walid Ghié pour ses conseils et suggestions.

• Techniciens et les employées de Technosub pour leur formidable accueil.

• Membres du Jury qui nous font l’honneur de participer à la présentation.

• Tous les membres du département des sciences appliquées (programme de génie) qui, de

prés ou de loin, ont participé directement ou indirectement à la réalisation de ce projet.

Enfin, nous adressons notre dernier remerciement, mais non le moindre, à nos familles (famille

Kroumil et famille El Ouafi) pour leurs soutien morale.



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RÉSUMÉ

L’entreprise Technosub est spécialisée dans la fabrication des pompes hydrauliques, elle fabrique

les types de pompes suivantes : pompes multistages, turbine verticale, pompes centrifuges et

pompes submersibles. Chacune de ces pompes est fabriquée spécialement pour aspirer différents

types de fluide (eau très corrosive, eaux chargées, sablonneuses et boueuses). La construction de

ces pompes est mise en ouvre en fonction de leur utilisations.

Chaque pompe fabriquée par Technosub est testée avant expédition sur leur banc d’essai qui

reproduit les conditions d’utilisation sur site. La précision des appareils de mesure permet de

relever des données essentielles comme la hauteur ou le débit mais également de connaître, le

rendement et la puissance de la pompe. Les résultats obtenus sont systématiquement fournis aux

clients pour bien répondre à leurs exigences et pour montrer qu’elle leur fournit un produit de

qualité.

Lors des essais réalisés sur les pompes submersibles, l’entreprise Technosub a remarqué qu’il y a

une anomalie sous forme d’une discontinuité sur les courbes de performances des pompes

submersibles. Elle a décidé de faire une étude globale sur leur banc d’essai afin de connaître

la(les) cause(s) du (des) problème(s) de cette discontinuité.

Etant donnée que la pompe est supposée d’être parfaite en termes des normes de fabrication, une

étude plus détaillée et précise est faite sur le circuit hydraulique et l’emplacement des

instruments de mesure du banc d’essai pour connaître la(es) cause(s) principale(s) du problème

et rechercher des solutions pour y remédier.

Cette étude vise à faire des simulations d’écoulement pour savoir le comportement de l’eau dans

le circuit hydraulique du banc d’essai, ainsi qu’à vérifier des normes de l’installation de chaque

composante hydraulique et instrument de mesure.



Eté 2008 iv

Cinq solutions ont été proposées pour régler le problème d’anomalie des courbes de performance.

Une solution parmi les cinq a été choisie par le représentant industriel suite à ses avantages au

niveau du coût et de sa facilité de mise en œuvre. Cette solution consiste à :

• déplacer le transmetteur de pression et le débitmètre pour avoir respectivement

des mesures de pression et de débit plus précis ;

• déplacer la valve pour un bon fonctionnement lors de son ouverture.



Eté 2008 v

ABSTRACT

The Technosub Company is specialized in the manufacture of the hydraulic pumps; it

manufactures the types of following pumps: pumps multistages, vertical turbines, centrifugal

pumps and pumps submarines. Each one of these pumps is especially manufactured to aspire

various types of fluid (very corrosive water, mud-laden waters, sandy and muddy). The

construction of these pumps are put opens some according to their uses.

Each pump manufactured by Technosub is tested before forwarding on their testing ground

which reproduces the conditions of use on site. The precision of the measuring devices makes it

possible to obtain the essential data like the head or the flow but also to know, the pump

efficiency and power of pump. The results obtained are systematically provided to the customers

for answering their requirements well and to show that it provides them a product of quality.

During the tests carried out for the submarines pumps, the Technosub Company noticed that

there is an anomaly in the form of a discontinuity on the curves of performance of the

submarines pumps. It decided to make a general study on their test bench in order to know the

cause of the problem of this discontinuity.

Being given that the pump is supposed to be perfect in terms of the manufacturing standards, a

more detailed and specifies study is made on the hydraulic system and the site of the measuring

instruments of their test bench, to know the principals causes of the problem and to propose

some solutions to cure its.

This study aims at making simulations of flow to know the water behavior in the hydraulic

system of the testing ground. Thus to check standards of the installation of each hydraulic

component and measuring instruments.

Five solutions were proposed to solve the problem of anomaly of the curves of performance.

Among these solutions, one was chosen by the industrial representative due to its advatages on

the level of the cost and simplicity of implementation. This solution consists with:



Eté 2008 vi

• to move the transmitter of pressure and the flow meter to have measurements of

more exact pressure and flow, respectively.

• to move the valve for a good performance at the time of its opening.



Eté 2008 vii

Table des matières RÉSUMÉ ..................................................................................................................................................... iii

ABSTRACT .................................................................................................................................................. v

Liste des tableaux ......................................................................................................................................... xi

Liste des symboles et des abréviations ....................................................................................................... xii

CHAPITRE I : INTRODUCTION ............................................................................................................. 13

1.1 - Aperçu de l’entreprise [1] : ........................................................................................................ 14

1.2 - Problématique : ........................................................................................................................... 17

1.3 - Situation désirée : ........................................................................................................................ 18

1.4 - Mandat : ...................................................................................................................................... 18

CHAPITRE II : DESCRIPTION DU BANC D’ESSAI DES POMPES EXISTANT. ............................... 19

2. 1 - Réservoir ................................................................................................................................. 21

2. 2 - Système de tuyauterie (tuyaux, coudes, colliers) .................................................................... 22

2. 3 - Valves ..................................................................................................................................... 23

2. 4 - Débitmètres ............................................................................................................................. 24

2. 5 - Transmetteur de pression : ...................................................................................................... 25

2. 6 - Pompes submersibles .............................................................................................................. 26

2. 7 - Système d’acquisition de données, d’évaluation et de présentation ....................................... 26

2. 8 - Système électrique .................................................................................................................. 27

2. 9 - Poste de contrôle ..................................................................................................................... 28

CHAPITRE 3 : COURBES CARACTÉRISTIQUES D’UNE POMPE ..................................................... 29

3.1 - Test de performance d’une pompe .............................................................................................. 30

3.2 - Courbes caractéristiques d’une pompe........................................................................................ 30

3.2.1 - Théorie sur les courbes caractéristiques d’une pompe [7] .................................................. 32

3.2.2 - Pratique sur les courbes caractéristiques d’une pompe : ..................................................... 36

3.3 - Courbe du circuit hydraulique ..................................................................................................... 38

3.4 - Point de fonctionnement : ........................................................................................................... 41

CHAPITRE 4 : RECHERCHE DES SOLUTIONS ................................................................................... 42

4.1 - Analyse du banc d’essai de Technosub ....................................................................................... 43



Eté 2008 viii

4.2 - Modélisation et simulation .......................................................................................................... 45

4.2.1 - Conduite de 6 po : ............................................................................................................... 45

4.2.2 - Interprétation des résultats : ................................................................................................ 48

4.3 - Vérifications des normes de débitmètre ...................................................................................... 50

4.4 - Solutions proposées : .................................................................................................................. 50

4.4.1 - Installer un transmetteur de pression................................................................................... 50

4.4.2 - Minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite ................................................. 51

4.4.3 - Minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite et installer le débitmètre verticalement ....................................................................................................................................... 51

4.4.4 - Installer un transmetteur de pression et déplacer les débitmètres ....................................... 52

4.4.5 - Installer un transmetteur de pression, déplacer le débitmètre et la valve ............................ 53

4.5 - Solution retenue «installer un transmetteur de pression, déplacer les débitmètres vers les tubes verticaux et déplacer la valve» ................................................................................................................ 55

CHAPITRE 5 : SANTÉ ET SÉCURITÉ AU TRAVAIL. .......................................................................... 60

5.1 - Mesures de sécurité des démarreurs BENSHAW (Annexe G) ................................................... 61

5.2 - Mesures de sécurité pendant les essais : ..................................................................................... 62

RECOMMANDATIONS ........................................................................................................................... 63

CONCLUSION ........................................................................................................................................... 64

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES .................................................................................................... 65

