Cours Pompes & Compresseurs CH3: Pompes volumétriques - PDF

Cours Pompes & Compresseurs CH3: pompes volumétrique -pompes à piston Licence en: ✔ Production des HC ✔ Forage Pétroliers 2023-2024 1 ...

Cours Pompes & Compresseurs CH3: pompes volumétrique -pompes à piston Licence en: ✔ Production des HC ✔ Forage Pétroliers 2023-2024 1  CH2: Pompes volumétriques 4. Pompes rotative 1) Pompes à engrenages à denture extérieure 1. Pompes à engrenages extérieurs (à compensation axiale non équilibré) Elle est constituée de deux engrenages (les pignons (1) et (2) ) tournant à l’intérieur du (corps (3))de pompe. En considérant le sens de rotation de la pompe, d’un côté les dents se séparent et engendrent une augmentation de volume de la cavité, ce qui a pour effet de créer la dépression ’’ c’est l'aspiration’’ (côté 4). Le fluide est transporté entre les dents et le corps 3 puis l’engrènement précis des dents expulse l’huile par le côté refoulement (5). l'étanchéité entre l'aspiration et le refoulement est assurée par un contact entre les dents en prise.  CH2: Pompes volumétriques Ce type de pompe est le plus répandu. La conception simple, le prix de revient faible, l’entretien facile en font des pompes très utilisées en pompe de transfert ou d’alimentation, pouvant fournir au plus quelques dizaines de bars de pression. Le problème majeur de ces pompes étant du à leur équilibrage. Il existe un grand nombre de variantes de ce type de pompes, elles différent entre elles par la disposition et la forme des dentures. les dentures peuvent être droites, hélicoïdales ou encore à chevrons. cette dernière possibilité présente l'avantage de rendre le mouvement plus uniforme. ce type de pompes admet une vitesse de rotation de quelques milles tr/min; elles sont équipées de quatre paliers et de un à quatre boitiers ‘’étanchéités’’. hélicoïdales : Le fonctionnement est similaire à celui de la pompe à engrenage droit, mais avec moins de bruit et des pulsations d'écoulement généralement plus faibles. En raison de la configuration de l'engrenage hélicoïdal, les poussées d'extrémité sont développées par des engrenages hélicoïdaux. Ces forces agissent dans des directions opposées sur les engrenages menantes et menées. à chevrons : Comme toutes les pompes à engrenages, le dispositif à chevrons est une pompe à débit constant. Il est généralement disponible pour des pressions allant jusqu'à environ 130 bar, mais certains modèles sont évalués à plus de 200 bar  CH2: Pompes volumétriques 1. définition CH2: Pompes volumétriques  CH2: Pompes volumétriques Calcul de débit d’une pompe à engrenage à denture extérieure les éléments mobiles sont constitués par les dents de deux roues enfermées dans le corps de pompes. considérons la dent 3 de la figure ci contre Le volume engendré par tour, par 02 engrenages est:  CH2: Pompes volumétriques Calcul de débit d’une pompe à engrenage à denture extérieure Remarque: le débit instantanée d’une pompe à engrenage est variable, au cours de l’engrènement la variation du volume aspiré ou refoulé, résultat de l’étude cinématique de l’engrenage, se traduit par la courbe ci contre. On obtient un débit plus régulier par l’emploi de denture hélicoïdale.  CH2: Pompes volumétriques Avantages- inconvénient et utilisation de la pompes à engrenages externes ✔ Haute vitesse ✔ Haute pression ✔ Fonctionnement relativement silencieux, Avantages: ✔ pas de clapets nécessaires marche de la pompe réversible ✔ Auto amorçante ✔ faible cout de maintenance ✔ compactes, économiques, donc très répondues pour des applications dont la pression maximale reste inférieure à 200 bars. Χ Quatre bagues dans la zone liquide, Χ Pas de solides autorisés, inconvénients: Χ Faible débit, Χ Jeu d'extrémité fixe, Χ Requiert un réducteur de vitesse sauf pour les très petites tailles. Diverses huiles combustibles et huiles lubrifiantes, Additif chimique et dosage de polymère, Mélange chimique (double pompe), Les applications : Applications hydrauliques industrielles et mobiles (fendeuses de bûches, élévateurs, etc.), Acides et corrosifs (acier inoxydable ou construction composite), Produits autolubrifiants, alimentaires, Pompe doseuse, Divers blocs d'alimentation hydraulique.  