Présentation
En anglais
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 -
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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 XIXe 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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Situation par rapport à d'autres types de pompes
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6. Pompe hélice ou axiale
6.1 Éléments constitutifs
Comme pour la pompe hélicocentrifuge, on trouve (figure 21) :
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un conduit d'amenée du fluide vers l'impulseur [repère (1)] ;
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le redresseur [repère (9)] ;
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un diffuseur conique ou redresseur qui ramène l'écoulement dans la direction axiale [repère (8)] ;
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le coude de sortie permettant le passage de l'arbre moteur [repère (13)].
La figure 22 montre une pompe hélice montée en coude. Dans cette version, il s'agit de pompes de circulation destinées à des applications pour l'industrie agroalimentaire ou l'industrie chimique (réacteurs à sels fondus en particulier). Dans cette version, la roue n'est pas équipée de redresseur.
Il n'y a pas de dispositif d'étanchéité interne, car l'impulseur axial de la pompe hélice est un impulseur ouvert, c'est-à-dire dont l'extrémité des aubes est libre.
L'impulseur de la pompe hélice est profondément différent de celui de la pompe hélicocentrifuge. Considéré globalement, cet impulseur est totalement tridimensionnel, cependant il est constitué d'un empilage de sections individuelles qui, elles, sont bidimensionnelles et faciles à représenter.
Les figures 24a, b, et c présentent les canaux formés par deux aubes successives pour trois diamètres de l'impulseur, respectivement le diamètre au pied des aubes, le diamètre moyen, le diamètre au sommet des aubes, et cela pour une pompe ayant un rapport diamétral de 0,5. La figure 24d, empilage des trois sections précédentes, représente aussi une aube de l'impulseur en vue de dessus.
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