Introduction aux pompes et pompes à plongeur

Introduction aux pompes

• Ce document technique est conçu pour les mécaniciens de machines fixes au Québec.
• Il fournit une analyse approfondie des différents types de pompes.
• Les principes de fonctionnement et les applications industrielles des pompes sont explorés.
• Les pompes alternatives, rotatives et centrifuges sont examinées, en tenant compte de leurs composants, caractéristiques et considérations pour l'entretien.

Pompes à plongeur

• Le plongeur, en se déplaçant de droite à gauche, réduit la pression dans le cylindre, ce qui aspire le liquide par le clapet à bille d'aspiration.
• La haute pression dans la conduite de refoulement maintient le clapet de refoulement fermé.
• La course est le mouvement du plongeur dans une direction.
• La longueur de la course est la distance parcourue par le plongeur pour entrer et sortir du cylindre.
• Dans une pompe à simple effet, le liquide est refoulé pendant une course sur deux.
• Les pompes à plongeur incluent les modèles à commande mécanique pour l'alimentation en produits chimiques.
• Elles incluent également les pompes triplex à grande capacité avec trois cylindres et des manivelles à 120 degrés.

Pompes à piston

• Les pompes à piston à double effet disposent de deux robinets (D-A et D-B) et de deux robinets d'aspiration (S-A et S-B).
• Lorsque le piston bouge de gauche à droite, le liquide est aspiré dans le côté gauche par le robinet S-A.
• Simultanément, le piston force le liquide hors du côté droit via le robinet D-B.
• Quand le piston change de direction, il aspire le liquide dans le côté droit par le robinet S-B et le refoule du côté gauche par le robinet D-A.
• Dans une pompe à piston à double effet, le liquide est refoulé quand le piston se déplace dans les deux directions, d'où son nom, permettant un débit plus constant.

Pompe à membrane

• La pompe à membrane se distingue des pompes à piston et à plongeur par l'isolation complète du fluide pompé du mécanisme alternatif par la membrane.
• Cette isolation élimine les fuites le long de la tige de piston.
• La membrane, fabriquée en matériau métallique ou non métallique flexible comme le plastique, le caoutchouc ou le néoprène, est une composante de déplacement du liquide.
• Un excentrique produit un mouvement alternatif du guide, déplaçant la membrane de manière va-et-vient pour créer l'effet de pompage.

Pompes rotatives

• La pompe à engrenages externes possède deux engrenages tournant en sens inverse.
• Dans ce modèle, le liquide aspiré est piégé entre les dents des engrenages et la paroi du corps, puis transporté vers le côté refoulement; les dents engrenant au centre empêchent le liquide de revenir.
• La pompe à engrenages interne possède un engrenage à denture extérieure qui s'engrène avec un engrenage à denture intérieure.
• Un croissant d'étanchéité empêche le liquide de passer du refoulement vers l'aspiration, remplissant l'espace entre les dents quand elles se séparent.
• La pompe à palettes coulissantes utilise une roue avec des palettes dans des rainures.
• Ici, la roue est installée de façon excentrique dans le corps.
• Les palettes sont forcées contre la paroi par la force centrifuge, acheminant le liquide piégé de l'aspiration au refoulement.

Pompes centrifuges

• La pompe centrifuge utilise la force centrifuge pour donner de l'énergie à un fluide, augmentant sa vitesse et convertissant cette vitesse en pression.
• La principale division se base sur la méthode de transmission d'énergie : volute, diffuseur, semi-axial, axial et régénératrice, chaque type étant adapté à des applications spécifiques..
• Les pompes sont classées selon le nombre d'étages, l'entrée d'aspiration, la position de l'arbre, le type de corps et l'installation.
• Les pompes centrifuges sont classées par application (pompe d'alimentation ou de circulation); chaque application nécessite une conception différente.

Pompe à volute

• La pompe centrifuge à volute utilise une roue avec palettes qui tourne dans un corps fixe à volute.
• Volute fait référence à l'aire croissante du corps en spirale.
• Le liquide pompé est aspiré au milieu de la roue, recueilli par les palettes, et accéléré à haute vitesse pour contenir de l'énergie cinétique.
• Le liquide est refoulé dans le corps par force centrifuge.
• L'énergie cinétique du liquide se transforme en pression quand il se déplace vers le refoulement.

Pompe à diffuseur

• Dans la pompe centrifuge à diffuseur, le liquide à haute vélocité sortant de la roue passe entre des aubes dans une bague de diffuseur fixe.
• Les aubes sont formées de sorte que l'espace entre elles augmente progressivement.
• L'énergie de vélocité du liquide se transforme en énergie de pression au sein de ses passages.
• Par la suite, le liquide est refoulé dans le corps concentrique ou le corps à volute où une autre conversion a lieu.
• Étant donné que le débit se situe loin du centre, ces pompes sont souvent classées en tant que pompes centrifuges radiales.

