Présentation
English
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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Situation comparée des pompes centrifuges, hélicocentrifuges et hélices
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1. Situation par rapport à d'autres types de pompes
Nous comparons ici les domaines d'utilisation respectifs de quatre grandes familles de pompes (figure 1).
pour des raisons de commodité, la figure 1 est présentée avec des échelles logarithmiques. Elle donne de ce fait une image imparfaite de l'étendue relative des domaines d'application. Si l'on substitue, par l'imagination, des échelles linéaires aux échelles logarithmiques, il apparaît que le domaine couvert par les pompes rotodynamiques est incomparablement plus grand que celui couvert par les autres familles de pompes (par un facteur de l'ordre de 100).
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Famille I : pompes rotodynamiques
On regroupe sous cette appellation les pompes centrifuges, hélicocentrifuges et hélices. Cette famille peut être caractérisée par le fait que la pression y est générée, soit par l'action des forces centrifuges, soit par la conversion en pression de l'énergie cinétique communiquée au fluide (en le ralentissant). Dans la pratique, ces deux modes de génération de pression sont associés, même pour une pompe hélice, lorsque l'on s'écarte du point nominal. Les pompes rotodynamiques constituent un système ouvert et en équilibre, où le fluide n'est jamais enfermé dans un volume totalement clos.
Cette famille de pompes est capable d'atteindre des débits q très élevés, allant jusqu'à 105 m3/h. Encore convient-il de remarquer que cette limite n'est pas de caractère technologique, et que des débits sensiblement plus grands seraient réalisables, s'il y avait un appel du marché dans ce sens.
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Famille II : pompes à canal latéral
Elles utilisent les mêmes mécanismes de génération de pression que précédemment, à savoir effet centrifuge et ralentissement de la vitesse, mais dans un mode de réalisation profondément différent qui permet de répéter plusieurs fois, dans une même roue, le même processus d'élévation de pression. De ce fait, les pompes à canal latéral permettent de réaliser une hauteur générée par étage plus grande, pour une même vitesse périphérique.
Ce type de pompe ne permet d'atteindre que des rendements assez modestes, inférieurs à 0,4 ; pour cette raison, il est limité en débit à une...
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