Essais de performance des pompes centrifuges

Jul 29, 2023

Le but des essais est de vérifier la conception du produit et d'en assurer l'intégrité mécanique. Le test est effectué pour prouver la conformité aux normes de l'industrie et du client et pour produire un enregistrement final des performances de la pompe dans des conditions contrôlées. En plus des spécifications de l'utilisateur, certaines normes de l'industrie doivent être suivies lors du test. Ces normes sont énumérées ci-dessous.

L'API 610 indique que toutes les pompes API vendues selon la norme seront testées en termes de performances. Il existe plusieurs classes pour tester les pompes API. Certains tests répertoriés ne sont pas conformes à la norme API, mais sont parfois requis par l'acheteur. Ces classes sont décrites comme suit.

Marche mécanique : Un test pour assurer l'intégrité mécanique de la pompe. Cela signifie que la pompe fonctionnera sans problèmes mécaniques, ce qui inclut le maintien d'une température de roulement acceptable, des niveaux de vibration et aucune fuite des joints ou des joints. La durée du test est juste assez longue pour vérifier que la pompe fonctionnera de manière satisfaisante sur le terrain et que la température des roulements se stabilisera.

Un point de données doit être pris à l'état de conception pour vérifier que la garniture de la roue est correcte.

Test de performance : Un test de performance est un test complet conforme aux spécifications API 610. Les mesures sont prises conformément aux normes de test ASME PTC et HI. Pendant le test de performance, suffisamment de données sont prises pour définir complètement la courbe, qui est généralement de six points ou plus. Les vibrations sont prises à chaque point ainsi qu'un journal de la température des roulements.

La pompe doit fonctionner de manière satisfaisante dans les limites spécifiées. La durée de l'essai doit être suffisamment longue pour stabiliser la température du roulement. La pompe doit fonctionner à la vitesse de champ indiquée sur la fiche technique, sauf accord contraire.

Test NPSH : le test de la tête d'aspiration positive nette (NPSH) est un test permettant de déterminer les performances d'aspiration d'une pompe. Pour effectuer un test NPSH, la pression est progressivement réduite dans la conduite d'aspiration jusqu'à ce que la pompe entre dans le début de la cavitation. Ceci est généralement défini par une chute de 3 % de la hauteur manométrique ou, dans le cas d'une pompe multicellulaire, une chute de 3 % de la hauteur manométrique du premier étage.

Les points de données, qui incluent le NPSH et la hauteur manométrique totale de la pompe, sont pris jusqu'à ce que la hauteur manométrique totale commence à chuter. La capacité est maintenue à un débit constant prédéterminé. Pour les tests de développement, suffisamment de données doivent être collectées pour définir pleinement le point où la pompe cesse de fonctionner. L'image 2 montre une courbe typique pour un test NPSH complet.

Test de chaîne : un test de chaîne est un test spécial, généralement demandé par le client, où la pompe et l'entraînement et éventuellement d'autres composants du groupe motopropulseur, tels qu'une boîte de vitesses, sont configurés, généralement sur la base du travail, et exécutés comme un ensemble pour une durée déterminée.

Sauf indication contraire, le train circule à vitesse de champ, auquel cas un entraînement à fréquence variable (VFD) serait nécessaire. Pendant le test, les lectures sont prises comme spécifié par l'utilisateur et comprennent généralement : la capacité, la tête, la puissance du conducteur (ch) et les vibrations sur tous les composants du train, la température des roulements des composants et la température de l'eau. Il s'agit d'un test hautement spécialisé.

Test de témoin : N'importe lequel des tests ci-dessus peut être observé par le client. Il s'agit généralement d'un test à coût supplémentaire. En règle générale, un test standard est effectué avant que le client ne soit témoin du test pour s'assurer que la pompe fonctionne conformément aux attentes. Tout problème constaté lors du prétest peut être corrigé avant l'arrivée du client.

Instrumentation : Tous les instruments utilisés pendant les tests doivent être de la plus haute précision et fiabilité, étalonnés selon les normes nationales et traçables au National Institute of Standards and Technology (NIST). La précision minimale typique pour l'instrumentation de pression et de capacité est de +/- 0,1 %. Les relevés de puissance seront d'au moins +/- 0,5 %.

Lors d'un test, une mesure sera effectuée pour la capacité, la hauteur d'aspiration, la hauteur de refoulement, la puissance, la vitesse, les vibrations et la température (eau de test et roulements). La température des roulements inclura la température du carter d'huile et la température des roulements (paliers lisses uniquement). Cela simplifie les tests si les transducteurs de pression (manomètres) sont étalonnés en pression absolue. L'étalonnage à la pression absolue simplifie les calculs de hauteur et de NPSH et supprime les variations de pression atmosphérique, ce qui évite d'avoir à prendre la pression barométrique pendant le test.

À chaque point de capacité, des données sont prises pour la hauteur d'aspiration et de refoulement, la puissance et la vitesse. Le rendement mécanique de la pompe est calculé à partir de ces paramètres. Si nécessaire, un test NPSH est effectué et les calculs sont effectués pour déterminer le NPSH. La formule utilisée pour ces calculs est indiquée dans l'équation 1.