Conceptions de roue

• La roue ouverte a des aubes qui s'étendent radialement à partir du moyeu sans flasque ni couvercles.
• Cette roue est généralement utilisée pour les liquides contenant des particules ou des solides.
• La roue semi-ouverte a des aubes radiales avec un couvercle d'un côté.
• Cette conception procure un équilibre entre l'efficacité et la capacité de traiter les particules.
• La roue fermée a des aubes protégées des deux côtés par des flasques ou des couvercles.
• Cette conception est plus efficace et employée dans les pompes plus grandes avec une plus grande surface entre les aubes.

Pompes verticales

• Les pompes verticales ont un arbre vertical avec le moteur au sommet et la pompe en dessous.
• Cette configuration prend peu de place et fonctionne bien.
• La pompe est parfois immergée dans le liquide, ce qui élimine les problèmes d'amorçage et permet de pomper à partir de sources profondes.
• La grande pompe semi-axiale est conçue pour un débit élevé.

Pompes horizontales

• Le moteur, l'arbre et la pompe sont placés sur un même axe horizontal par rapport à la surface d'installation.
• Cette configuration procure un accès facile pour l'entretien et une excellente stabilité.

Aspiration simple et double

• La pompe à aspiration simple ne possède qu'une seule entrée d'aspiration.
• Le déséquilibre de poussée que cela crée est compensé mécaniquement par un palier de butée.
• La pompe à double entrée a deux aspirations opposées.
• La symétrie des passages d'aspiration et de refoulement permet d'équilibrer naturellement la majorité des forces axiales.
• Un plus petit palier de butée est suffisant pour absorber le reste du déséquilibre de poussée.

Rotors opposés

• Certaines pompes emploient une configuration dans laquelle les rotors sont opposés.
• Cette configuration permet d'équilibrer efficacement les forces de poussée.
• L'équilibrage des forces axiales réduit l'usure des paliers et prolonge la durée de vie.

Pompes à plusieurs étages

• La pression maximale pour une pompe centrifuge à une roue est d'environ 1 000 kPa.
• Pour augmenter cette capacité, plusieurs roues sont mises en série.
• Dans un montage en série, le refoulement d'une roue est relié à l'aspiration de la suivante.
• Un appareil illustré est une pompe à volute à cinq étages, capable de pressions considérablement plus élevées qu'une pompe à étage unique.

Corps en deux parties

• Le corps d'une pompe centrifuge se sépare à l'horizontale, la verticale ou en diagonale.
• Un corps séparé à l'horizontale, ou corps à plan de joint axial, facilite l'accès pour l'entretien des composantes internes.
• De par cette conception, les tubulures d'aspiration et de refoulement sont situées dans la moitié inférieure du corps.

Corps à cuve de charge

• Les corps à cuve de charge servent aux pompes à plusieurs étages présentant des pressions de refoulement de plus de 10 000 kPa.
• Cette forme évite la nécessité d'un joint étanche des moitiés du corps.
• Le corps à cuve comporte un corps interne avec un corps externe; l'espace intermédiaire est soumis à la pression de refoulement.
• Le corps interne, qui renferme la roue et les diffuseurs, se compose de bagues rattachées par des tirants.
• Il peut être retiré avec une cuve externe sans déranger la machine d'entraînement ou la canalisation.

Pompe axiale

• La pompe axiale, aussi appelée pompe à hélice, utilise une roue similaire à l'hélice d'un navire.
• La pompe axiale a une faible hauteur d'aspiration contrairement à une hauteur de refoulement relativement faible, mais procure une grande capacité d'écoulement.
• Les pompes axiales sont compactes et fonctionnent à haute vitesse.
• De par une faible hauteur d'aspiration et une hauteur de refoulement limite, elles servent aux applications à hauteur basse et à capacité élevée..

Pompe semi-axiale

• La pompe semi-axiale se situe entre les pompes radiales et axiales, ayant sa propre hauteur de refoulement.
• Elle est souvent disposée de façon verticale pour permettre d'être amorcée en permanence.

Bagues d'usure

• La roue rotative de la pompe centrifuge doit être rendue étanche dans un corps fixe avec un jeu minimal pour limiter les fuites d'aspiration.
• Avec le joint d'étanchéité, la fuite continue du liquide use lentement ses surfaces et le rendement de la pompe s'affaiblit.
• Le coût de restauration est réduit en installant des bagues d'usure.

Presse-garnitures

• Un presse-garniture consiste en un retrait cylindrique qui retient les anneaux de garniture.
• Les anneaux sont faits de matériaux flexibles/durables comme le nylon, le lin ou le téflon, ou aluminium.
• Pour les pompes à pression d'aspiration négative, le presse-garniture possède une lanterne et un raccordement d'eau tampon.

Chemises d'arbre

• Les arbres sujets à la corrosion, à l'érosion, ou à l'usure réduisent la résistance et rendent l'étanchéité difficile.
• Les arbres de petites pompes utilisent des matériaux résistants à la corrosion et à l'usure.
• Des chemises remplaçables protègent les arbres de grandes pompes et sont fixées par un écrou d'arbres.

Garnitures mécaniques

• La fuite des presse-garnitures est problématique pour les liquides tels que l'essence, les acides et l'ammoniac.
• Dans une garniture mécanique, deux anneaux plats avec des surfaces d'étanchéité tournent l'un sur l'autre pour créer une barrière étanche..
• L'anneau d'étanchéité est fait de matériau carboné tandis que l'anneau d'accouplement est fait de matériau dur comme le stellite.

