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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
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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
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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
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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
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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.
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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)
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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 :
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POMPES VOLUMETRIQUES :