22 faits de base sur la pompe que vous devez savoir

Aug 04, 2023

J'écris "Common Pumping Mistakes" pour Pumps & Systems depuis plus de trois ans. Généralement, la partie la plus difficile du travail est la sélection du sujet, il sera donc frais, éducatif et intéressant. Ce mois-ci, j'écris sur une collection de sujets plus courts et je les prépare en un seul article. Au lieu d'un repas, nous aurons des hors-d'œuvre. J'espère que cela satisfera votre appétit. Si vous avez lu ma colonne, bon nombre de ces friandises seront un examen. Ces commentaires sont basés sur des pompes centrifuges en porte-à-faux à un étage déplaçant de l'eau claire à température ambiante, sauf indication contraire.

Les pompes sont vraiment conçues pour fonctionner en un seul point. Cette condition hydraulique d'un point de charge et de débit est le meilleur point d'efficacité (BEP), également connu sous le nom de meilleur point de fonctionnement. Partout ailleurs sur l'ensemble de courbes publié, il s'agit simplement d'un compromis commercial. Il serait trop coûteux pour la plupart des utilisateurs finaux d'avoir une pompe conçue et construite pour leur ensemble unique de conditions hydrauliques.

Faites attention aux courbes de pompe publiées. Les courbes de performance des pompes des fabricants sont basées sur de l'eau claire à environ 65 °F, sauf indication contraire. Ils ne seront pas corrigés de la viscosité du fluide. La puissance indiquée peut ou non être corrigée en fonction de la gravité spécifique ou de la viscosité.

Lorsque la courbe de pompe publiée par les fabricants s'arrête à un certain point de débit et de hauteur, c'est pour une bonne raison. Ne pas faire fonctionner la pompe en fin de courbe ; s'il y avait plus de performances à générer à partir de la courbe au-delà de ce point, le fabricant aurait prolongé la courbe. Opérer à ou près de la fin de la courbe sera lourd de problèmes de performances.

Les pompes sont stupides. Une pompe centrifuge est simplement une machine, où pour un ensemble donné de propriétés de fluide, de géométrie de roue et de vitesse de fonctionnement, elle réagira au système dans lequel elle est installée. La pompe fonctionnera (débit et hauteur) là où sa courbe de performance croise la courbe du système. La courbe du système dicte où la pompe fonctionnera.

Comprendre la courbe du système. La courbe du système représente toute la charge de friction, statique et de pression intégrée au système. La tête de vitesse est également présente, mais généralement un composant trop petit pour s'en préoccuper.

Les pompes n'aspirent pas de fluides. Il s'agit d'un malentendu courant, mais sachez qu'une source d'énergie autre que la pompe doit fournir l'énergie nécessaire pour que le fluide atteigne la pompe. Normalement, ce sont la gravité et/ou la pression atmosphérique. Enfin, les fluides n'ont pas de résistance à la traction. Par conséquent, la pompe ne peut pas atteindre et aspirer le fluide dans l'aspiration.

La hauteur d'aspiration maximale réaliste est d'environ 26 pieds. Voir la section précédente où les pompes n'aspirent pas. Si vous êtes au niveau de la mer, la pression atmosphérique sera de 14,7 livres par pouce carré absolu (psia), ce qui se traduit (multiplié par 2,31) par environ 33,9 pieds de hauteur absolue. Ainsi, dans un monde parfait, s'il n'y avait pas de friction de fluide ou de pression de vapeur contre le système, vous pourriez être en mesure de soulever de l'eau froide de 33 pieds.

En réalité, la friction des fluides et les conséquences négatives de la pression de vapeur joueront contre vous et empêcheront les remontées de fluides de bien plus de 26 pieds. Calculez toujours la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa) et comparez-la à la valeur de hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr) de la pompe. Plus la marge est élevée, mieux c'est.

Une pompe fonctionnant à l'envers n'inverse pas le sens d'écoulement. Le débit ira toujours dans l'aspiration et sortira de la buse de refoulement. En fonction de la vitesse spécifique (Ns) de la pompe (pensez à la géométrie de la roue), le débit et la tête seront réduits de manière significative car la pompe est beaucoup moins efficace. Pour les pompes à vitesse spécifique inférieure, le débit sera d'environ 50 % de la valeur nominale et la tête sera de 60 % de la valeur nominale. Une pompe de l'American National Standards Institute (ANSI) fonctionnant à l'envers entraînera le dévissage de la turbine de l'arbre et son logement dans le boîtier.

Vous ne pouvez pas évacuer l'air de l'œil de la turbine d'une pompe en fonctionnement. Une pompe ressemble à bien des égards à une centrifugeuse, et donc l'eau plus lourde est expulsée vers le diamètre extérieur et l'air plus léger reste au milieu ou au centre. La pompe doit être au repos pour être correctement ventilée. Les pompes à refoulement central sont essentiellement auto-ventilées.

