Considérations importantes dans la conception des pompes à eau

May 18, 2023

Concevoir une nouvelle pompe à partir de zéro n'est pas facile, et il n'existe rien sur le marché qui puisse fournir tous les outils nécessaires pour concevoir une pompe exactement comme elle a été demandée. Certaines de ces sources peuvent donner un aperçu de la conception de la roue, tandis que d'autres peuvent aider à la disposition des passages hydrauliques (corps/cuvette, volute, diffuseur, croisement, etc.).

Cependant, c'est la combinaison des deux composants hydrauliques travaillant collectivement qui déterminera les caractéristiques de performance de la pompe. Par exemple, si la conception de l'œil de la turbine limite la capacité de faux-rond de la pompe, l'augmentation des zones d'écoulement dans la volute peut n'avoir aucun effet sur les performances de faux-rond. En l'absence de standardisation sur la conception hydraulique des pompes et en l'absence de deux entreprises ou ingénieurs utilisant exactement les mêmes méthodes, sources ou techniques, cet article se concentrera sur les considérations acceptées par l'industrie lors de la conception de pompes pour les applications d'eau potable.

La plupart des pompes utilisées dans les applications d'eau potable sont de type rotodynamique, plus précisément de conception radiale (ou centrifuge). Cela ne veut pas dire que les pompes à débit mixte ou axial ne peuvent pas être utilisées dans les applications d'eau potable, mais simplement que les pompes en porte-à-faux horizontales à aspiration finale, verticales en porte-à-faux en ligne, à carter divisé horizontal et à turbine verticale (refoulement à travers la colonne) sont traditionnellement utilisées dans le transfert d'eau potable. Les pompes centrifuges pour eau potable sont spécialement conçues pour faire circuler ou déplacer de l’eau potable propre et fraîche d’un endroit à un autre.

Ces pompes sont utilisées dans divers contextes, tels que les systèmes d'eau municipaux, les usines de traitement de l'eau et les systèmes d'irrigation agricole, et leur conception doit être conforme à toutes les réglementations, normes et codes locaux en vigueur. Dans le processus de conception, des considérations importantes doivent être prises en compte, allant des matériaux de construction au type de garniture mécanique et au plan de tuyauterie approprié. Cet article se concentre sur les considérations importantes concernant les pompes à volute, mais en fonction de l'application ou de l'environnement, des facteurs supplémentaires peuvent affecter la conception de la pompe.

Conception de la pompe

La conception hydraulique des roues, des volutes et des carters n'est pas normalisée dans l'industrie des pompes et ne sera pas couverte. Cependant, il existe plusieurs facteurs universellement acceptés qui facilitent la conception hydraulique des pompes à eau potable, et leur valeur doit être connue de tous, des ingénieurs concepteurs aux utilisateurs finaux.

Lors de la conception d’une pompe à eau potable, l’efficacité est un paramètre essentiel à prendre en compte. Elle est affectée par divers facteurs tels que le type de pompe, sa taille, son orientation et sa vitesse de fonctionnement. Un facteur important qui affecte l’efficacité de la pompe est la vitesse spécifique de la pompe. La vitesse spécifique (Ns) est un paramètre utilisé pour décrire les performances d'une pompe rotodynamique. Il est défini comme un indice de performance de la pompe au débit et à la hauteur de tête du point de meilleur rendement (BEP), avec le diamètre maximal de la roue et à une vitesse de rotation donnée (équation 1).

L'index informe l'ingénieur concepteur du type de pompe requis pour l'application. Parallèlement au type de pompe, la vitesse spécifique établira l'efficacité maximale réalisable pour la conception particulière. L'efficacité atteignable d'une pompe est l'efficacité maximale qui peut être atteinte pour une conception de pompe donnée en fonction du type de pompe, du débit de conception (BEP) et de la vitesse spécifique (Image 1).

Il existe d'autres facteurs qui peuvent affecter l'efficacité atteignable, tels que l'état de surface des passages d'écoulement et les jeux de fonctionnement (bague d'usure) des composants internes de la pompe ; cependant, leur effet sur l'efficacité maximale atteignable dépend de la vitesse spécifique de la pompe (images 2 et 3). Les pompes à capacité de sortie plus élevée du BEP ont généralement un rendement atteignable plus élevé que les pompes à capacité inférieure lorsqu'elles sont conçues pour des vitesses spécifiques similaires, et la compréhension de cette relation est cruciale dans le processus de conception.

Les transitions de zone d'écoulement créées pendant la phase d'aspiration (entrée) et de développement de la volute de la conception peuvent également affecter l'efficacité de la pompe. Ces transitions doivent être conçues pour minimiser les pertes, et cela peut être fait en minimisant les changements brusques dans les zones de section transversale et en adoucissant la transition de la buse d'aspiration à la section de l'œil de la turbine, ainsi qu'à partir de la volute d'eau (ou de la langue) vers le buse de refoulement. Cela se fait généralement en évaluant séparément les passages d'aspiration et de refoulement et en ajustant avec précision la progression de la zone dans la direction de l'écoulement. L'image 4 montre l'expansion progressive typique des zones de section transversale dans le développement de la volute depuis l'eau de coupe (ou langue) jusqu'à la buse de refoulement pour une pompe horizontale à carter divisé (BB1).