Rognage et cavitation dans les pompes centrifuges

Pompes volumétriques alternatives

Fonctionnement (figure1.12)

A partir de la bride d’aspiration B1 dont la forme est circulaire, le fluide se répartit régulièrement vers la section d’entrée C des canaux mobiles qu’on appelle l’ouïe d’aspiration de la pompe. La quantité du fluide comprise entre B1 et C porte le nom de fond d’aspiration, elle représente le siège de l’écoulement permanent du fait du mouvement d’entraînement à vitesse angulaire constante. Les aubes exercent des efforts de pression sur le fluide, qui se traduisent par l’existence d’une surpression le long de leur extrados et d’une dépression sur leur intrados [4]. Le stator S de la pompe, encore appelé corps ou enveloppe, porte une couronne d’aubages fixes F appelée diffuseur à ailettes fixes qui présente aussi une symétrie par rapport à l’axe. L’espace compris entre deux aubages fixes constitue un canal fixe [5 ,6].

L’énergie reçue par le fluide pendant la traversée des canaux mobiles se manifeste par un accroissement, d’une part de sa pression et d’autre part, de son énergie cinétique. Une partie de cette énergie cinétique sera convertie en pression dans les aubages fixes à la sortie du diffuseur. le fluide doit être collecté et conduit vers la tuyauterie T2, cette dernière fonction est remplie par une capacité V qui s’enroule autour du diffuseur et qui doit à sa forme géométrique le nom de volute. Dans une certaine mesure, cet espace est utilisé pour une transformation complémentaire de l’énergie cinétique en énergie de pression. Les roues des pompes centrifuges (figure 1.13) sont très souvent fermées, constituées de deux flasques entretoisées par les aubes ; ces aubes peuvent être semi-ouvertes avec un seul flasque arrière ou encore ouvertes, sans flasque Toutes ces roues centrifuges sont alimentées axialement par le liquide, après circulation dans les canaux, le liquide sort radialement par rapport à l’axe de rotation.

Les schémas A et B de la Fig : 1.14 représentent des rotors ouverts.

Tandis que les schémas C et D représentent des rotors couverts ou fermés. Les premiers ont un rendement inférieur aux seconds puisqu’ils donnent lieu plus facilement à des pertes par retour d’eau. De plus les schémas A et C représentent des rotors de pompes à une roue à un simple effet. Tandis que les schémas B et D sont relatifs à une pompe à double effet à deux roues dans laquelle l’eau est aspirée symétriquement des deux côtés du rotor. Le principal avantage de la disposition à double effet réside dans l’atténuation ou à la disparition de la poussée axiale qui s’exerce sur l’arbre de la pompe. Par contre, les pompes à doubles effets sont plus complexes et plus couteuses. Elles sont par suite rarement employées dans les équipements de petite ou moyenne capacité [3].

La turbine Pelton

La turbine Pelton est constituée par une roue à augets qui est mise en mouvement par un jet d’eau provenant d’un injecteur. Les augets sont profilés pour obtenir un rendement maximum tout en permettant à l’eau de s’échapper sur les côtés de la roue. Ils comportent une échancrure qui assure une pénétration progressive optimale du jet dans l’auget. L’injecteur est conçu pour produire un jet cylindrique aussi homogène que possible avec un minimum de dispersion. Une turbine Pelton peut être équipée de plusieurs injecteurs, jusqu’à 6. Le débit est réglable à l’aide d’un pointeau mobile à l’intérieur de l’injecteur, qui est déplacé par un servomoteur hydraulique ou électrique. Ce pointeau est asservi à la régulation de la turbine. La turbine Pelton comporte aussi dans la majorité des cas un déflecteur qui se place rapidement entre l’injecteur et la roue pour dévier le jet, ceci pour éviter l’emballement de la turbine en cas de déclenchement brusque de la génératrice.

Ce déflecteur est souvent manoeuvré par un ressort ou un contrepoids qui permet sa mise en action sans nécessiter de source d’énergie extérieure. Ces différents organes sont placés dans un bâti, ou bâche posée sur le canal de fuite de la turbine. Etant donné que la roue de la turbine tourne dans l’air, les joints d’arbre n’ont pas à être étanches à la pression, mais doivent simplement éviter que l’eau ne sorte de la bâche. Ils sont constitués par des disques qui centrifugent les gouttelettes d’eau infiltrées dans un boîtier relié à la sortie de la turbine. La figure 3.7 donne une vue schématique d’une roue Pelton avec deux injecteurs. Les paramètres principaux, permettant de déterminer le diamètre de la roue et le nombre de jets, y sont indiqués. La figure 3.7. présente les composants principaux d’une turbine Pelton horizontale à un jet. En vue de diminuer le nombre de pièces mécaniques, la roue Pelton peut être fixée directement en bout d’arbre de la génératrice (turbine monobloc).

Conclusion générale

Une étude pratique a été faite sur un banc d’essai pompe centrifuge et turbines hydrauliques au sein du laboratoire des pompes et station de pompage, faculté de technologie de l’université de Tlemcen. La première partie du travail, présente un rappel de base des mécanismes des pompes et des turbines hydrauliques. La deuxième partie du travail concerne l’expérimentation. Cette partie nous a permis de retirer les résultats et les remarques suivants :

Pour la pompe à vide

– La hauteur manométrique totale (HMT) est d’autant plus importante que le débit est faible pour différentes vitesses de rotation.