CH2: Pompes volumétriques 2. pompe à engrenage intérieur Principe de fonctionnement le principe de fonctionnement de ce type de pompe consiste à placer un des engrenages à l'intérieur de l'autre. Le pignon menant (1) s’engrène à l’intérieur de la couronne (2) menée à denture intérieure. Pignon et couronne tournent dans le même sens. Le désengrènement crée la dépression favorable à l’aspiration. Le fluide est ensuite véhiculé de part et d’autre du croissant séparateur fixe (3). Le débit est pratiquement régulier et indépendant de la différentielle de pression, laquelle peut atteindre 50 et 100 bar.  CH2: Pompes volumétriques Pompe à denture intérieure, type rotor (trochoïde), gérotor C’est une variante de la précédente, elle est constituée par : un pignon à denture intérieur (2), portant l’appellation de stator, qui tourne dans l’alésage du carter (1), les dents sont en forme de cames. Un pignon central à denture extérieure (3) appelé rotor ou roue, solidaire de l’arbre d’entraînement. Ce rotor comporte également des dents en forme de cames, il compte systématiquement une dent de moins que le stator. Ces pompes sont très utilisées pour la lubrification des moteurs, où la pression demandée est faible. les pompes « gérotor » ont toujours une seule dent en prise, ce qui permet de créer l’étanchéité interne par le frottement du sommet des dents sur les sommets des cames du stator. La cavité remplie va se vider dans le « haricot » de refoulement. Ce type de pompe existe aussi avec un stator fixe, ce dernier est alors animé d’un mouvement de rotation et d’une translation. Ces pompes peuvent tourner très vite (5 à 6000 tr/mn) Dans quelques cas, ce système permet d’atteindre des pressions de 150 bars.  CH2: Pompes volumétriques Le volume déplacé (cylindrée) d’une pompe gérotor est:  CH2: Pompes volumétriques ✔ Seulement deux pièces mobiles ✔ Une seule boîte à garniture ✔ Décharge non pulsative ✔ Excellent pour les liquides à haute viscosité avantages ✔ Fonctionne bien dans les deux directions ✔ Faible NPSH requis ✔ Jeu d'extrémité réglable unique ✔ Facile à maintenir × Habituellement nécessite des vitesses modérées Inconvénients × Limitations de pression moyenne (faible jusqu’à moyenne) × Un roulement fonctionne dans le produit pompé × Requiert un réducteur de vitesse × Cout élevé × Peu de fournisseur Toutes les variétés de combustible et d'huile lubrifiante Résines et polymères Alcools et solvants Les applications Asphalte, bitume et goudron courantes : Produits alimentaires tels que le sirop de maïs, le chocolat et le beurre de cacahuète Peinture, encres et pigments Savons et tensioactifs, Glycol 2) Pompes à lobe CH2: Pompes volumétriques La pompe se compose essentiellement de deux rotors de forme lobulaire qui tournent synchronisés sans se toucher à l'intérieur du corps de la pompe. En tournant les espaces entre lobes et corps se remplissent parfaitement et le produit est transporté de l'aspiration vers le refoulement en déplaçant un volume fixe. Le liquide pompé forme un flot continu, grâce au faible jeu existant entre les lobes et le corps, assurant un pompage efficace. Les pompes à lobes sont fréquemment utilisées dans les applications alimentaires car elles permettent de manipuler les solides sans endommager le produit. La taille des particules solides peut être beaucoup plus grande que dans les autres pompes volumétrique. Comme les lobes ne sont pas en contact et que le jeu d’extrémité n’est pas aussi étroits que dans les autres pompes volumétriques, cette conception permet de traiter des liquides de faible viscosité avec des performances plus faibles. Faible capacité d’aspiration et charge de la pompe aux autres. Les liquides à haute viscosité nécessitent des vitesses réduites pour obtenir des performances satisfaisantes (-25% de la vitesse nominale) Les pompes à lobes peuvent traiter des solides, des boues, des pâtes et de nombreux liquides.  