ANNEXE A : FICHE TECHNIQUE DE VALVE (TRIAC CONTROLS) ............................................... 66

ANNEXE B : FICHE TECHNIQUE DE DÉBITMÉTRE 8711(ROUSEMONT) ..................................... 74

ANNEXE C : GUIDE DE MONTAGE DE DÉBIMÉTRE ........................................................................ 77

ANNEXE D : TRANSMETTEUR DE PRESSION «WIKA» ................................................................... 80

ANNEXE E : SOUMISSION DE TRANSMETTEUR DE PRESSION WIKA ........................................ 85

ANNEXE F : SOUMISSION DES VALVES ET DES DÉBIMÉTRES. ................................................... 89

ANNEXE G: TABLEAU DE CONVERSION DES UNITÉS. .................................................................. 93



Eté 2008 ix

Listes des figures Figure 1 - 1 : Entreprise Technosub. ........................................................................................................... 14

Figure 1 - 2 : Pompes fabriquées par Technosub. ...................................................................................... 15

Figure 1 - 3 : Départements de Technosub. ................................................................................................ 16

Figure 1 - 4 : Courbe de performance d'une pompe submersible testée par Technosub. ............................ 17

Figure 2 - 1 : Banc d'essai existant de Technosub. ..................................................................................... 20

Figure 2 - 2 : Réservoir. .............................................................................................................................. 21

Figure 2 - 3 : Géométrie des conduites. ...................................................................................................... 22

Figure 2 - 4 : Valves papillons en différentes grandeurs. ........................................................................... 24

Figure 2 - 5 : Débitmètre électromagnétique. ............................................................................................. 25

Figure 2 - 6 : Pompe submersible, volute, roue. ......................................................................................... 26

Figure 2 - 7 : Interface de logiciel utilisée par Technosub. ......................................................................... 27

Figure 2 - 8 : Démarreurs Benshaw. ........................................................................................................... 28

Figure 2 - 9 : Poste de commande. .............................................................................................................. 28

Figure 3 - 1 : Courbes de performances de la pompe submersible KRS2-B6 de Tsurumi. ....................... 31

Figure 3 - 2 : Diagramme des vitesses pour une roue. ............................................................................... 32

Figure 3 - 3 : Courbe hauteur manométrique-débit d’Euler pour différentes angles d’aubes .................... 33

Figure 3 - 4 : Représentation schématique du diffuseur et de la volute d’une pompe. .............................. 35

Figure 3 - 5 : Courbe de pertes de charge. ................................................................................................. 35

Figure 3 - 6 : Courbe de performance théorique. ....................................................................................... 36

Figure 3 - 7 : Test d'une pompe submersible. ............................................................................................ 36

Figure 3 - 8: Circuit hydraulique avec une pompe. .................................................................................... 37

Figure 3 - 9: Système de pompage de Technosub pour la conduite de 6po de DN. .................................. 38

Figure 3 - 10 : Courbe du circuit hydraulique (conduite de 6 po de DN). ................................................. 40

Figure 3 - 11 : Point de fonctionnement de la pompe KRS2-B6. .............................................................. 41

Figure 4 - 1: Entrée des conduites. ............................................................................................................. 43

Figure 4 - 2: Prise de mesure de pression. .................................................................................................. 44

Figure 4 - 3: Emplacement de débitmètre sur la conduite de 6 po. ............................................................. 44

Figure 4 - 4 : Emplacement des valves sur les conduites. ........................................................................... 45

Figure 4 - 5: Modélisation de la conduite de 6 po. ..................................................................................... 45

Figure 4 - 6: Maillage de la conduite de 6 po avec indication des conditions aux limites. ......................... 46



Eté 2008 x

Figure 4 - 7: Simulation de la conduite de 6 po par fluent. ......................................................................... 49

Figure 4 - 8: Installation d’un transmetteur de pression. ............................................................................ 51

Figure 4 - 9: Minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite. ................................................... 51

Figure 4 - 10 : Minimiser le nombre des coudes et déplacer les débitmètres. ............................................ 52

Figure 4 - 11 : Installation d’un transmetteur de pression et déplacement des débitmètres. ...................... 52

Figure 4 - 12 : Installation d’un transmetteur de pression et déplacement du débitmètre et de la valve. ... 53

Figure 4 - 13 : Transmetteur de pression modèle WIKA S-11. .................................................................. 55

Figure 4 - 14 : Installation du débitmètre. ................................................................................................... 56

Figure 4 - 15 : Emplacement actuel de la valve sur la conduite de 6po de DN. ......................................... 57

Figure 4 - 16 : Solution retenue. ................................................................................................................. 58



Eté 2008 xi

Liste des tableaux

Tableau 4 - 1 : Les paramètres et les conditions choisi pour la simulation. ............................................... 47

Tableau 4 - 2 : Solutions proposées. ........................................................................................................... 54



Eté 2008 xii

Liste des symboles et des abréviations

DN: Diamètre nominal.

USGPM: Gallon/min (US).

po : Pouce.

: Hauteur manométrique de la pompe.

: La pression à la sortie de la pompe.

: La pression à la sortie de la conduite.

: La masse volumique de fluide.

: L’altitude du point i par rapport à l’axe des coordonnés choisis.

g : accélération de la pesanteur soit 9,81 m. .

, : Les pertes majeures dans la conduite.

, : Les pertes mineures dans la conduite.

L : La longueur de la conduite.

v : Vitesse de l’écoulement.

Tableau des conversions des unités : Unité du système international Unité en système impérial

1 m 39.3700787 po 1KW 1.34 HP

1 MPA 145.0377 Psia 1 kg 2.2045 lb 1m³/s 15850 USGPM



Eté 2008 13

CHAPITRE I : INTRODUCTION



Eté 2008 14

À travers de ce premier chapitre, une présentation générale de l’entreprise a été effectuée.

Ensuite, la problématique et le mandat du projet ont été définis.

1.1 - Aperçu de l’entreprise [1] :

L’entreprise « Technosub Inc.» (fig.1.1) situé à Rouyn-Noranda au Québec a été fondée en mai

1995, afin de répondre à un besoin régional concernant la disponibilité de pompes et pièces de

pompes. Il se concentrait surtout sur la réparation de pompes, l'entreprise est vite devenue une

référence dans les solutions de pompage. Elle a développé une approche client qui assure que la

solution de pompage proposée est en lien direct avec le besoin de celui-ci. En 2003, l’entreprise

Technosub développe ses propres services, elle a procédé à un agrandissement majeur de sa

manufacture et ses entrepôts afin de répondre plus efficacement à la demande. L'équipe

Technosub compte actuellement plus de 60 employés.

Figure 1 - 1 : Entreprise Technosub.

Elles offrent différents produits et services qui sont :

Vente : Technosub est spécialisée dans la vente de pompes à turbines-verticales,

multistages, centrifuges, submersibles et tous autres types de pompes industrielles

(fig.1.2).



Eté 2008 15

Figure 1 - 2 : Pompes fabriquées par Technosub.

Tests et banc d'essais : Toutes les pompes fabriquées et réparées par Technosub sont

automatiquement testées et vérifiées pour que les performances rencontrent les demandes de

leurs clients.

Location : Technosub a développé un programme de location de pompes avec option

d'achat. Ils louent les équipements sur une base de temps plus ou moins longue (la journée,

la semaine, au mois ou à long terme)

Réparation : Technosub a investi dans une usine ultra moderne afin d'offrir un service plus

complet et plus rapide à leurs clients. Toute réparation et réusinage de pompes se fait

directement à son usine.

La figure 1.3 montre les différents départements de Technosub

Les pompes submersibles

Pompe multi stage

Pompe centrifuge



Eté 2008 16

Figure 1 - 3 : Départements de Technosub.



Eté 2008 17

1.2 - Problématique :

L’entreprise Technosub, comme déjà mentionné, est une entreprise spécialisée dans la

fabrication de différents types de pompes. Elle livre ses pompes avec des courbes

caractéristiques de performance obtenue pour permettre aux clients de les utiliser dans les

meilleures conditions. Le problème que l’entreprise rencontre est lié aux courbes obtenues

après le test de performance des pompes. Les courbes présentent une anomalie sous forme

d’une discontinuité (fig.1.4). Ce phénomène est souvent observé lorsque les essais se font sur

des pompes submersibles à haut débit qui sont installées sur les conduites de 6 po et 8 po du

diamètre nominal.

