Présentation
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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 monocellulaire
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2. Situation comparée des pompes centrifuges, hélicocentrifuges et hélices
La classification des pompes rotodynamiques, s'effectue à partir des niveaux suivants :
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le type de roue : centrifuge, hélicocentrifuge, axiale ;
-
le mode d'utilisation : horizontale, verticale, immergée, submersible… ;
-
les propriétés du fluide véhiculé : eau claire, liquides corrosifs, liquides chargés abrasifs, mélanges diphasiques liquide-gaz, mélanges fibreux…
Chacune de ces particularités correspond à des réalisations pratiques très variées, conférant à ces machines des formes, des encombrements et des niveaux technologiques très contrastés. La grande majorité des pièces est obtenue par moulage. Suivant les conditions de service et la nature du fluide pompé, les matériaux seront adaptés : aciers alliés, fontes au chrome, fontes ordinaires. La conception est de type « process » ; à savoir, l'ensemble tournant est démontable par une translation vers la droite. Le corps de pompe et les conduites de liaison restent en place.
Il n'existe pas de normalisation reconnue qui fixe clairement la limite entre, d'une part, les pompes centrifuges et, d'autre part, les pompes hélicocentrifuges. On passe de façon continue d'un type de pompe à l'autre, en traversant un petit domaine flou où les deux modes de dessin sont possibles. Un domaine flou, assez semblable, existe également à la frontière qui sépare les pompes hélicocentrifuges et les pompes hélices.
Nous verrons en [BM 4 304] que ces domaines respectifs peuvent être marqués, ou limités, en utilisant le paramètre N sq qui est la vitesse spécifique de la pompe. Elle est définie par :
avec :
- N :
- en tr/min,
- q :
- en m3/s,
- H :
- en m.
À partir de cette définition, nous ferons...
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