1

POMPES

Rafic YOUNES, 2005/2006www.ryounes.net

PLAN

• Étude des machines.

• Pompes centrifuges : Description.

• Pompes centrifuges : Courbes caractéristiques et essais.

• Pompes centrifuges : Lois, Groupements.

• Cavitation

• Pompes à piston (hydrauliques).

• Pompes volumétriques.

2

ETUDE DES MACHINESLAROUSSE 1984: Ensemble de mécanismes combinés pour recevoir une certaine forme définie d’énergie, la transformer et la restituer sous une forme plus approprié ou pour produire un effet donné.

Energie 1Energie 1Energie 2Energie 2Machine

Machine Transmission MoteurEntrée Sortie

Pertes PertesPertes

ETUDE DES MACHINESMachines motrices: assurent l’énergie mécanique (moteur

électrique, moteur à combustion interne, turboréacteur, etc.)

Machines de transmission: pour transférer l’énergie: (embrayage, courroies, engrenage)

Machines d’exécution: machine pour exécuter une certaine tache (pompe, ventilateur, etc.)

Machine motrice(moteur)Machine de transmission

(embrayage)

Machine d’execution(pompe centrifuge)

3

ETUDE DES MACHINES

• CARACTERISTIQUES D’UNE MACHINE :

• La puissance utile

• La puissance absorbée

• Le rendement

• Les pertes

• La puissance nominale

• La charge

ETUDE DES MACHINES• LA PUISSANCE UTILE

• La puissance utile est la puissance qui est vraiment utile au point de vue de l’utilisateur.

• Ex. Puissance mécanique :

• Ex. Puissance électrique :

602

2nDFMP ⋅

⋅⋅=⋅=πω

( )ϕcos⋅⋅=⋅=IUPIUP

AC

DC

4

ETUDE DES MACHINES• LES PERTES

• Le plus souvent les pertes de puissance (énergie) sortent de la machine sous forme de chaleur. Les pertes sont la différence de la puissance absorbée et de la puissance utile.

• LE RENDEMENT

UA PPP −=Δ

A

U

PP

=η

ETUDE DES MACHINES• LA PUISSANCE NOMINALE «PN»

• Suivant le besoin d’utilisation, les machines ne tournent pas toujours en plein régime. La puissance pour laquelle on a conçu la machine est la puissance nominale.

• LA CHARGE

Sous-chargé Sur-chargé

11 >=<=N

U

N

U

PPx

PPx

5

ETUDE DES MACHINES

• DIFFERENTES SORTES DES PERTES

• Machine mécanique n=1

• Machine électrique n=2

• Machine hydraulique n =3

• Il est fortement souhaité, que les machines fournissent leur puissance nominale avec un rendement maximum

Pour x = 1 η(x) = ηmax

[ ] [ ]10 == ⋅+=Δ xn

x PxPP

ETUDE DES MACHINES

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Charge

Pert

e

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

Ren

dem

ent

Pertemech

Renmech

Machine mécanique

6

ETUDE DES MACHINES

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Charge

Pert

e

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

Ren

dem

ent

Machine électrique

ETUDE DES MACHINES

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Charge

Pert

e

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

Ren

dem

ent

Machine hydraulique

7

ETUDE DES MACHINES• Classification des machines:

POMPES CENTRIFUGES:

Refoulement

Admission

Carter CoupleurRoulement

8

POMPES CENTRIFUGES:

La roue

Le carter

Suite à la rotation de la roue, la pression sur le périmètre augmente par rapport à la pression sur l’axe de rotation. Cette augmentation de pression provoque un écoulement vers la tubulure de refoulement.

Entrée

Sortie

Les aubes

POMPES CENTRIFUGES:Courbes caractéristiques

Hmt = f(qv)

ηg = f(qv)

qv

ηgHmt

ηg max

ηg min

HmtA

HmtC

qvmin qvmax

CA

Plage de fonctionnementDe la pompe :ηg minimum fixé

qv mini ≤ qv pratique ≤ qv maxi

Et

HmtA ≤ Hmt pratique ≤ HmtC

mtvutile H q g P ×××ρ=

eg2vv

gppH

2adm

2refadmref +−

+ρ−

=La hauteur manométrique

La puissance utile

e

9

POMPES CENTRIFUGES:Courbes caractéristiques du réseau

H0 = 0

ΔHT

qv

ΔHT= f(qv)

Réseau fermé Réseau ouvert

qv

H0 ≠ 0

ΔHT

ΔHT= f(qv)