Garniture mécanique rotative

• La garniture rotative a un écrou fixé à l'arbre pour retenir l'anneau d'étanchéité.
• La fuite entre l'anneau d'étanchéité et l'arbre est contrecarrée par un anneau à coin en téflon.
• Le boîtier est généralement muni d'une entrée de liquide d'arrosage utile pour les pompes à pression d'aspiration négative.

Garniture mécanique fixe

• La garniture mécanique fixe renverse la configuration de la garniture rotative.
• Les ressorts exercent une pression sur l'anneau d'étanchéité fixe.
• Des faces en exploitation ne doivent pas être à sec.

Paliers de pompe

• Les paliers d'une pompe centrifuge soutiennent l'arbre, permettant à l'arbre de tourner et de maintenir l'arbre rotatif et les roues.
• Les roulements sont divisés en roulements en deux parties et en roulements à coquilles, et les roulements à billes des roulements à rouleaux, entre autres.
• Le choix du type de palier découle de divers facteurs telles les conditions d'exploitation des pompes.

Paliers en deux parties et paliers à coquilles

• Les paliers des petites pompes sont faits de douilles ou de chemises de bronze.
• Les paliers plus grands sont faits de fonte ou d'acier.
• Les lubrificateurs sont des outils avec réservoirs ou des filtres et refroidisseurs.

Roulements à billes et roulements à rouleaux

• Les roulements à billes et à rouleaux ont remplacé des roulements en deux parties.
• Les roulements à billes plus petits servent aux arbres plus petits.
• Les roulements à rouleaux servent davantage aux arbres plus grands.
• Ces paliers antifriction sont ouverts à la lubrification à de l'huile ou à de la graisse.

Évents et vidanges

• Les pompes centrifuges utilisent une conduite de vidange.
• Vidanger le fluide du corps et à proximité de celui-ci est essentiel pour la maintenance.
• Le robinet d'évent peut être simultanément ouvert avec le robinet de vidange pour vidanger complètement le corps de la pompe.
• Pour le remplissage, le robinet de vidange est fermé et le robinet d'aspiration est ouvert; cette séquence assure un remplissage sans poches d'air.

Poussée axiale

• Une origine du déséquilibre provient de la pression d'aspiration, qui est une force hydraulique créant un déséquilibre axial.
• Cet effet déplace la roue hors de sa position optimale. Les petites pompes atténuent le déséquilibre par le palier de butée sur l'arbre.

Roue à double entrée

• L'utilisation d'une roue à double entrée équilibre symétriquement les forces.
• Dans la pratique, l'écoulement n'est pas égale ce qui provoque un léger desequilibre, un petit maintient une stabilitée d'ensemble
• Malgré ce déséquilibre potentiel, le processus demeure efficace pour solutionner la difficulté axiale, en plus d'augmenter les capacité sans accroître significativement sa taille.

Roues opposées à simple entrée

• L'entré d'une moitié des roues dirige d'un côté tandis que l'autre moitié dirige différement afin de neutraliser la poussée axiale de la première portion.
• Dans les cas où les pompes plurietagées ont un processus à action simple font face à la même direction, une poussée axiale du côté de l'aspiration doit être neutralisée par un piston d'équilibrage , un disque d'équilibrage ou un mix des deux.

Piston d'équilibrage

• Installé entre la dernière roue et la chambre d'équilibrage tout en étant relié du côté aspiration, le piston d'équilibrage exploite efficacement les différences de pression pour équilibrer la force.
• Le piston tourne dans la chemise avec un jeu permettant une fuite controlée du côté haute vers le côté basse pression.
• Des force présentes dans deux zones exercent une poussée axiale contrebalancant la poussée des roues.

Disque d'équilibrage

• Composée d'un disque installée avec lequel l'abbre tourne, le liquide sous pression traverse un petit jeu axial dans la zone du Contre-disque
• Le disuqe s'ajuste aux variations de liquide, contribunt à ajuster la pression et à atteindre un nouvel equilibre
• les pompes modernes combinent piston et disque pour accroitre l'avantage

Système de robinet de régulation

• Le débit d'une pompe doit être maintenu au dessus d'un seuil afin d'éviter la surchauffe et d'endomager les composants.
• La régulation en s'assurant d'avoir un robinet de régulation qui permet au liquide de retourner au ballon d'aspiration.
• de façon automatique, un signal est émis qui ouvre ou ferme le robinet selon la pression.

Amorçage des pompes

• Remplir le corps et la conduite afin d'accélerer le processus, surtout car les pompes centrifuges ne le sont pas.
• Procéder en ouvrant les évents et le robinet d'aspiration pour amorçer le tous,.

Régulation de la capacité des pompes

• pompes volumique maintiennent un débit constant
• pompes centrifuges ajustent des éléments pour régulier la vélocité et la pression,

Précautions d'exploitation

• Une pompe centrifuge ne doit pas être complètement fermée.
• Les robinets doivent être grand ouverts.
• S'assurer d'éviter la surchauffe dans les garnitures.