Figure 1 - 4 : Courbes des performances d'une pompe submersible testée par Technosub.



Eté 2008 18

1.3 - Situation désirée :

Technosub désire connaître la cause de la discontinuité obtenue sur les courbes de

performances lors des essais effectuées sur les pompes fabriquées et en même temps, elle

demande de documenter l’installation de son banc d’essai.

1.4 - Mandat :

Le mandat proposé par l’entreprise est la réingénierie du banc d’essai des pompes

hydrauliques consistant à:

identifier la cause du phénomène de la discontinuité des courbes de performances;

vérifier les normes sur le positionnement des composantes de mesures;

faire l’analyse de l’écoulement dans les conduites;

calculer les pertes de charges dans les conduites;

documenter le banc d’essai;

faire une analyse des coûts de la solution proposée;

faire des recommandations sur les aspects relatifs à la sécurité et à l’implantation de la

solution proposée.



Eté 2008 19

CHAPITRE II : DESCRIPTION DU BANC D’ESSAI DES POMPES EXISTANT.



Eté 2008 20

Le banc d’essai (Fig.2-1) des pompes existant de l’entreprise Technosub est composée :

• d’un réservoir;

• d’un système de tuyauterie : tuyaux, coudes, colliers;

• des instruments de mesure : valves, débitmètres, transmetteurs de pression;

• d’une pompe submersible;

• d’un système d’acquisition de données;

• d’un système électrique;

• d’une poste de contrôle.

Figure 2 - 1 : Banc d'essai existant de Technosub.



Eté 2008 21

Voici une description plus détaillée du banc d’essai des pompes submersibles existant :

2. 1 - Réservoir

Le réservoir d’eau utilisé par Technosub est construit du béton. Il est constitué d’un bassin de

pompage pour les pompes à colonne, un bassin d’essai pour les pompes submersible et un

bassin de retour d’eau. Il contient approximativement 324.535 m³ (85855.92 gallons) d’eau. Il

est d’une longueur totale de 10.028 m (393 11/16 po), d’une largeur totale de 6.5 m (255 7/8 po)

et d’une profondeur totale de 6,172 m (243 po). Le bassin de pompage pour les pompes à

colonne est sous forme d’un bassin rectangulaire d’une longueur de 3.4 m (134 1/16 po), d’une

largeur de 3.32 m (130 15/16 po). Le bassin de retour d’eau est d’une longueur de 4.95 m (195 1/16 po), d’une largeur de 3.4 m (134 1/16 po) et d’une profondeur de 5.15 m (203 po). Le bassin

d’essai pour les pompes submersibles est d’une forme de T (l’espace restant) tel que indiqué à

la figure 2-2.

Figure 2 - 2 : Réservoir.



Eté 2008 22

2. 2 - Système de tuyauterie (tuyaux, coudes, colliers)

Le réseau de conduite de Technosub comporte trois conduites en parallèles incluant les coudes

et réducteurs fabriquées en acier inoxydable noirs et galvanisée cédule 80 par la compagnie

Acier Leroux [2], de grandeurs différentes de 2po, 6po et 8po de diamètre nominal. Sur chaque

conduite une valve papillon automatique, un débitmètre magnétique et un manomètre sont

installés pour mesurer respectivement le pourcentage d’ouverture de la valve, le débit de l’eau

dans la conduite et la pression à la sortie de la pompe, chacune de ces composantes est liée à

une automate programmable pour acquérir ces mesures. La longueur de chaque conduite est

d’environ 1653.54 78.74 po. La forme des conduites de 2 po, 6po et 8po est illustrée dans la

figure 2-3:

Figure 2 - 3 : Géométrie des conduites.

Les raccordements (les coudes) sont fabriqués par la compagnie VICTAULIC [3], ils sont

pourvus d’extrémités rainurées ou de brides, pour permettre une installation rapide, sans

préparation sur le chantier.



Eté 2008 23

Les colliers possèdent un système exclusif de patins de contact obliques s’adapte aux tolérances

de tuyaux standards pour assurer un maintien rigide, résistant aux forces de flexion et de

torsion.

2. 3 - Valves

Les valves utilisées par Technosub fabriquées par la compagnie TRIAC Controls [4] au Canada

sont de type papillon automatisé série EMI-8600. Elles sont caractérisé par :

• Pression maximale de 800 Psia.

• Torque maximale de : 8600 po-lb.

• Voltage : 120 VAC.

• Ampérage : 10 A.

Elles disposent d’une carte électronique appelée «TMC2 Electronic Modulating Card», ces

dispositifs et ces avantages se résument dans les points suivants :

• Calibrage automatique pour une installation simple.

• Microprocesseur de 10 bits pour préciser et contrôler le positionnement.

• La programmation du contrôleur est accomplie par la combinaison des boutons et

l'interrupteur à positions multiples de sept-position sans avoir besoin de signal de

commande.

• Les signaux d'entrée peuvent être 4-20 mA, 1-5 mA, de 0-10 V continus, de 1-5 V

continus, 0-135 Ω ou le potentiomètre de signal de commande.



Eté 2008 24

Figure 2 - 4 : Valves papillons en différentes grandeurs.

Pour plus de spécifications voir la fiche technique des valves dans l’annexe [A].

2. 4 - Débitmètres

Les débitmètres utilisés par Technosub sont des débitmètres électromagnétiques qui sont

fabriquées par la compagnie ROSEMOUNT [5] aux États-Unis. Elles sont constitués d’un tube

de mesure Rosemount 8711 associé à un transmetteur haut signal Rosemount 8712H. Ce

système assure un mesurage stable du débit pour les applications à bruit élevé les plus difficiles

tout en bénéficiant des avantages de la technologie à champ continu pulsé. La puissance

supérieure du signal résulte de l’utilisation de matériaux de pointe pour la fabrication des

bobines de champ et d’un circuit de pilotage des bobines de champ innovant à haut rendement.

Cette puissance de signal supérieure, combinée à des techniques de traitement du signal et de

filtrage optimisées, fournit une solution performante pour les applications de débitmètre les plus

exigeantes.

Ces caractéristiques sont :

• Service : Liquides propres et chargés conducteurs.

• Diamètres nominaux des tubes entre 0,15 po à 8 po.

• Interchangeabilité : Les tubes de mesure Rosemount modèle 8711 sont

interchangeables avec les transmetteurs modèles 8732 et 8742C.



Eté 2008 25

• Les caractéristiques métrologiques sont maintenues quels que soient le diamètre du

tube de mesure ou les options retenues sur le tube de mesure et le transmetteur.

• Chaque tube de mesure est équipé d’une plaque signalétique sur laquelle est gravé

un coefficient d’étalonnage à seize chiffres. Ce coefficient est entré dans le

transmetteur par l’interface opérateur locale (L.O.I.) ou par l’interface de

communication HART pour les modèles Rosemount 8712H et 8732C.

• La vitesse d’écoulement : 10 m/s

• Limites de température du procédé : pour les tailles de conduites de 0,5" à 8" : – 29 à

+ 93 °C

• Limites de température ambiante : – 34 à 65 °C

• Pression maximale admissible à 38 °C : Vide absolu jusqu’à 5,1 MPa pour les tubes

de mesure de taille comprise entre 0,5 po à 8 po.

Figure 2 - 5 : Débitmètre électromagnétique.

Pour plus de spécifications voir la fiche technique des débitmètres dans l’annexe [B].

2. 5 - Transmetteur de pression :

Technosub utilise des transmetteurs de pression installées sur chaque conduite et branchés avec

l’automate programmable.



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2. 6 - Pompes submersibles

Ces pompes sont résistantes à la corrosion et sont conçues pour fournir un rendement et pour

pomper d’importantes quantités d’eau. Avec une protection intégrée de palier, elles peuvent

fonctionner dans des environnements sablonneux. Elles sont disponibles avec un moteur 4 pôle

submersible robuste pour une excellente durabilité. En permettant de couvrir une très grande

plage d'utilisations [1].

