C'est à nouveau l'heure de l'amorçage, partie 2

Jun 11, 2023

Dans la partie 1 de ma chronique, j'ai expliqué les raisons de raccourcir le temps d'amorçage total.

Il existe de nombreuses méthodes externes pour amorcer le système de pompe. Certaines des méthodes les plus courantes sont la pompe à vide, l'éjecteur, le venturi, l'inducteur d'amorçage, la chambre d'amorçage externe et le clapet de pied.

Certains systèmes peuvent être contrôlés automatiquement, y compris la gestion du niveau du puisard, tandis que d'autres sont 100 % manuels. Partout où de nombreuses pompes sont installées, l'analyse économique suggérera qu'un système central d'amorçage soit connecté à toutes les pompes.

Pour les méthodes d'amorçage externes, les utilisateurs devront consulter le fournisseur/fabricant de l'équipement d'amorçage pour déterminer le temps d'amorçage spécifique de leur système unique, qui est basé sur le volume du système et les performances du dispositif d'amorçage.

Dans cette colonne, nous nous concentrerons sur les pompes qui ont une chambre d'amorçage interne et sont auto-amorçantes sans moyens externes. En d'autres termes, les fonctions d'auto-amorçage sont intégrales et intégrées à l'unité. Les pompes auto-amorçantes sont beaucoup plus courantes dans ces services de levage que les autres types.

Une note de prudence pour les clapets de pied est qu'ils ont tendance à devenir problématiques avec le temps, non pas en tant que défaut de conception de vanne mais en tant que problème de système. Lorsqu'ils fonctionnent (par conception), ils permettent d'économiser à la fois le temps d'amorçage et l'usure inévitable du système de pompe. Cependant, s'il y a des substances étrangères dans le liquide/système, la vanne développera fréquemment des fuites après un certain temps de service en raison de ces objets se logant dans la zone du siège. De plus, un clapet de pied présente un facteur de frottement important et dissuade de la capacité de levage disponible. Considérez l'équation de Darcy et comprenez que la résistance hydraulique d'un tuyau peut être exprimée sous la forme d'un coefficient de facteur de frottement qui inclut la longueur et le diamètre, communément appelé facteur K. Le facteur K pour un clapet de pied de style champignon avec une crépine sera généralement d'environ 400 et nettement inférieur pour un disque articulé avec crépine à 75. À titre de comparaison, un facteur K d'un robinet à boisseau sphérique ou à vanne sera compris entre 3 et 8.

Tout d'abord, notez que même une pompe auto-amorçante doit être amorcée avant la mise en service initiale. Un auto-amorçant a une chambre d'amorçage qui nécessite une introduction externe de liquide avant le démarrage de la pompe. Les pompes auto-amorçantes sont conçues pour permettre un réamorçage lors des opérations ultérieures. Au fil du temps, un réamorçage peut être nécessaire, en raison du transport, de l'entretien, des fuites et/ou de l'évaporation.

Les pompes auto-amorçantes sont normalement basées sur l'un des deux concepts de base. Un type utilisera un réservoir, un vide ou une chambre interne séparée pour faciliter la recirculation du liquide avec l'air entraîné vers la turbine pour le processus de séparation. Dans l'autre type, le processus de séparation se produit directement dans la roue et la zone de refoulement de la pompe. Différents fabricants auront des variations sur les deux conceptions qui peuvent inclure des chambres auxiliaires supplémentaires ou agrandies en combinaison avec des ports/passages stratégiquement situés pour accélérer le processus de séparation. Dans tous les cas, l'air/le gaz entraîné doit être séparé du liquide pendant le processus. Le fluide biphasique de la source d'aspiration doit être séparé en air et en liquide pour que la pompe fonctionne.

Gardez à l'esprit que l'air et les gaz séparés doivent avoir un endroit où aller (une sortie) et que la pompe n'a pas la capacité de les comprimer. Par conséquent, l'air et les gaz sont normalement évacués vers le puisard via une conduite de dérivation à la pression atmosphérique (pas de contre-pression). La conduite de dérivation peut être ouverte en permanence ou commandée par vanne via un solénoïde temporisé ou un moyen de détection de liquide, comme une vanne de détection de liquide automatique ou une vanne de décharge d'air.

Avant qu'un utilisateur puisse effectuer des calculs aux heures de grande écoute, il doit d'abord vérifier que la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa) dépasse la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr). La bonne nouvelle est que dans le processus de calcul, les utilisateurs détermineront de nombreux autres facteurs requis pour le calcul du temps d'amorçage. En plus des informations sur le frottement et la hauteur d'aspiration, le calcul du NPSHa nécessitera des données sur la pression absolue, la température du liquide et la pression de vapeur. La cerise sur le gâteau souvent négligée pour cet effort est que les utilisateurs n'installeraient pas une pompe qui caviterait.

Pour obtenir de l'aide sur le calcul du NPSHa, veuillez vous référer à un ou plusieurs de mes articles sur ce sujet.

Même pour une pompe auto-amorçante, les utilisateurs auront besoin d'informations clés de la part du fabricant de la pompe pour le calcul de l'heure de pointe, le "temps d'amorçage pour la levée statique effective". Cette composante de la formule sera un facteur de temps basé sur le diamètre de la turbine, la vitesse et la composante de distance verticale de la hauteur d'aspiration. Le facteur temps est basé sur le pompage d'eau claire à température ambiante et nécessitera une correction pour d'autres propriétés du liquide. Le fabricant de la pompe inclura souvent le facteur temps sous forme d'encart, de courbe secondaire ou de tableau dans la courbe de performance publiée de la pompe. Ne confondez pas ce facteur temps avec le temps d'amorçage réel, car il ne s'agit que d'un facteur parmi d'autres dans la formule/équation réelle.