CH2: Pompes volumétriques ✔ Bon rendement et robuste. ✔ Pas de contact métal sur métal ✔ Des capacités CIP "Cleaning in Place " (nettoyage en place) / SIP "Sterilization in Place" (stérilisation en place) supérieures. Avantages: ✔ fonctionnement à sec à long durée (avec lubrification aux joints) ✔ Décharge non pulsative ✔ technologies sèches ✔ possibilités de revêtements internes ✔ conception mono-étagé simple, × synchronisation des pignons × Exiger deux joints Inconvénients × Charge réduite avec des liquides minces × niveau de vide limité × température interne élevée × Polymères × Revêtements de papier. × Savons et surfactants Applications × Peintures et colorants × Caoutchouc et adhésifs × Produits pharmaceutiques × Applications alimentaires  CH2: Pompes volumétriques 3) Pompes à palettes (à rotor non équilibré) Description – Fonctionnement Constituée d'un stator pourvu de lumières d'aspiration et de refoulement. A l'intérieur tourne un rotor (2) excentré qui porte sur sa périphérie une série d'éléments mobiles nommés palettes (3) de forme trapézoïdale et de faible épaisseur. Ces palettes se meuvent radialement dans les rainures. Elles délimitent un certain nombre de cellules à volume variable entre rotor et stator. Elles sont appliquées contre le stator, par des ressorts, par réaction hydraulique et en rotation par la force centrifuge. Le fonctionnement de ces palettes entraîne de nombreux problèmes de frottement. D’autre part sur le flanc des palettes la pression provoque un porte-à-faux de la palette et des pertes de rendement mécanique. Donc, malgré son apparente simplicité, cette pompe est relativement fragile et limitée en pression (150 bar). Elle réclame des usinages très précis et une métallurgie bien adaptée.  CH2: Pompes volumétriques Le volume compris entre deux palettes croit pendant un demi-tour du rotor; il est mis en communication avec la tubulure d’aspiration. Pendant le demi-tour suivant, il décroit; c’est la phase de refoulement. Le fonctionnement de la pompe est ainsi assuré sans soupapes, comme d’ailleurs celui de la pompe à engrenage.  ✔ Taux d'irrégularités plus faibles qu'avec les pompes à engrenage extérieur ✔ L'efficacité volumétrique et globale est élevée ✔ légers et compacts ✔ auto-amorçantes, robustes et fournissent une distribution constante à une vitesse donnée. ✔ Fonctionnement réversible de la pompe Avantages: ✔ Manipule les liquides minces à des pressions relativement plus élevées ✔ manipuler des liquides contenant des vapeurs et des gaz ,parfois préféré pour les solvants, GPL ✔ Peut fonctionner à sec pendant de courtes périodes ✔ La décharge est moins sensible aux variations de viscosité et aux variations de pression. × usure du corps par frottement des palettes × difficile pompage des produits visqueux × Requiert un réducteur de vitesse sauf pour les très petites tailles. Inconvénients: × Ne convient pas aux hautes pressions × Pas bon avec les abrasifs × Nécessites soupapes de décharge pour protéger la pompe en cas de fermeture soudaine de la livraison Aérosol et propergols Service de l'aviation - Transfert de carburant, dégivrage Industrie automobile - Carburants, lubrifiants, liquides de refroidissement Applications: Transfert en vrac de GPL et NH3 Remplissage de bouteilles de GPL Alcools Réfrigération - Fréon, Ammoniac  CH2: Pompes volumétriques A cylindrée variable Principe de fonctionnement Le compensateur muni d’un ressort réglable (3) déplace la couronne cylindrique (1). Le débit peut varier d’une valeur maxi à une valeur mini sensiblement égale à zéro. L’excentration est obtenue par la force mécanique du ressort (3) provoquant le débit maximum. L’augmentation de la pression dans le circuit agit sur la couronne (1) s’opposant au ressort (3). Le débit s’ajuste en fonction des besoins des actionneurs. Lorsque la pression atteint la valeur maxi (actionneur en fin de course), la force hydraulique devient supérieure à la force mécanique du ressort, ce qui provoque la diminution de l’excentration. La couronne et le rotor sont alors concentriques et le débit s’annule.  