Figure 2 - 6 : Pompe submersible, volute, roue.

2. 7 - Système d’acquisition de données, d’évaluation et de présentation

Les instruments électriques et hydrauliques sont tous reliées à une carte d’acquisition de

données [6] intégrées dans un ordinateur. L'acquisition de données, l'évaluation et la

présentation des résultats de mesures se fait à partir d'un transducteur, d'un lecteur, d'un

ordinateur et d'un système de représentation graphique (pour dessiner la courbe). Le lecteur

transforme les lectures analogues en digitales, évitant ainsi toutes distorsions possibles des

signaux obtenus vers l'ordinateur.

Les données sont traitées en utilisant un logiciel (Fig.2-7) programmé spécialement pour

Technosub, le logiciel génère les points de performance hydraulique provenant des lectures du

débitmètre ainsi que les points de performance électrique du transducteur de pression, et

l'efficacité globale du produit mis à l'essai est calculée avec les points hydrauliques et

électriques. Durant l'essai les valeurs de la hauteur, le débit, le pourcentage d’ouverture de la

valve, la puissance électrique, la tension de ligne, le courant de ligne et le facteur de puissance



Eté 2008 27

apparaissent sur l'écran de l'ordinateur (Fig.2-7). À la fin de test le logiciel produit un rapport

contenant des informations sur les pompes testées, les courbes de performances, et les mesures

prises durant l’essai.

Figure 2 - 7 : Interface de logiciel utilisée par Technosub.

2. 8 - Système électrique

Technosub possède un système de distribution électrique fourni par HYDRO-QUEBEC, ce

système fonctionne avec une source de tension triphasée, avec une tension de ligne de 600 V et

une fréquence de 60Hz. Deux démarreurs (Fig.2-8) fabriqués par BENSHAW avec une marge

de puissance différente (démarreur 1 : 0-100HP, démarreur 2 : 100-800HP) sont installés pour

contrôler la puissance fournis aux moteurs des pompes dépendamment de la capacité de chaque

pompe. Chaque démarreur est lié à l’automate programmable en créant un circuit électrique

automatisé pour acquérir des données électriques (facteur de puissance, puissance électrique,

tension de ligne, courants) sans oubliant d’autres branchements effectué pour certains mesures

de sécurité (arrêt d’urgence, coupe d’alimentation, etc.).

• Caractéristiques de démarreur 1 :

Puissance: 100 HP ampérage: 124 A



Eté 2008 28

Fréquence: 60 Hz voltage: 600V 3 phases

• Caractéristiques de démarreur 2 :

Puissance: 800 HP ampérage: 840 A

Fréquence: 60 Hz voltage: 600V 3 phases

Figure 2 - 8 : Démarreurs Benshaw.

2. 9 - Poste de contrôle

Le poste de contrôle du banc d’essai, situé juste à coté du système électrique, comprend deux

boutons pour démarrer ou arrêter un test. Une instrumentation requise pour acquérir les divers

paramètres hydrauliques et électriques lors de l'essai, et un système d’acquisition de données

qui reçoit des signaux de 4 mA-20 mA à partir de plusieurs instruments de mesure (se référer à

la section 2-7 pour les détails sur les systèmes d'acquisition de données, d'évaluation et de

présentation).

Figure 2 - 9 : Poste de commande.



Eté 2008 29

CHAPITRE 3 : COURBES CARACTÉRISTIQUES D’UNE POMPE



Eté 2008 30

3.1 - Test de performance d’une pompe

Il s’agit de faire des tests sur une pompe avant de l'intégrer dans une installation

quelconque afin de s’assurer de son bon fonctionnement. Le test doit fournir les courbes de

performances de la pompe en ce qui concerne la hauteur manométrique, la puissance et le

rendement en fonction du débit.

3.2 - Courbes caractéristiques d’une pompe

Les performances d'une pompe peuvent être mises graphiquement en évidence sur des courbes

caractéristiques qui présentent normalement des données relatives aux paramètres : la hauteur

manométrique, la puissance effective du moteur, et l'efficacité. Ces informations sont indiquées

en fonction du débit de la pompe. Cette représentation graphique, indique la meilleure façon de

savoir quel sera le débit nécessaire pour une hauteur d'élévation donnée et réciproquement.

A titre d’exemple, la figure 3-1 montre la courbe de performance obtenue pour la pompe

KRS2-B6 de Tsurumi, partenaire de Technosub.



Eté 2008 31

Figure 3 - 1 : Courbes de performances de la pompe submersible KRS2-B6 de Tsurumi.

Il est évident que d'autres paramètres influencent les courbes caractéristiques de la pompe

comme la vitesse de rotation de la roue, la puissance du moteur, le diamètre de la roue ainsi que

les angles des aubes de la roue.



Eté 2008 32

3.2.1 - Théorie sur les courbes caractéristiques d’une pompe [7]

Les courbes caractéristiques d’une pompe peuvent être obtenues théoriquement en faisant la

combinaison de deux courbes : une courbe caractéristique idéale sans pertes; et une courbe des

pertes dans la pompe. La courbe caractéristique théorique d’une pompe est la différence entre

la courbe idéale et la courbe des pertes.

• Courbe caractéristique idéale :

Pour une roue à aubes idéale qui contient un grand nombre d’aubes avec une épaisseur

infinitésimale, les particules d’un liquide idéal se déplacent exactement d’une façon parallèle

avec les surfaces d’une telle roue sans frottement.

La figure 3-2 montre les diagrammes de vitesse à l’entrée et à la sortie de la d’une roue à aubes

d’une pompe.

Figure 3 - 2 : Diagramme des vitesses pour une roue.



Eté 2008 33

Avec :

: l’angle entre la tangente à l’aube et la tangente à la roue en un point considéré.

: la vitesse absolue d’une particule de liquide (la somme des 2 vecteurs u et ).

: la vitesse périphérique pour tout point sur l’aube.

: la vitesse tangente à l’aube.

: la vitesse radiale.

: la vitesse périphérique.

La figure représente les triangles de vitesse à l’entrée et à la sortie de la roue.

1 : Entrée de la pompe et 2 : sortie de la pompe.

La hauteur manométrique d’une roue à aube (Fig.3-2) est donnée par la relation suivante:

tan Eq3.1

La hauteur manométrique est le travail effectué sur unité de poids d’un liquide par une

roue à aube.

En négligeant les fuites, la vitesse méridienne doit être proportionnelle au débit . en

supposant une vitesse constante de rotation de la roue de la pompe, l’équation devienne :

Eq3.2

Avec et sont des constantes, et la valeur de dépend de la valeur de l’angle de

l’aube . La figure 3-3 montre la courbe hauteur manométrique-débit d’Euler pour trois

conditions possibles pour l’angle d’aube à la sortie.

Figure 3 - 3 : Courbe hauteur manométrique-débit pour différentes angles d’aubes.



Eté 2008 34

• Courbe des pertes dans la pompe [8] :

Il existe des différents types de pertes dans une pompe, on peut les classifier par différentes

catégories :

Les pertes mécaniques :

Pertes des paliers radiaux et axiaux.

Pertes mécaniques rencontrées avec certains types d’accouplements.

Pertes dans les garnitures mécaniques.

Pertes par fuite :

Fuites sur le barrage arrière d’une roue équilibrée.

Fuite au piston d’équilibrage.

Fuites à l’extrémité des aubes d’une roue hélice ouverte.

Pertes par frottement des surfaces immergées en rotation :

Pertes par frottement de disque.

Perte par frottement sur un cylindre.

Pertes hydrauliques :

les pertes dans la conduite d’amenée ;

les pertes dans la ou les roues ;

les pertes dans les diffuseurs aubés (Fig.3-4);

les pertes dans les diffuseurs lisses (Fig.3-4);

les pertes dans les canaux de retour ;

les pertes dans la volute (Fig.3-4);

les pertes des organes situés en aval du redresseur, à savoir le diffuseur droit et le

coude pour les pompes hélices.



Eté 2008 35

Figure 3 - 4 : Roue de pompe : diffuseur et volute.