– On constate que malgré pour un débit nul, la puissance absorbée Pa≠ 0 à cause de la faible consommation électrique du moteur alimentant la pompe. En augmentant le débit, la consommation électrique augmente, qui fait que la puissance absorbée augmente aussi pour atteindre une valeur maximale.

– La puissance Ph fournie au fluide augmente avec l’augmentation du débit pour atteindre un maximum Phmax. Après que la pression amant diminue, la HMT diminue avec, ce qui a marqué par la suite la diminution de la puissance hydraulique.

– Avec l’augmentation de la puissance, le rendement global ηG augmente pour atteindre une valeur maximale ηGmax pour un débit nominal Qnom, puis cette valeur diminue jusqu’à une valeur ηG min pour un débit Qmax.

– La hauteur d’aspiration (N.P.S.H)R est inversement proportionnelle à la charge nette d’aspiration (N.P.S.H)d qui est autant plus importante quand le débit est faible. – Pour chaque vitesse de rotation, on a observé que (N.P.S.H)d > (N.P.S.H)R. Cette remarque est très importante pour éviter tout problème de cavitation. Une marge de sécurité de 5 % a été considérée et qui nous a permis de quantifier la valeur de (NPSH)Rsécurité) = (7,98 – 0,5 = 7,48 mce).

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Table des matières

Introduction générale
Synthèse bibliographique
Chapitre 1. Rappel sur les pompes
1.1. Généralités
1.2. Classification des pompes
1.2.1. Pompes volumétriques à rotor tournant
a) Pompe à vis
b) Pompes à engrenages
1. Pompes à engrenages extérieurs
2. Pompes à engrenages intérieurs
a) Pompes à aubes
c) Pompes à palettes
1. Pompes à palettes libres
2. Pompes à palettes flexibles
1.2.2. Pompes volumétriques alternatives
a) Pompes à membranes ou à soufflets
b) Pompes à piston
1.2.3. Pompes roto-dynamiques
1.3. Avantages et inconvénients des pompes roto-dynamiques
1.4. pompes centrifuge
I.4.1. Utilisation
1.4.2. Fonctionnement
1.4.3. Composants d’une pompe centrifuge
a. Distributeur
b. Diffuseur
c. Volute
d. Divergent
1.6. Classification des pompes centrifuges
1.6.1. Forme de la roue
1.6.2. Forme du corps de pompe
1.5.3. Nombre de roues
1.5.4. position de l’axe
1.6. Caractéristiques générales des pompes centrifuges
1.6.1. Débit
1.6.2. Hauteur manométrique
1.6.3. Rendement
1.6.4.Limitation de la hauteur manométrique d’aspiration -N.P.S.H.
1.7. Représentation graphique
1.7.1. Hauteur manométrique totale
1.7.2. Courbes caractéristiques
1.8. Installation d’une pompe centrifuge sur un réseau hydraulique
1.8.1. Calcul des paramètres de la pompe
1.8.2. Calcul des paramètres de la conduite d’aspiration
1.8.3. Calcul des paramètres de la conduite de refoulement
1.8.4. Point de fonctionnement
Chapitre 2. Rognage et cavitation dans les pompes centrifuges
2.1. Rognage des pompes centrifuges
2.1.1. Pour le rapport des hauteurs
2.1.2. Pour le rapport des débits
2.1.3. Pour le rapport des puissances
2.3. cavitation dans les pompes
2.3.1. Description du phénomène
2.3.2. Importance du rôle de la cavitation dans l’utilisation des pompes
2.3.3. N. P.S.H :
a). N.P.S.H. disponible
b). N.P.S.H. requis:
2.3.5. Condition de non cavitation :
Chapitre 3. Généralités sur les turbines
3.1. Introduction
3.3. Classification des turbines
3.3.1. Principe de fonctionnement de Turbines à action
3.3.2. Principe de fonctionnement des turbines à réaction :
3.4. Principaux types de turbines
3.4.1 Turbine Pelton
3.4.2. Turbine Francis
3.4.3. Turbine Kaplan
Chapitre 4. Etude expérimentale
4. Introduction
4.1. Description du banc d’essai en montage. Pompe à vide
4.1.1. Adaptation des turbines Francis et Pelton sur le banc
4.2. Méthodes et moyens de mesure sur les bancs d’essai pompe à vide
4.2.1. Grandeurs caractéristiques
4.2.2. Mesure de pression
4.2.3. Mesure du débit
4.2.4. Mesure de la vitesse de rotation
4.2.5. Intensité et tension de courant
4.3. Mode opératoire. Essai de pompe à vide
4.3.1. Mise en fonction de l’appareil
4.3.2. Etat des vannes
4.3.3. Résultats des mesures effectuées.
4.4. Calculs expérimentaux. Essai de pompe à vide
4.5. Essai turbine Francis et turbine Pelton
4.6. Calculs expérimentaux. Essai turbine Francis et turbine Pelton
4.7. Résultats des calculs
4.8. Courbes paramétriques
Conclusion
Bibliographie

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