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Auteur(s)
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Robert REY : Ingénieur Arts et Métiers - Professeur à Arts et Métiers ParisTech – CER Paris
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Jean POULAIN : Ingénieur de l'École supérieure d'électricité - Ancien élève de l'Institut Von Karman - Ancien conseiller scientifique de l'Association française des constructeurs de pompes - Cet article est la mise à jour de l'article [B 4 300], écrit en 1996
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L 'article « Pompes rotodynamiques » fait l'objet de plusieurs fascicules :
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[BM 4 300] Présentation. Description ;
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules. Le numéro de fascicule est suivi du numéro de paragraphe ou de figure.
Une pompe centrifuge est un système ouvert dans lequel est mis en place un champ de forces centrifuges. Cette machine n'est plus basée sur le transport du fluide dans un godet ou sur la variation, dans le temps, d'un volume d'emprisonnement. Le fluide n'est plus poussé par une paroi matérielle, mais mis en mouvement et équilibré par un champ de forces. Cela est une notion très simple, nous allons le voir dans ce qui suit, mais c'est aussi une notion moins spontanée que celle d'un récipient mobile. Puisqu'elle est basée sur d'autres principes, la pompe centrifuge fonctionne et s'utilise selon d'autres lois, qui sont l'objet de l'ensemble des articles qui vont suivre. Nous y avons traité l'essentiel, cependant, certains domaines restreints ou certains aspects particuliers n'ont pas été abordés. Ils le seront dans un autre cadre.
Les nouvelles méthodes de calcul numérique de type Navier-Stokes 3D instationnaire sont en train de modifier et stimuler l'art du dessin et de la conception. De nouveaux matériaux apparaissent. De nouveaux revêtements ou traitements de surface sont utilisés. L'électronique intervient par plusieurs aspects dont la vitesse variable et les systèmes de maintenance conditionnelle.
L'industrie des pompes en France emploie environ 6 000 personnes. Son chiffre d'affaires évolue autour de 1 milliard d'euros et ses exportations totales autour de 50 % de cette valeur.
Le marché des pompes se répartit approximativement de la manière suivante : un quart du marché est couvert par les pompes volumétriques, les trois quarts restants sont assurés par les pompes rotodynamiques. Enfin, signalons la part importante des circulateurs (ou pompes hélices) qui représentent 25 % du marché total des pompes.
La première pompe a été mise en place, il y a longtemps, par la nature, pour l'équipement cardiaque des êtres vivants. Bien que d'un dessin ancien, elle est toujours en opération.
Dans un passé plus récent, l'Antiquité, le pompage de l'eau est apparu comme un besoin, qui a conduit l'homme à développer une technologie que l'on peut qualifier d'avancée. Il est intéressant de constater que certains types de pompes, vieux de 2 000 ans, sont encore produits et commercialisés de nos jours, avec succès. C'est le cas de la vis d'Archimède.
La technologie des pompes a évolué lentement, et même très lentement pendant deux millénaires, pour finalement exploser à la fin du XIX e siècle et se placer sur une autre trajectoire, à pente fortement positive. Le big bang correspondait à l'apparition des pompes centrifuges, et plus généralement rotodynamiques.
La technologie des pompes rotodynamiques a beaucoup évolué depuis sa naissance. Elle montre quatre étapes dans le développement des pompes alimentaires de chaudière. La réduction de taille s'accompagne, en outre, de l'accroissement simultané des débits, des niveaux de pression et de température.
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Pompe centrifuge multicellulaire
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3. Pompe centrifuge monocellulaire
3.1 Éléments constitutifs
Dans sa forme la plus classique, la pompe centrifuge se présente sous les versions données en figures 4 a , b et c respectivement de type à roue fermée, à roue semi-ouverte (sans flasque avant) et à roue fermée. Ces trois figures permettent de juger des options respectives retenues par trois constructeurs différents.
Ils comprennent, dans la configuration la plus répandue (figure 4 a ), les éléments suivants.
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Le conduit d'amenée du fluide vers l'impulseur de la pompe, [repère (1)] est, dans le cas général où l'aspiration est axiale, un simple cône ayant son axe confondu avec l'axe de la machine. Le fluide ne subit dans ce conduit ni apport ni prélèvement d'énergie.
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La roue de la pompe, appelée aussi dans ce qui suit impulseur [repère (2)], est l'élément essentiel de la machine. La totalité de l'énergie est apportée au fluide par l'impulseur sous deux formes distinctes :
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d'une part, directement, sous la forme d'un accroissement de pression statique ;
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d'autre part, sous la forme d'un accroissement d'énergie cinétique, qui est lui-même transformé en pression dans les organes situés en aval de l'impulseur (diffuseur, volute).
L'impulseur est constitué d'aubes, ou ailes (Au, figure 5). Les aubes sont décalées angulairement de façon régulière ; elles sont en nombre variable, mais très habituellement compris entre 5 et 7. Les aubes sont inclinées en arrière (figure 5). L'indication aubes inclinées en arrière est à considérer par rapport au sens de rotation de l'impulseur. Cela veut dire que le bord de fuite B des aubes est en retard dans la rotation par rapport au bord d'attaque A.
Nota :en dehors de cette réalisation classique peuvent exister des impulseurs à aubes radiales, mais ils sont alors précédés d'une avant-roue.
Les roues fermées comportent...
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