L’ensemble de ces pertes peuvent être représentées dans la figure 3-5:

Figure 3 - 5 : Courbe de pertes de charge.

• La courbe caractéristique théorique de la pompe :

Pour un débit donné, la hauteur manométrique effective vaudra la différence entre la hauteur

manométrique théorique et les pertes correspondantes.

La hauteur manométrique résultante est donnée par la courbe (A’’B’’) de la figure 3-6:



Eté 2008 36

Figure 3 - 6 : Courbe de performance théorique.

3.2.2 - Pratique sur les courbes caractéristiques d’une pompe :

La pompe à tester P est raccordée sur l'installation et entraînée par un moteur électrique de

rendement connu.

Sur la tuyauterie, il y a :

ℵ un transmetteur de pression TP;

ℵ une valve V;

ℵ un débitmètre D.

Sur la ligne électrique, un wattmètre est placé.

Voici un schéma synoptique du test (Fig.3-7)

Figure 3 - 7 : Test d'une pompe submersible.



Eté 2008 37

Pour une position donnée de la valve, les mesures suivantes sont prises:

ℵ Le débit Q en /s au débitmètre D.

ℵ La pression p en N/ au transmetteur de pression TP.

ℵ La puissance en W au wattmètre. (Cette puissance doit être multipliée par le rendement

du moteur électrique pour obtenir la puissance absorbée par la pompe).

En répétant l'opération pour d'autres ouvertures de la valve, mais en gardant constante la vitesse

de rotation de la pompe, les courbes caractéristiques pratiques de fonctionnement en fonction

de débit sont obtenues en utilisant les équations suivantes :

Hauteur manométrique obtenue à partir de l’équation de Bernoulli (voir le circuit hydraulique

de la figure 3-8) :

2

Eq3.3

Figure 3 - 8: Circuit hydraulique avec une pompe.



Eté 2008 38

Avec :

la vitesse à la sortie du circuit hydraulique.

la vitesse à l’entrée de la pompe ( 0 .

Puissance hydraulique

Eq3.4

Rendement de la pompe:

Eq3.5

3.3 - Courbe du circuit hydraulique

Un circuit hydraulique peut être caractérisé par une courbe. Cette courbe est la représentation

graphique de l’équation d’énergie. Cette équation est souvent employée pour des problèmes

d'écoulement incompressible. Elle s'appelle l'équation d'énergie mécanique ou l'équation

prolongée de Bernoulli.

Entre deux points 1 et 2 dans un circuit hydraulique (Fig.3-9) avec une pompe l’équation

générale de Bernoulli [9] est :

2 2 , Eq3.6

Figure 3 - 9: Système de pompage de Technosub pour la conduite de 6po de DN.



Eté 2008 39

Avec :

, , , Eq3.7

, 2 , 2

Eq3.8

Avec :

: La pression à l’entrée de la pompe.

: La pression à la sortie de la conduite.

: La masse volumique de fluide.

: L’altitude du point i par rapport à l’axe des coordonnés choisis.

g : accélération de la pesanteur soit 9,81 m. .

, : Les pertes majeures dans la conduite.

, : Les pertes mineures dans la conduite.

: Hauteur fournie par la pompe.

L : La longueur de la conduite.

v : Vitesse de l’écoulement.

La hauteur manométrique requise du système est :

2 Eq3.9

Pour tracer la courbe caractéristique du réseau, il faut donner des valeurs de débit pour obtenir

la hauteur manométrique utile requise de la pompe.



Eté 2008 40

• Conduite de 6po de DN du banc d’essai de Technosub :

La courbe de perte de charge dans la conduite de 6 po de diamètre nominale utilisée dans le

banc d’essai de Technosub est représentée à partir de l’équation suivante :

2 Eq3.10

Avec :

L’équation (3.10) devienne :

42

Eq3.11

En donnant des valeurs au débit entre 0 à 0.06 / telles que utilisées pour la pompe

submersible KRS2-B6 de Technosub, voici la courbe des pertes du système obtenue (Fig.3-10):

Figure 3 - 10 : Courbe du circuit hydraulique (conduite de 6 po de DN).



Eté 2008 41

3.4 - Point de fonctionnement :

Le point de fonctionnement d’une pompe dans un circuit hydraulique correspond à

l’intersection de la courbe hauteur manométrique-débit de la pompe et celle de la hauteur

manométrique-débit du circuit hydraulique. La projection de ce point sur l’axe du débit donne

le débit nécessaire pour avoir le bon fonctionnement de la pompe dans ce système. Il représente

donc une donnée importante pour utiliser les pompes dans leurs meilleures conditions.

Le choix de la pompe dépend de son rendement maximum au sein d’un système. Pour

l’atteindre, il faut donc réussir à faire coïncider l’intersection des caractéristiques du système et

de la pompe le plus prêt possible du point de fonctionnement optimal de la pompe.

A titre d’exemple (Fig.3.11), le point de fonctionnement de la pompe submersible KRS2-B6

avec la conduite de 6po de DN du banc d’essai de Technosub. Ce point est défini avec un débit

de 0.056 m³/s pour une hauteur manométrique de 8 m.

Figure 3 - 11 : Point de fonctionnement de la pompe KRS2-B6.



Eté 2008 42

CHAPITRE 4 : RECHERCHE DES SOLUTIONS



Eté 2008 43

Dans ce chapitre, cinq solutions sont proposées en partant de l’analyse approfondie effectuée du

banc d’essai existant de Technosub pour régler la problématique liée aux courbes de

performance des pompes submersibles.

4.1 - Analyse du banc d’essai de Technosub

Lors d’une visite industrielle, plusieurs points existant sont remarqués au niveau de

l’installation de son système de pompage :

• Le phénomène de discontinuité des courbes de performance est souvent observé au

niveau des conduites de grandes sections (6po et 8po de diamètre nominal).

• L’entrée de la conduite de DN de 2po diffère des autres conduites (6 po et 8 po de

DN) concernant le nombre des coudes.

• 3 coudes de 90 degrés (Fig.4-1) installées à l’entrée de la conduite de 6 po et 8 po

de diamètre nominal et avant la valve.

Figure 4 - 1: Entrée des conduites.



Eté 2008 44

• La prise de mesure de pression est installée juste avant la valve et juste après un coude

de 90°.

Figure 4 - 2: Prise de mesure de pression.

• Les débitmètres pour les conduites des diamètres nominaux de 6po et 8po sont

installés horizontalement.

Figure 4 - 3: Emplacement de débitmètre sur la conduite de 6 po.

• Une valve pour la conduite de DN de 6po est installée entre deux coudes de 90°.

L’autre valve de la conduite de 8 po est installée après les coudes de 90°.

Conduite de 6 po nominale.



Eté 2008 45

Figure 4 - 4 : Emplacement des valves sur les conduites.

Etant donné que toutes les normes de fabrication des pompes sont respectées, une étude

détaillée sera effectuée sur les instruments de mesure et leur emplacement dans le circuit

hydraulique ainsi que sur le comportement de l’eau dans les conduites.

4.2 - Modélisation et simulation

4.2.1 - Conduite de 6 po :

À l’aide du logiciel SolidWorks, une modélisation de la conduite de DN de 6 po (Fig.4-5) a été

faite. Cette modélisation est sauvegardée en utilisant l’extension (.sat) pour que le logiciel de

maillage GAMBIT [10] soit capable de l’importer.

Figure 4 - 5: Modélisation de la conduite de 6 po.

Conduite de DN de 6 po

Conduite de DN de 8 po



Eté 2008 46

La simulation d’écoulement est faite à l’aide d’un logiciel appelé FLUENT [11] qui est un

logiciel commercial de simulation numérique des écoulements par la méthode des volumes

finis. L’avantage de cette expérience numérique est que toutes les quantités physiques liées à

l’écoulement (champ de vitesse, champ de pression, contraintes,etc.) sont immédiatement

disponibles. Ces quantités sont visualisées comme s’il s’agissait d’observations faites sur une

expérience réelle.