A rotor équilibré CH2: Pompes volumétriques Description de fonctionnement Le rotor (2), comportant les palettes (1) tourne à l’intérieur du stator à piste ellipsoïdale (3). Cet ensemble est appelé cartouche. Il peut être changé en cas d’usure. Pendant la rotation du rotor, les palettes suivent le profil ellipsoïdal du stator, ainsi le volume des cellules est soit augmenté (phase aspiration) soit diminué (phase refoulement). La pression de service va jusqu’à 210 bar et la durée de vie est supérieure aux précédentes (non équilibré ou bien à cylindrée variable) Avantages: ✔ Élimine les charges latérales du palier et, par conséquent, une pression de fonctionnement élevée peut être utilisée ✔ La durée de vie est élevée par rapport au type déséquilibré en raison de moins d'usure Inconvénients : × Ce sont des pompes à cylindrée fixe × Le design est plus compliqué × Le coût de fabrication est élevé comparé au type déséquilibré. 4) Pompes à vis CH2: Pompes volumétriques Description - fonctionnement Les pompes à vis comportent deux (ou trois) vis rotative avec un filetage opposé. Une vis centrale menante (1) et un (deux) vis latérale(s) menée(s) (2). Elles ont une denture hélicoïdale étudiée pour assurer leur engrènement mécanique et l'étanchéité. Ces vis tournent dans les alésages d'une chemise (3). Le fluide aspiré (désengrènement des filets) remplit les creux. Pendant la rotation des vis, le fluide se trouve emprisonné, puis transféré vers le refoulement, ce qui se traduit par un débit pratiquement sans pulsations et, par conséquent, par un fonctionnement silencieux. Les pompes à vis déplacent le liquide axialement plutôt que dans une direction radiale, de sorte que les vitesses de fluide sont généralement relativement faibles. les rendements sont élevés sur une plage de pression différentielle beaucoup plus large que celle des pompes centrifuges.  CH2: Pompes volumétriques Débit théorique d’une pompe à vis Dans une pompe à vis, une chambre est formée entre le filetage et le boîtier. L'expression suivante donne le déplacement volumétrique (cylindrée):  CH2: Pompes volumétriques Avantages: × Coûteux (coût de fabrication de la vis de précision est haut) × encombrants et lourds Inconvénients: × sensibles aux changements de viscosité du fluide. × faibles rendements volumétriques et mécaniques  CH2: Pompes volumétriques 5) Pompes à rotor hélicoïdal excentré : Fonctionnement : elles sont composées de deux engrenages hélicoïdaux : le rotor tourne à l’intérieur du stator. Le mouvement tournant excentré du rotor permet de véhiculer le produit pompé. ✔ passage de particules solides ✔ de produits abrasifs et de boues Avantages : ✔ débit régulier ✔ marche de la pompe réversible × pas de marche à sec de la pompe Inconvénients : × maintenance assez difficile et coûteuse × encombrement important  CH2: Pompes volumétriques Pompes à vis : Pompes à cavités progressives (PCP) Le dosage est assuré par le transfert d'une quantité donnée de fluide contenu dans les cavités de la pompe formées par la rotation d'un rotor hélicoïdale dans un stator en élastomère aux formes complémentaires de celles du rotor. Les pompes à cavités progressives autorisent ainsi le dosage en continu de produits fragiles pour des applications pouvant requérir des débits importants. 