H = Hdisch – Haspiration +

( V2disch/ 2g -V2aspiration/2g) +/- h

Où

H = hauteur manométrique totale de la pompe en pieds

Hdisch = la hauteur de pression en pieds (mètres) absolus au robinet du tuyau de décharge (livres par pouce carré absolu [psia] au robinet de pression de décharge) / 2,31 pour l'eau avec une densité de 1

Hsuction = La hauteur de pression en pieds (mètres) absolus au robinet d'aspiration (psia au robinet de pression d'aspiration) /2,31 pour l'eau avec une densité de 1

V2disch/2g = tête de vitesse du fluide dans le tuyau de refoulement (V = 0,00259 * gallons par minute [gpm]2/(ID)4) où l'ID est en pouces

V2suction/2g = tête de vitesse du fluide dans le tuyau d'aspiration (V = 0,00259 * gpm2/(ID)4) où l'ID est en pouces

g = constante de gravitation de la terre (32,174 pieds/sec2)

h = différence d'élévation des manomètres d'aspiration et de refoulement, le cas échéant, en pieds (mètres)

Rendement = Q * H/(ch* 3960)

Où

Q = capacité en US gpm

H = tête en pieds de liquide (eau)

ch = puissance

3960 est le facteur de conversion des unités anglaises

NPSH = ha + V2aspiration/ / 2g–hvp– hst

Où

ha = pression absolue (en pieds de liquide) mesurée à la prise de pression sur le tuyau d'aspiration.

V2Suction/2g = tête de vitesse du fluide dans le tuyau d'aspiration (V = 0,00259 * gpm2/(ID)4) où l'ID est en pouces.

hvp = la tête en pieds correspondant à la pression de vapeur du liquide à la température du fluide pompé

hst = la hauteur statique en pieds que la prise de pression d'aspiration est au-dessus ou en dessous de l'axe de la roue ou de l'œil de la roue

Lors d'un test avec un moteur à induction, la vitesse du moteur diminue à mesure que la charge augmente. C'est ce qu'on appelle le glissement lorsque la vitesse ralentit (glissements à partir de la vitesse synchrone) à mesure que la puissance augmente. Il est souhaitable de présenter les courbes de la pompe à une vitesse constante afin que les données (capacité, hauteur manométrique et hp) doivent être normalisées à une vitesse constante.

Cette correction de la vitesse est calculée à l'aide d'une relation appelée les lois d'affinité. Les lois stipulent que la capacité varie en proportion de la vitesse, tête par le carré de la vitesse et hp par le cube de la vitesse. Ce principe permet de corriger tous les points relevés lors d'un essai à vitesse constante ou de corriger les données des pompes testées à une vitesse différente de la vitesse indiquée sur la fiche technique.

La tuyauterie d'aspiration et de refoulement doit être conçue conformément à l'ASME PTC. Les prises de pression de refoulement sont situées à cinq à sept diamètres de la bride (sept diamètres de préférence) et à au moins deux diamètres après la prise de pression. Le but de cet emplacement est de permettre au profil d'écoulement de s'égaliser avant de prendre la mesure. Cela signifie que les tuyaux d'essai de raccordement doivent avoir au moins sept diamètres de long (neuf diamètres sont préférables). La prise de pression est située deux diamètres avant la bride d'aspiration et cinq à sept diamètres après la bride de refoulement. Les tuyaux d'aspiration et de refoulement doivent avoir un diamètre intérieur lisse pour éviter les turbulences.

Les prises de pression sont situées à 90 degrés l'une de l'autre sur la ligne médiane. Un robinet sera utilisé comme évent (installé sur la ligne centrale supérieure pour les tuyaux non auto-ventilés) et l'autre pour la mesure de la pression située sur la ligne centrale horizontale. Les prises de pression doivent être faites conformément à l'image 1. Le trou percé est de 1/8 de pouce et la connexion est généralement un demi-accouplement à filetage national de 1/4 de pouce (NPT).

Une installation d'essai typique comprend un système en boucle fermée où l'eau est pompée d'un réservoir de suppression à travers une boucle. De préférence, le réservoir est situé sous le niveau du sol afin que le test NPSH puisse être effectué avec un étranglement minimal de l'aspiration. Lors d'un essai, l'eau est aspirée du réservoir dans la pompe, puis sort par le refoulement de la pompe où elle s'écoule à travers une vanne de régulation et un débitmètre avant de retourner dans le réservoir. Voir l'image 4 pour un schéma de la tuyauterie d'essai et de l'instrumentation.

Le réservoir de suppression doit être conçu pour au moins 50 psi (150 psi de préférence) et pour un vide absolu à pression nulle. La pression du réservoir doit pouvoir être contrôlée de près de zéro absolu à 100 livres par pouce carré absolu (psia) ou plus. La pression est contrôlée à l'aide d'une pompe à vide et d'un compresseur d'air pour produire la pression d'aspiration souhaitée. La puissance est mesurée à l'aide de moteurs et de wattmètres calibrés ou d'un couplemètre.

Des lectures de vitesse précises sont prises à chaque point de données. Cela peut être aussi simple qu'une lumière stroboscopique et un chronomètre où le stroboscope est réglé à la vitesse synchrone du moteur et les glissements du moteur sont comptés et déduits de la vitesse synchrone. L'option la plus courante est un tachymètre fixé au moteur ou inclus dans le couplemètre. La précision doit être de plus ou moins 1 rotation par minute (rpm).

Lors de l'observation d'un test, il est important que le témoin comprenne parfaitement ce qui se passe. Bien qu'un test de performance soit hautement spécialisé, il n'est pas trop compliqué. Tous les principaux fabricants et plusieurs ateliers de réparation indépendants disposent d'une ou plusieurs installations d'essai.

Norme 610 de l'American Petroleum Institute, 12e édition

Institut hydraulique "Essais de pompe centrifuge", ANSI/HI 1.6-2000

Institut hydraulique "Tests de pompe verticale", ANSI/HI 2.6-1994

Codes de test de puissance ASME, ASME PTC 8.2-1990

Charles Goodrich est consultant pour PumpWorks, LLC avec plus de 50 ans d'expérience dans l'industrie des pompes. Il est titulaire d'un diplôme en génie mécanique de la Louisiana Tech University. Goodrich peut être contacté à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez www.pumpworks.com.