La première étape effectuée pour la réalisation de cette simulation est la définition d’un

maillage adapté à l’écoulement à l’aide d’un logiciel de maillage appelé GAMBIT. Trois

maillages de 50 %, 60 % et de 70 % de finesse ont été traités pour la conduite de 6 po de DN

modélisé sur SolidWorks afin de s’assurer de la convergence numérique des résultats obtenus

pour chaque maillage. La convergence des résultats a été atteinte avec le maillage de 70% de

finesse. Des conditions aux limites pour la conduite ont été définies concernant la vitesse

d’entrée, la pression de sortie et la paroi de la conduite de 6po de DN. Par après, le maillage a

été sauvegardé sous extension (.msh).

Figure 4 - 6: Maillage de la conduite de 6 po avec indication des conditions aux limites.

La deuxième étape effectuée est l’analyse de l’écoulement sur le logiciel FLUENT. Voici

quelques étapes suivis pour cette analyse :

• Importation du maillage (.msh);

Condition à la limite 1 : Vitesse

d’entrée Condition à la

limite 2 : pression de sortie

Condition à la limite 3 : paroi



Eté 2008 47

• Choix de la méthode de calcul (pour un cas turbulent avec k-epsilon);

• Choix du fluide (eau);

• la pression de référence à 0;

• Fixation des valeurs des conditions aux limites (vitesse d’entrée = 2m/s, pression de

sortie = pression atmosphérique);

• Exécution de l’analyse (iterate).

• Visualisation des résultats.

Le tableau 4.1 contient un résumé des données utilisées pour des simulations avec le logiciel

fluent :

Tableau 4 - 1 : Les paramètres et les conditions choisis pour la simulation.

Méthode de calcul k-epsilon (cas turbulent)

le fluide eau

Pression de référence Pression atmosphérique

Vitesse d’entrée 2 m/s

Pression de sortie Pression atmosphérique

Les équations de calcul dont le logiciel FLUENT sert pour résoudre les problèmes des

écoulements sont les équations de Navier-Stocks, de continuité et de bilan de l’énergie [12]:

• Équation de continuité (ou équation de bilan de la masse)

• Équation de bilan de la quantité de mouvement (Navier-Stocks)

• Équation de bilan de l'énergie



Eté 2008 48

Dans ces équations :

t représente le temps (en s) ;

ρ désigne la masse volumique du fluide (en . ;

désigne la vitesse eulérienne d'une particule fluide (en . ) ;

p désigne la pression (en Pa) ;

est le tenseur des contraintes visqueuses (en Pa) ;

désigne la résultante des forces massiques s'exerçant dans le fluide (en N.kg − 1) ;

e est l'énergie totale par unité de masse (en J.kg − 1) ;

est le flux de chaleur perdu par conduction thermique (en J.m − 2.s − 1) ;

r représente la perte de chaleur volumique due au rayonnement (en J.m − 3.s − 1).

Pour les simulations effectuées l’équation de bilan de l’énergie n’a pas été prise en compte car

il n y’a pas de distribution de température.

4.2.2 - Interprétation des résultats :

La figure 4.7 présente le champ de vitesse d’écoulement de l’eau dans la conduite pour une

vitesse imposée à l’entrée de 2 m/s.



Eté 2008 49

Figure 4 - 7: Simulation de la conduite de 6 po par fluent.

D’après les profils de vitesse obtenus avec Fluent, les résultats montrent une variation

importante (augmentation) des vitesses au niveau des coudes, tels que observé, un changement

de couleur (couleur rouge) de vitesse dans les endroits où il y a un changement de direction

(virage), c'est-à-dire que l’écoulement à l’entrée de la conduite connait des turbulences, ce qui

a permis de constater que :

• La prise de mesure de pression ne caractérise pas directement la pompe, parce

qu’il est plus loin de la sortie de la pompe.

• Une turbulence au niveau de prise de mesure de pression.

Prise de mesure de pression



Eté 2008 50

4.3 - Vérifications des normes de débitmètre

L’entreprise ROSEMOUNT spécialisé dans la fabrication des débitmètres magnétiques a fourni

un guide d’installation de ses débitmètres. Le guide (ANNEXE C) explique les étapes à suivre

et les normes à respecter pour avoir une installation parfaite de ses débitmètres.

Selon le guide un bon fonctionnement du débitmètre est assuré s’il est monté dans une ligne :

• verticale avec circulation ascendante du fluide procédé pour les conduites de grande

section (6po et 8po de DN). Cela permet de garder le plan transversal plein, quel que

soit le débit.

• horizontale pour les petites sections (2 po de DN) qui sont normalement pleines.

Le banc d’essai des pompes de Technosub ne respecte pas les normes d’installation du

débitmètre au niveau des conduites de DN de 6 po et de 8 po. Ce qui permet de dire que le

problème est lié aussi à la mesure du débit.

4.4 - Solutions proposées :

4.4.1 - Installer un transmetteur de pression

Cette solution consiste à enlever le transmetteur de pression actuel et installer un autre sur les

conduites de 6po et 8po de DN. Ce transmetteur de pression va être placé juste après la pompe

dans le tuyau qui relie la pompe à l’entrée de la conduite de 6 po et de 8 po tel indiqué sur la

figure 4.8.



Eté 2008 51

Figure 4 - 8: Installation d’un transmetteur de pression.

4.4.2 - Minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite

Cette solution consiste à minimiser le nombre des coudes à l’entrée des deux conduites de

6 po et de 8 po de diamètre nominal et à déplacer la prise de mesure de pression à l’endroit

où l’eau est stabilisée (Fig.4-9).

Figure 4 - 9: Minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite.

4.4.3 - Minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite et installer le

débitmètre verticalement

Cette solution consiste à minimiser le nombre des coudes à l’entrée des deux conduites de 6 po

et de 8 po de diamètre nominal. Cela permet de diminuer la turbulence dans cette zone afin



Eté 2008 52

d’obtenir des mesures de pression caractérisant la pompe. Elle consiste également à déplacer

les débitmètres des deux conduites de 6po et de 8po vers les tuyaux verticaux pour son bon

fonctionnement.

Figure 4 - 10 : Minimiser le nombre des coudes et déplacer les débitmètres.

4.4.4 - Installer un transmetteur de pression et déplacer les débitmètres

Une autre solution qui a été proposée consiste à enlever le transmetteur de pression actuel, à

installer un nouveau transmetteur de pression juste après la sortie de la pompe sur la conduite

de 4 po, et à déplacer les débitmètres vers les tuyaux verticaux pour les conduites de 6po et de

8po, comme indiquée à la figure 4.11 :

Figure 4 - 11 : Installation d’un transmetteur de pression et déplacement des débitmètres.



Eté 2008 53

4.4.5 - Installer un transmetteur de pression, déplacer le débitmètre et la valve

La dernière solution proposée consiste à corriger les emplacements de tous les instruments

utilisés dans le banc d’essai de Technosub afin d’éviter les endroits où il y a des turbulences et

des pertes de charge plus élevées afin de mieux s’assurer que toutes les mesures prises

caractérisent juste la pompe testée.

Figure 4 - 12 : Installation d’un transmetteur de pression, déplacement du débitmètre et de la valve.

Le tableau 4.2 contient un résumé de toutes les solutions proposées ainsi que leurs avantages et

leurs inconvénients.



Eté 2008 54

Tableau 4 - 2 : Solutions proposées.

Solutions proposées Avantages Inconvénients Solution 1 : installer un transmetteur de pression dans le tuyau qui relie la pompe avec la conduite.

• Mesure juste de pression. • Peu de modification de l’installation exacte. • Coût moyen (achat des manomètres + coût d’installation)

• Même circuit existant. • Turbulence à l’entrée de la conduite. • Risque de non remplissage du débitmètre • Turbulence au niveau de la valve.

Solution 2 : minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite et déplacer la prise de mesure de pression à un endroit où il y a moins de turbulences.

• Moins de turbulence. • Mesure juste de pression. • Coût faible (coût des modifications)

• Risque de non remplissage du débitmètre. • Turbulence au niveau de la valve.

Solution 3 : minimiser le nombre des coudes à l’entrée de la conduite et déplacer la prise de mesure de pression à un endroit où il y a moins de turbulence + déplacer les débitmètres vers les tuyaux verticaux.