6) Pompe péristaltiques CH2: Pompes volumétriques Son principe de fonctionnement est plutôt simple : un tuyau souple est écrasé par des galets, le fluide est alors repoussé sans turbulence, ni cisaillement. Il n’y a pas non plus de contact entre le fluide et la pompe mécanique. Son débit est limité à des valeurs de l’ordre de 60 à 80 m3 /h. Par contre, le rendement est de 100 % et elle est la pompe doseuse par excellence. Fonctionnement : l’effet de pompage est obtenu par la compression d’un tube en élastomère par des galets fixés sur le rotor. Les galets, en se déplaçant, entraînent le liquide jusqu’au refoulement.  CH2: Pompes volumétriques ✔ utilisation comme pompe doseuse possible ✔ Aucune contamination. Parce que la seule partie de la pompe en contact avec le fluide pompé est l’intérieur, il est facile de stériliser et nettoyer les surfaces intérieures de la pompe ✔ Faible besoin d'entretien. Leur manque de valves, de joints et de glandes les rend Avantages : relativement peu coûteux à maintenir ✔ sont capables de gérer les boues, les fluides visqueux, sensibles au cisaillement et agressifs ✔ La conception de la pompe prévient le refoulement et le siphonnèrent sans valves. ×débit limité ×refoulement très pulsative ×température d’utilisation assez faible ×La tuyauterie flexible aura tendance à se dégrader avec le temps et nécessitera un Inconvénients: remplacement périodique. × Le débit est pulsé, en particulier à de faibles vitesses de rotation. Par conséquent, ces pompes sont moins adaptées là où un flux régulier et régulier est requis. Un autre type de pompe volumétrique devrait alors être pris en considération.  CH2: Pompes volumétriques 6. Pompe alternatives 1) Pompe en ligne a. Pompe à piston et à plongeur Dans une pompe à pistons, on emprisonne un certain volume de liquide dans un cylindre pour générer la pression sous une force mécanique appliquée sur le piston. Les pompes à piston (plongeur) comprennent un cylindre avec un piston (plongeur) à mouvement alternatif, et dispose de deux clapets l’un pour l’aspiration et le second pour assurer le refoulement, ces dernières s’ouvrent et se referment sous l’action de la pression du liquide. Dans la course d'aspiration, le piston (plongeur) se rétracte ce qui génère une dépression à l’intérieur de cylindre et le clapet d’admission s'ouvre provoquant l'aspiration du fluide dans le système. Dans la course de refoulement (remonte du piston où plongeur), le piston (plongeur) pousse le liquide hors du clapet de décharge, fermeture du clapet. Le clapet de refoulement détermine et fixe la pression de refoulement. Ceci est obtenu par le ressort de rappel présent dans la soupape.  CH2: Pompes volumétriques Description de la pompe Une pompe à pistons se compose de 02 parties distinctes, la partie mécanique qui a pour rôle de transformer le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de translation du piston et la partie hydraulique qui constitue la pompe. La partie mécanique La partie mécanique comporte un système d’engrenage formant un réducteur entre l’arbre de transmission, l’arbre principal et le mécanisme excentrique-bielle. L’arbre de transmission ou arbre d’attaque porte sur une de ses extrémités une poulie à gorges pour la transmission par courroie, ou un pignon quand la transmission est par chaînes. L’arbre principal a excentriques est monté sur deux roulements entre lesquels se trouve la roue dentée menée et les tètes de bielles montées sur les excentriques. L’ensemble est protégé par un carter ou bâti au moyen de joints d’étanchéité pour éviter les fuites d’huiles dues au barbotage Partie mécanique 10. Tige de crosse 11. Chemise de crosse 12. Crosse 13. Bielle 14. Roue dentée 15. Arbre d’attaque 16. Courroie CH2: Pompes volumétriques  CH2: Pompes volumétriques La partie hydraulique: La partie hydraulique constitue en réalité la pompe, elle reçoit la puissance mécanique sous forme de déplacement du piston transformant cette puissance