Les pompes industrielles ne sortent pas de l'usine prêtes à être "plug and play". Il y a des exceptions à ce commentaire, mais ne présumez jamais. La pompe nécessitera l'ajout d'huile dans les logements de roulement. Le jeu de la roue doit être déterminé et réglé pour le fluide (température) à pomper. Le conducteur devra être aligné sur la pompe. Oui, l'alignement a peut-être été effectué en usine, mais à la seconde où l'unité a été déplacée pour le transport, l'alignement a été perdu.

Vous devrez vérifier à nouveau l'alignement après l'installation de la tuyauterie, et à nouveau lorsque la base est scellée. Le sens de rotation doit être déterminé et adapté à la rotation de phase sur le pilote du moteur.

Le joint mécanique devra être réglé une fois ces autres étapes terminées. La plupart des fabricants n'installent pas l'accouplement en usine car il suffit de le retirer pour toutes les raisons susmentionnées.

Presque tous les problèmes de pompe surviennent du côté aspiration. Il existe un malentendu courant et omniprésent sur le fonctionnement des pompes. Reportez-vous ci-dessus comme référence. Considérez n'importe quel système de pompe comme trois systèmes distincts lorsque vous dépannez des problèmes sur le terrain. Le système d'aspiration, la pompe elle-même et le système en aval de la pompe. Au cours de mes années de travail sur les pompes et de résolution de problèmes, 85 % des problèmes de pompe se produisent du côté de l'aspiration. En cas de doute, c'est un excellent endroit pour commencer à chercher la solution.

Toujours, toujours, toujours calculer le NPSHa. C'est probablement l'erreur la plus courante et la plus coûteuse que je constate sur le terrain. Les gens penseront à tort que parce qu'ils ont beaucoup de pression d'aspiration ou une aspiration inondée, il n'y a aucune raison de faire ces calculs. Quelques pieds de frottement ou des pertes supplémentaires dues à la pression de vapeur peuvent effacer cette marge NPSH que vous pensiez avoir. Un NPSHa insuffisant entraînera une cavitation dans la roue de la pompe.

Le NPSHr n'a rien à voir avec le système et est déterminé par le fabricant de la pompe. NPSHa n'a rien à voir avec la pompe et doit être déterminé ou calculé par le propriétaire du système ou l'utilisateur final. J'ai récemment entendu une phrase selon laquelle "la pompe devient grincheuse et grincheuse" lorsqu'il y a une marge NPSH insuffisante.

Comprendre la cavitation. La cavitation est la formation de bulles de vapeur dans le flux de fluide en raison d'une chute en dessous de la pression de vapeur du fluide. La formation des bulles se produit généralement juste devant l'œil de la roue car il s'agit généralement de la pression la plus basse du système. Les bulles s'effondrent ensuite en aval lorsqu'elles pénètrent dans une région de pression plus élevée. L'effondrement de la bulle est ce qui cause les dommages à la roue de la pompe.

La cavitation cause des dommages. Si les bulles s'effondrent au milieu du flux de fluide, il n'y a presque aucun dommage. Mais lorsque les bulles s'effondrent près ou à la surface du métal, elles s'effondrent de manière asymétrique et provoquent un petit microjet. Cet effondrement se produit à l'échelle nanométrique (1,0 x 10-9 ou milliardième). Les forces de pression locales impliquées peuvent être supérieures à 10 000 livres par pouce carré (psig) (689 bars) ou plus, en plus de la chaleur générée. Ce phénomène peut se produire à des fréquences allant jusqu'à 300 fois par seconde et à des vitesses proches de la vitesse du son. Notez que la vitesse du son dans l'air est d'environ 768 miles par heure (mph) (1 236 kilomètres par heure [k/h]) et varie quelque peu avec les niveaux d'humidité. La vitesse du son dans l'eau est 4,4 fois plus rapide à environ 3 350 mph (5 391 k/h ou 1 490 mètres par seconde [m/s]). Parce que j'ai commencé ma carrière dans le monde sous-marin, je dois souligner que la vitesse du son est encore plus rapide dans l'eau salée.

Des dommages dus à la cavitation peuvent survenir à différents endroits de la roue. Les dommages de cavitation "classiques" se produiront à environ un tiers de la distance en aval de l'œil sur la face inférieure (côté basse pression ou côté concave) de l'aube de la roue. "Classique" car due à un NPSHr insuffisant. Les dommages dus à la cavitation peuvent se manifester à d'autres endroits de la roue, mais ces cas sont généralement dus à des problèmes de recirculation causés par le fonctionnement de la pompe en dehors de sa conception ou de son BEP.