• Moins de turbulence. • Mesure juste de pression. • Coût faible (coût des modifications).

• Turbulence au niveau de la valve.

Solution 4 : installer un transmetteur de pression dans le tuyau qui relie la pompe avec la conduite + déplacer les débitmètres vers les tuyaux verticaux.

• Mesure juste de pression. • Mesure juste de débit. • Peu de modification de l’installation existante. • Coût moyen (achat de transmetteur de pression et de débitmètre + coût d’installation+coût de modifications)

• Même circuit existant. • Turbulence à l’entrée de la conduite. • Turbulence au niveau de la valve.

Solution 5 : installer un transmetteur de pression dans le tuyau qui relie la pompe avec la conduite + déplacer les débitmètres

vers les tuyaux verticaux + déplacer la valve.

• Mesure juste de pression. • Mesure juste de débit. • Peu de modification de l’installation existante. • Coût moyen.

• Même circuit existant. • Turbulences à l’entrée de la conduite.



Eté 2008 55

4.5 - Solution retenue : «installer un transmetteur de pression, déplacer les

débitmètres vers les tuyaux verticaux et déplacer la valve» Après discussions sur des solutions proposées avec le représentant industriel de l’entreprise

Technosub, la solution 5 a été choisie suite à ses avantages (tableau 4-2).

Une recherche approfondie a été effectuée pour trouver toutes les informations sur les produits

nécessaires (transmetteur de pression) et les normes des composantes existantes (débitmètres et

valves).

• Transmetteur de pression

Après avoir contacté des entreprises spécialisées dans la fabrication des instruments de mesure

et leur expliqué la problématique du projet, l’entreprise WIKA [13] au Canada a pu fournir des

informations sur un modèle de transmetteur de pression S-11 (Fig.4-14). Ce modèle est le plus

utilisés par les entreprises pour adapter à la plupart des applications industrielles de mesure de

pression (hydrauliques, pneumatiques, équipement d’essai, contrôle des pompes et des

compresseurs etc.).

Figure 4 - 13 : transmetteur de pression modèle WIKA S-11.

Voici quelques spécifications sur le transmetteur de pression modèle S-11 :

Pression maximale de 21,000Psia.

Signal de sortie à 2 fils de 4-20 mA.

Grande résistance aux transitoires de pression et aux vibrations.

Caisse d'acier inoxydable et pièces mouillées.

Peut être réuni aux joints de diaphragme pour des applications spéciales (eau sale).



Eté 2008 56

Pour plus d’informations sur le transmetteur de pression, voir l’annexe (D).

• Positionnement du débitmètre

Afin d’assurer la précision spécifiée sur un large éventail de conditions de service, il faut

installer le débitmètre avec au minimum une longueur droite de tuyauterie équivalente à cinq

fois le diamètre de la tuyauterie en amont et à deux fois le diamètre de la tuyauterie en aval

(fig.4.15).

Figure 4 - 14 : Installation du débitmètre.

Pour plus d’informations sur l’installation des débitmètres voir l’annexe C.

• Positionnement de la valve :

Vu que l’emplacement actuel de la valve (Fig. 4-15) au banc d’essai de Technosub sur la

conduite de 6 po de DN est dans une zone de turbulence, il a été proposé de déplacer cette valve

un peu plus loin de cette zone (Fig.4-16) afin de s’assurer son bon fonctionnement.



Eté 2008 57

Figure 4 - 15 : Emplacement actuel de la valve sur la conduite de 6po de DN.



Eté 2008 58

Voici un schéma final représentatif de cette solution (Fig.4-16).

Figure 4 - 16 : Solution retenue.



Eté 2008 59

• Etude de coût de la solution (sans main d’œuvre):

Après avoir contacté plusieurs entreprises fabricant des instruments de mesures et des

composantes hydrauliques, des soumissions sur les transmetteurs de pression (Annexe E), les

capteurs de débitmètre et les valves (Annexe F) ont été faites.

Le tableau 4-3 résume le prix de chaque instrument de mesure:

Tableau 4 - 3 : Soumissions des instruments de mesure.

Composantes Qté. Fournisseur Prix ($)

Transmetteur de pression 2 WIKA Inc. 744.00

Capteur de débitmètre (6po) 1 Laurentide Inc. 2467.28

Capteur de débitmètre (8po) 1 Laurentide Inc. 2972.84

Transmetteur pour débitmètre. 2 Laurentide Inc. 3885.90

Valve (6po) 1 Laurentide Inc. 8201.74

Total : 18271.76

Pour plus d’informations sur les fournisseurs de ces produits voir les annexe E et F.



Eté 2008 60

CHAPITRE 5 : SANTÉ ET SÉCURITÉ AU TRAVAIL.



Eté 2008 61

Ce chapitre consiste en revue l’aspect santé et sécurité des employés de Technosub lors des

essais des pompes hydrauliques effectués dans leur banc d’essai. Dans ce dernier il existe des

dispositifs électriques et mécaniques, qui peuvent provoquer des blessures graves, voire

mortelles dans le cas du non-respect de certaines recommandations relatives à l’utilisation de

ces dispositifs.

5.1 - Mesures de sécurité des démarreurs BENSHAW (Annexe G)

Les démarreurs BENSHAW sont alimentés par une tension de 600 V avec une puissance allant

jusqu’à 800 HP. La moindre erreur lors de l’utilisation de ces démarreurs peut causer la mort de

l’employé. Les mesures de sécurité suivant doivent etre appliquées pour assurer la protection

des employés :

• Ne pas enlever la couverture du démarreur quand la puissance d'entrée est branchée. Un

choc électrique peut se produire.

• Ne pas actionner le démarreur si sa couverture est enlevée. Un choc électrique peut se

produire.

• Ne pas enlever la couverture du démarreur excepté lors des inspections de routine ou le

câblage, même si la puissance d'entrée n'est pas appliquée.

• Attendre au moins 10 minutes après avoir arrêté le courant alternatif pour que les

condensateurs se déchargent. S’assurer que la tension DC est moins que 45 V avant de

procéder à des entretiens.

• Ne pas connecter ou déconnecter les fils du démarreur quand la puissance est appliquée.

• Ne pas actionner les interrupteurs avec des mains humides, cela peut causer un choc

électrique mortel.

• Isoler la partie électrique afin que les opérateurs trempés ne puissent accéder les

panneaux de commande.



Eté 2008 62

5.2 - Mesures de sécurité :

Tout d’abord, il faut s’assurer que les employés qui travaillent au banc d’essai peuvent se

communiquer d’une façon efficace et fiable de sorte qu’à éviter tout accident dû à une mauvaise

manipulation des équipements installés.

Durant chaque essai, il faut :

• porter par mesure de sécurité, une paire de lunettes, un masque de protection, et

des gants appropriés.

• déplacer la pompe avant de la démonter dans un atelier de réparation ou dans un

local suffisamment spacieux.

• Fermer complètement la valve de refoulement, puis arrêter l’alimentation

électrique du moteur.

• démonter d’abord le côté d’aspiration puis le côté refoulement, afin de vidanger

le corps de la pompe.

• ne pas utiliser des produits très inflammables pour le nettoyage intérieur de la

pompe.

• éviter d’avoir des fuites dans les tuyaux.



Eté 2008 63

RECOMMANDATIONS

Après l’étude approfondie effectuée pour résoudre la problématique citée précédemment qui

consiste à la réingénierie du banc d’essai des pompes hydrauliques pour l’entreprise Technosub,

les recommandations suivantes ont été élaborées :

Valider l’automate programmable :

Faire un test manuel pour vérifier les valeurs obtenues par l’automate

programmable.

Vérifier les équations utilisées dans le programme du logiciel utilisé pour tracer les

courbes de performances des pompes.

Vérifier les branchements avec les instruments de mesure.

Sachant que les courbes caractéristiques dépendent avant tout de la conception de la

pompe, une étude plus poussée sur la roue de la pompe est recommandée :

Vérification des normes de fabrication des pompes :

Les angles des aubes.

Le jeu entre la roue et la volute.