POMPES CENTRIFUGES:Pertes de charge totales:

0g2

w g2

w DiL

22

HHT +⋅

⋅Σ+⋅

⋅⋅=Δ ζλ

0q DiL

S²g21 2

V HHT +⋅⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Σ+⋅⋅

⋅⋅=Δ ζλ

02 HqvaHt +⋅=Δ

qv²= S² × w²avec

On obtient :

Équation :

Hmt ΔHT = f(qv)

Hmt = f(qv) à N = cste

Point de fonctionnementHmt(F) [mce]qv(F) [m3/h]Hmt

qv

F

Qvqv

Hmt ΔHT = f(qv)

Hmt = f(qv) à N = cste

Point de fonctionnementHmt(F) [mce]qv(F) [m3/h]Hmt

qv

F

Hg

10

POMPES CENTRIFUGES:Etude des pompes couplées : Pompes en série

H Hmt P1 + P2 série = f(qv)

Hmt P1 = f(qv)

Hmt P2 = f(qv)

Hmt pompe 1 + Hmt pompe 2

Hmt pompe 1

Hmt pompe 2

qv constant

qv

qv = constant qv = Sup [qv pompe 1 ; qv pompe 2]Hmt = Hmt pompe 1 + Hmt pompe 2

On utilisera des pompes en série quand on cherchera àaugmenter la charge fournie

POMPES CENTRIFUGES:Etude des pompes couplées : Pompes en parallèle

On utilisera des pompes en série quand on cherchera à augmenter le débit

Hmt = constante Hmt = Sup [Hmt pompe 1 ; Hmt pompe 2]qv = qv pompe 1 + qv pompe 2

Hmt (P1 + P2) en parallèle = f(qv)

Hmt P1 = f(qv)

Hmt P2 = f(qv)

Point d’enclenchement des2 pompes en parallèle

qv d’enclenchement Des 2 pompes

Hmt de l’enclenchement des 2 pompes

Hmt constante

qv pompe 2 qv pompe 1 qv pompe 1 + qv pompe 2

qv

11

POMPES CENTRIFUGES:Vitesse spécifique

n [tr/min]

q [m3/s], H [m]

élevémoyenmoyenfaibleDébit

faiblemoyenmoyenélevéHauteur

150-40080-20035-8012-35nq

AxialDemi axialDemi radialRadial

43q

H

qnn =

LA CAVITATION:

0

Pression en [mCe]

10

θ en [°C]

100

EAU LIQUIDE

VAPEUR101325100562235

7010990424230

4735980316625

3116070233720

1991960170415

1233550122710

9582458725

7375406110

P [Ppa]θ[°C]P [Pa]θ [°C]

Notion de pression de vapeur saturante

A une température donnée, la pression qui règne lors du changement de phase EAU -> VAPEUR, s’appelle la pression de vapeur saturante : pvs.

12

LA CAVITATION:• A l’entrée de la roue la pression absolue se réduit à sa tension de

vapeur, une valeur qui dépend de la nature et de la température du liquide.

• La brusque explosion des bulles de vapeur provoque l’érosion des pièces métalliques en formant des cavités sur ses surfaces

• Baisse de performances et Vibrations menant à une panne complète

Surface érodée par cavitation d’une hélice d’un navire

LA CAVITATION:

1

22’

) ( '22121'2 HHHH Δ+Δ−=

) (22 '22121

211

2

2'2'2 HHz

gw

gp

zg

wg

pΔ+Δ−+

×+

×=+

×+

× ρρ

)()(2 '221212

2'2

1'2 PPzzgw

pp Δ+Δ−−××−×

−= ρρ

w1 = 0

( ) 12121

'22

2'2'2

2Hzz

gppH

gw

gpp vsvs Δ−−−

×−

=Δ+×

+×−

ρρ

h asp

= z 2

–z 1

NPSH pompe NPSH système

N.P.S.H. : Net Positive Succion Head (hauteur pratique de charge absolue)

13

LA CAVITATION:

• Minimiser les pertes de charges singulières et linéaires au niveau d’aspiration, soit une longueur de tuyau minimum, qui donne le moins d’accident possibles.

• Minimiser la hauteur géodésique• Pressuriser la conduite d’aspiration• Minimiser la vitesse de rotation de la pompe• Minimiser la température du fluide

NPSH

BNPSH

Zone de cavitationZone sans cavitation

q

NPSHAu dessus d’un certain débit,le phénomène de cavitation est presque inévitable.

POMPES A PISTON :

14

POMPES VOLUMETRIQUES :