La cavitation est audible dans les plages inférieures. Si vous entendez le bruit de cavitation (ressemble à du pompage de gravier), il s'agit probablement d'une cavitation. Le simple fait que vous n'entendiez pas le bruit ne signifie rien, car la majorité de la plage de bruit se situe en dehors de la plage d'audition humaine. Peut-être devrions-nous dresser des chiens pour nous aider à détecter la cavitation ? L'eau froide est généralement le pire fluide pour les dommages consécutifs à la cavitation.

Les hydrocarbures ont un effet minime du point de vue des dommages. Des facteurs de correction des hydrocarbures existent et sont basés sur des données empiriques. Les règles pour les facteurs de correction sont couvertes dans le livre Cameron Hydraulic Data.

NPSHr est NPSH3. Lorsqu'un fabricant déclare que la pompe nécessite une certaine quantité de NPSHr à un point donné, sachez que la pompe cavite déjà à ce point avec une chute de charge de 3 %, car c'est ainsi que le NPSHr est mesuré. Raison de plus pour vous assurer d'avoir une marge adéquate.

Une submersion critique est nécessaire pour empêcher le vortex. La distance verticale entre la surface du fluide et l'entrée de la pompe est le niveau de submersion. La distance requise pour empêcher l'ingestion d'air due au vortex est le niveau de submersion critique.

Pour éviter l'ingestion d'air, ne faites pas fonctionner la pompe lorsque le niveau de liquide est inférieur au seuil critique d'immersion. Le phénomène de vortex est une fonction directe de la vitesse du fluide. Vous pouvez empêcher le vortex en utilisant des chicanes et/ou des diamètres de tuyau plus grands tels que des entrées à brides en cloche. Il existe de nombreux tableaux de référence sur l'immersion à utiliser lors de l'examen de la conception du côté aspiration. Le meilleur serait de l'Institut hydraulique. Une règle empirique conservatrice consiste à avoir un pied de submersion par pied de vitesse de fluide.

Les pompes ne peuvent pas déplacer efficacement les fluides mélangés à l'air si le pourcentage est supérieur à 4 ou 5 %. La plupart des pompes commencent à perdre des performances autour de 2 à 3 % d'entraînement d'air. Presque toutes les conceptions de pompes cesseront de fonctionner à environ 14 % d'entraînement. Les exceptions peuvent être les pompes à disque, les auto-amorçantes et certaines pompes de type vortex ou à roue encastrée.

Le roulement de ma pompe est chaud. C'est un commentaire courant, mais il est subjectif et non objectif. Il est difficile pour la personne typique de tenir la main sur un logement de roulement supérieur à 120 F.

Il est tout à fait normal qu'un roulement fonctionne à 160 à 180 F. Utilisez un thermomètre ou un appareil infrarouge pour mesurer la température et traiter les faits.

La viscosité est la kryptonite des pompes centrifuges. La plupart des pompes centrifuges deviennent trop inefficaces ou dépassent leurs limites de puissance (hp) dans une plage de viscosité comprise entre 400 et 700 centipoises qui dépend de la taille de la pompe. Vérifiez toujours auprès du fabricant lors du pompage de fluides visqueux les courbes corrigées et les limites de puissance pour le cadre, les roulements et l'arbre.

Les exigences de puissance progressant le long de la courbe de la pompe changent pour différentes géométries de roue. Les pompes à vitesse spécifique basse et moyenne nécessitent plus de puissance plus loin sur la courbe que vous utilisez, ce qui est un raisonnement assez intuitif. Pour les pompes à vitesse spécifique élevée (débit axial), la puissance la plus élevée requise sera aux débits inférieurs. C'est aussi pourquoi il est courant de démarrer ces types de pompes avec la vanne de refoulement ouverte afin de ne pas surcharger le pilote.

Il existe une façon simple de penser à une vitesse spécifique. La vitesse spécifique (Ns) est un outil utilisé par les concepteurs pour examiner les performances et la géométrie d'une roue hypothétique. Vous ne voulez pas vous perdre dans les maths impliquées ? Une roue à faible vitesse spécifique aura le débit entrant parallèlement à l'axe de l'arbre et laissera la roue à 90 degrés par rapport à l'axe. Une turbine à vitesse spécifique moyenne entrera parallèlement à l'arbre et sortira de la turbine à 45 degrés par rapport à l'axe central.

Une turbine à vitesse spécifique élevée fonctionnera avec le débit entrant parallèlement à l'axe de l'arbre et sortant parallèlement à l'axe central.

Bon appetit!

Jim Elsey est un ingénieur en mécanique qui s'est concentré sur la conception et les applications d'équipements rotatifs pour l'armée et plusieurs grands fabricants d'équipements d'origine pendant 47 ans sur la plupart des marchés industriels du monde. Elsey est un membre actif de l'American Society of Mechanical Engineers, de la National Association of Corrosion Engineers et de l'American Society for Metals. Il est directeur général de Summit Pump Inc. et directeur de MaDDog Pump Consultants LLC. Elsey peut être contacté à [email protected].