Le nombre des aubes.

La géométrie des aubes.

Réduire les pertes dans le système de tuyauterie du banc d’essai.

Choisir des raccords à faible perte de charge : coudes à rayon optimal

(rayon/diamètre 1.5 à 3, coudes à 45°).

Installer un réseau des conduites plus simple.

Concevoir un banc d’essai pour les tests de cavitation des pompes.

Sachant que la masse volumique et la viscosité de l’eau changent avec la température, il

est suggéré d’introduire la mesure de température dans le programme du logiciel:

Installer un thermomètre et le brancher avec l’automate programmable.

Prévoir des voyants avant et après le débitmètre afin de s’assurer de son remplissage.

Protéger l’accès au banc d’essai par une porte pour la sécurité des employés.



Eté 2008 64

CONCLUSION

Ce projet avait comme mandat de déterminer les causes de la discontinuité des courbes de

performance des pompes submersibles et de donner des solutions à ce phénomène ainsi que

documenter l’installation du banc d’essai existant de Technosub.

Afin de solutionner le problème, une analyse du banc d’essai suivie par une modélisation et une

simulation de l’écoulement pour étudier le comportement de l’eau dans la conduite de 6 po ont

été réalisées. À la fin, une vérification des normes d’installation des instruments de mesure

(valves et débitmètres) a été faite.

Selon la fiche technique du débitmètre (Rousemount), les consignes du fabricant n’ont pas été

respectées lors de l’installation de ce dernier. Le résultat de simulation montre des turbulences

au niveau des prises de mesures de la pression.

Finalement, une solution parmi cinq autres proposées a été choisie par le client suite à ses

avantages et sa facilité de l’appliquer. Cette solution consiste à installer un transmetteur de

pression juste à la sortie de la pompe, de déplacer les débitmètres des conduites de 6 et 8 po

vers les portions de conduite verticale et de déplacer la valve de la conduite de 6 po. Cette

solution vise à corriger les mesures de débit et de pression influençant sur les courbes de

performances de la pompe.

Ce projet a été une expérience très enrichissante non seulement sur le plan personnel mais aussi

sur le plan technique qui a permis de découvrir des méthodes utilisées en pratique.

En outre, l’accomplissement de ce travail a été une occasion pour améliorer des connaissances

techniques dans le domaine hydraulique, des mécaniques des fluides et l’utilisation du logiciel

des simulations des écoulements (Fluent).



Eté 2008 65

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] http://www.technosub.net site de l’entreprise Technosub.

[2]

http://www.russelmetals.com/english/service/operations/canada/leroux.html site officiel

du fournisseur des tuyauteries.

[3]

http://www.victaulic.com/content/fr/default.htm site officiel du fabriquant des coudes et

des colliers.

[4]

http://www.a-tcontrols.com/ site officiel du fournisseur des valves utilisées dans le banc

d’essai.

[5] http://www.emersonprocess.com/Rosemount/ site officiel du fournisseur des

débitmètres utilisés dans le banc d’essai.

[6] http://www.gefanuc.com/as_en/products_solutions/controllers_io/pacsystems_rx3i.html

site de fournisseur de l’automate programmable.

[7] IGOR J. KARASSIK, William C. KRUTZSCH, WARREN H. FRASER and JOSEPH

P. MESSINA. «Pump Handbook, second Edition»,1986

[8] http://www.engineeringtoolbox.com/mechanical-energy-equation-d_614.html

[9] Frank M. White «Fluid Mechanics»,1999 [10] www.pmmh.espci.fr/fr/Enseignement/Archives/TravauxPratiques/simuljet.pdf

[11] http://www.fluent.com/software/gambit/

[12] http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quations_de_Navier-Stokes , les équations utilisées

par FLUENT.

[13] http://www.directindustry.fr/prod/wika-alexander-wiegand/transmetteur-de-pression-

6196-35118.html , l’entreprise WIKA.



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ANNEXE A : FICHE TECHNIQUE DE VALVE (TRIAC CONTROLS)



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Eté 2008 73



Eté 2008 74

ANNEXE B : FICHE TECHNIQUE DE DÉBITMÉTRE 8711(ROUSEMONT)



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Eté 2008 76



Eté 2008 77

ANNEXE C : GUIDE DE MONTAGE DE DÉBIMÉTRE



Eté 2008 78



Eté 2008 79



Eté 2008 80

ANNEXE D : TRANSMETTEUR DE PRESSION «WIKA»



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Eté 2008 82



Eté 2008 83



Eté 2008 84



Eté 2008 85

ANNEXE E : SOUMISSION DE TRANSMETTEUR DE PRESSION WIKA



Eté 2008 86

9335 Route Transcanadienne

Montreal, QC H4S 1V3 Canada

Tel: 514-332-0330Fax: 514-332-4292

July 31, 2008

1156 ave Lariviere

Rouyn‐Noranda, QC J9X 4K8

Canada

Attention: Pierre Rheault

Téléphone: 819‐797‐3300

Fax: 819‐797‐3060

E‐mail: [email protected]

Numéro de Référence Du Client : Verbal

Numéro de Soumission: 1118DBU (Veuillez faire référence à ce numéro lors de votre commande)

LES INSTRUMENTS WIKA LTEE aimerait vous remercier pour l’opportunité de vous remettre cette soumission. Afin de mieux vous servir, veuillez inclure notre numéro de soumission sur vos prochaines documentations.

N’hésitez pas à contacter votre représentant avec toute autre question. Dans l’attente de travailler avec vous sur ce projet, nous vous prions d’agréer, Madame/Monsieur, nos sincères salutations.

Bien à vous,

Doug Burns

Inside Sales



Eté 2008 87

Représentant de Ventes

Wika Instruments Ltd

Email: [email protected]

Tel: (514)332‐0330 or (877)336‐9452

Les Instruments Wika, Numéro de Soumission: 1118DBU

SOUMISSION

Ligne Qte. Description Prix à L’Unité

Extension

1.00 1 WIKA Pressure Transmitter

S11 PRESSURE TRANSMITTER

SORTIE 4‐20 mA

GAMME DE PRESSION 0‐60 MPA

CONNECTION DE PROCEDE G 1/2B FLUSH DIAPHRAGM WITH O‐RING

PRECISION 0.5% OF SPAN

CONNECTION ELECTRIQUE DIN PLUG 4‐PIN

LIVRAISON: 6‐8 SEMAINES

$372.00 $372.00

Total: $372.00

NOTES COMMERCIALES

1.0 Livraison: ci‐haut

Livraison sujet à la disponibilité de la matérielle.

2.0 Méthode d'Expédition:



Eté 2008 88

3.0 Termes d’Expédition:

4.0 Point FAB: Oakville, Ontario

5.0 Toutes Taxes en Sus si applicables.

6.0 La Soumission est valide jusqu’au 2008‐08‐30.

7.0 Termes de Paiement: C.O.D.

8.0 Tous les prix sont en Dollars Canadienne

9.0 Les prix sont basés sur le taux de change actuel (dollar canadienne/dollar américain). Les variations de plus de 2% seront augmentées ou déduits en conséquence.

10.0 Les Instruments WIKA se réserve le droit d’ajuster le prix en conséquence d’une variation majeure dans le prix de matière brut.

11.0 Tous les retours doivent être pré‐approuvés par WIKA et accompagnés d’un numéro d’Autorisation de Retour (RA). Toute marchandise retournée sans réception d’une autorisation de retour sera retournée au client par expédition en port dû.



Eté 2008 89

ANNEXE F : SOUMISSION DES VALVES ET DES DÉBIMÉTRES.



Eté 2008 90



Eté 2008 91



Eté 2008 92



Eté 2008 93

ANNEXE G: TABLEAU DE CONVERSION DES UNITÉS.

Unité du système international Unité en système impérial 1 m 39.3700787 po

1KW 1.34 HP 1 MPA 145.0377 Psia

1 kg 2.2045 lb 1m³/s 15850 USGPM

Documents

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES - …bibliotheque.uqat.ca/documents/rapportsa/11.pdf · les types de pompes suivantes : pompes multistages, turbine verticale, pompes centrifuges et