Bien que ne faisant pas partie du calcul du temps d'amorçage, la submersion réelle et la submersion critique sont deux facteurs critiques pour le succès de l'auto-amorçage ou de tout système de pompe. Si vous n'êtes pas familier avec les termes « immersion » et « immersion critique », veuillez consulter mon article d'avril 2016 sur les pompes et systèmes (www.pumpsandsystems.com/guidelines-submergence-air-entrainment).

Dans le processus de détermination de la NPSHa et de la submersion critique, il est important de différencier et de comprendre que les utilisateurs peuvent avoir une NPSHa suffisante et une submersion insuffisante. L'antithèse est également vraie dans la mesure où les utilisateurs peuvent avoir une submersion suffisante et ne pas avoir suffisamment de NPSHa.

Les déficits critiques de submersion peuvent souvent être atténués avec des flotteurs, des barrières, des chicanes, une conduite d'aspiration plus large et/ou une entrée d'aspiration en cloche.

Temps d'amorçage

Dans le processus des calculs, vous devrez d'abord déterminer/calculer :

Les éléments suivants constituent les facteurs de la formule pour le temps d'amorçage total.

Voir la formule dans l'image 1. Remarque : Les unités de longueur, de distance et de diamètre sont en pieds, et le temps est en secondes.

La longueur totale et le diamètre de la tuyauterie d'aspiration seront déterminés/mesurés. Notez que vous devez utiliser le diamètre intérieur (ID) du tuyau pour le calcul. Cette dimension ID est fonction du matériau et de la nomenclature du tuyau. Un point important est qu'un utilisateur ne prendra en compte que la longueur du tuyau au-dessus de la surface du liquide (mais tenez compte de la longueur totale du tuyau lors du calcul de la perte par frottement pour la valeur NPSHa).

La portance statique est simplement la distance verticale (différence d'élévation) entre la surface du liquide et l'axe central de la roue. Vous pouvez également utiliser le point le plus élevé. Sur de nombreux auto-amorçants, l'élévation de la conduite d'aspiration ou de l'entrée de la pompe est différente de l'axe central de la turbine. Mesurez la portance statique pour le pire des cas (niveau le plus bas) comme facteur de sécurité.

Le SG du liquide affectera directement la portance statique effective. Pour obtenir la portance statique effective, les utilisateurs doivent simplement multiplier la valeur de portance statique (maximale) par le SG. N'oubliez pas que SG est un rapport, il n'y a donc pas d'unités. Une autre façon de penser à SG dans ce cas est comme un facteur de correction en relation directe avec la portance, ce qui signifie que plus la gravité spécifique est élevée, plus la portance statique effective est grande.

Vient ensuite le temps d'amorçage pour le levage statique efficace. Ces informations proviendront du fabricant de la pompe et sont basées sur des données de test empiriques pour la pompe. Cette information est basée sur un diamètre de tuyau d'aspiration qui est de la même taille que l'aspiration nominale de la pompe. Par conséquent, si le tuyau d'aspiration est plus grand que l'aspiration de la pompe, le calcul du prime time sera incorrect. Veillez également à utiliser la portance statique effective (corrigée pour SG au lieu de la portance statique). Voir le tableau sur l'image 1.

La pression de vapeur du liquide (une fonction de la température du liquide) ne fait pas partie de la formule mais sera nécessaire pour le calcul du NPSHa. Supposons le pire des cas pour les calculs, c'est-à-dire la température de liquide la plus élevée à laquelle vous vous attendez dans le système.

Si les températures du liquide approchent de 140 F, ce sera un drapeau rouge indiquant que vous vous rapprochez des limites de la physique et des limites de la pompe. Comme disait grand-mère, « une pompe doit connaître ses limites ». Pour plus de détails, consultez ma chronique d'octobre 2021 sur la refonte de la matrice NPSHa : www.pumpsandsystems.com/rethinking-npsh-matrix?oly_enc_id=0806C1425778F5U

Exemple

Un exemple de système de pompe a été vérifié pour avoir à la fois un NPSH suffisant et des marges de submersion critiques. En utilisant la formule avec le tableau en médaillon dans l'image 1 et quelques exemples d'informations fournis, voyez si vous pouvez calculer le temps d'amorçage de cette pompe d'essai fabriquée par la société fictive Acme Canis Latrans Pump Company LLC basée dans le nord de l'Arizona.

DONNÉ: une pompe auto-amorçante modèle "Geococcyx Californianus" relevant l'eau à 68 F (SG = 1.0) avec une roue de 8 pouces. Le tuyau d'aspiration a le même diamètre que l'entrée d'aspiration de la pompe qui est de 3 pouces (0,250 pieds). La hauteur d'aspiration est de 14 pieds et la longueur totale du tuyau d'aspiration au-dessus de la surface est de 18 pieds. En utilisant la formule et le tableau de la figure 1, la réponse pour le temps d'amorçage total sera de 36 secondes.

REMARQUE : si nous modifions l'exemple où le tuyau d'aspiration est agrandi de 3 à 4 pouces, le temps total passe de 36 secondes à 64 secondes.

Au fil des ans, j'ai dressé ma propre liste des raisons les plus courantes pour lesquelles les pompes auto-amorçantes ne fonctionnent pas correctement. Une liste abrégée et succincte suit :

Jim Elsey est un ingénieur en mécanique avec plus de 50 ans d'expérience dans les équipements rotatifs pour les applications industrielles et marines à travers le monde. Il est conseiller en ingénierie pour Summit Pump, Inc., membre actif de l'American Society of Mechanical Engineers, de la National Association of Corrosion Engineers et de la Naval Submarine League. Elsey est également le directeur de MaDDog Pump Consulting LLC. Il peut être contacté à l'adresse [email protected].