en énergie de pression. La tige de piston entraînée par le mécanisme excentrique (manivelle) et bielle se déplace à l’intérieur de la pompe à travers un boîtier presse-étoupe empêchant les fluides de fuir. Le piston se déplace à l’intérieur d’une chemise (tube d’usure), il comporte une garniture d’étanchéité faisant joint entre le piston et la chemise. Les clapets anti-retour assurent l’entrée et la sortie du liquide de la chemise. Ils doivent être étanches et libre dans leurs mouvements. Cette partie comporte aussi une soupape de sécurité et un amortisseur de pulsation installé au refoulement. L’ensemble loge dans la boite hydraulique ou bâti. Partie hydraulique 01. Piston 02. Chemise 03. Clapet (soupape) 04. Amortisseur de pulsations 05. Flotteur 06.Tubulure de refoulement 07. Tubulure d’aspiration 08. Couvercle 09. Tige de piston CH2: Pompes volumétriques  CH2: Pompes volumétriques Pompes multi cylindres, simple et double effet Avec un seul cylindre, le débit de fluide varie entre le débit maximal lorsque le piston atteint la vitesse spontanée maximale (la position médiane) et le débit nul lorsque la vitesse de piston spontanée est nulle (les positions finales PMH où PMB). Une grande quantité d'énergie est gaspillée lorsque le fluide est accéléré dans le système de tuyauterie. Les vibrations et les "coups de bélier" peuvent être un problème sérieux. En général, les problèmes sont compensés en utilisant deux ou plusieurs cylindres ne travaillant pas en phase les uns avec les autres (déphasé ou décalés). ▪ Pompe simplex à simple effet ▪ Pompe simplex à double effet ▪ Pompe duplex à simple effet ▪ Pompe duplex à double effet ▪ Pompe triplex à simple effet ▪ Pompe triplex à double effet ▪ Pompe quadruplex à simple effet ▪ …etc.  CH2: Pompes volumétriques Pompe duplex à simple Pompe simplex à simple effet effet Pompe simplex à double Pompe triplex à simple effet effet Pompe duplex à double effet  CH2: Pompes volumétriques b. Pompes à diaphragme (membrane) Le principe de fonctionnement Dans ce type de pompe, le déplacement du piston est remplacé par les déformations alternatives d'une membrane en matériaux élastiques (caoutchouc, thermoplastique ou en téflon). La membrane est entrainée par l'intermédiaire d'un liquide tampon comprimé grâce aux mouvement alternatifs d'une pompe à piston ou bien une alimentation pneumatique ou hydraulique. La chambre de compression est séparée hermétiquement de la mécanique d'entraînement par la membrane, le produit véhiculé se trouve ainsi entièrement isolé de la partie mécanique de la pompe. Ainsi les pompes véhiculent les fluides sans les polluer et sans modifier leur composition chimique. Elles sont étanches par conception, 100% sans huile et sans entretien, ce qui en ronds des appareils particulièrement polyvalents. Une pompe à membrane devra donc être équipée d'un système auxiliaire dit de "compensation" afin de limiter la pression du liquide tampon et d'éviter l'éclatement de la membrane ce qui augmente leurs coût. Pour des raison de sécurité la membrane peut être doublée. CH2: Pompes volumétriques  CH2: Pompes volumétriques avantages inconvénients × Débit limité × Viscosité assez faibles ✔ Fonctionnement à sec sans dommage × Pompage des particules solides ✔ Bon rendement +90% impossible ✔ robuste × Bon fonctionnement que si l’ à piston ✔ Pression au refoulement très importantes étanchéité entre cylindre et piston est ✔ Débit précis parfaite ✔ Débit réglable × Pulsation importantes au refoulent ✔ Pressions élevé × Sensible aux particules × Résistance chimique limité ✔ Offrent une étanchéité sans fuite, ce qui peut être important lors du pompage de fluides très agressifs ou toxiques. × Température limitée à membranes ✔ Ont de bonnes caractéristiques de portance × Prix plus élevé (diaphragme) d'aspiration, peuvent traiter les boues et les × Pulsation importantes au refoulent liquides abrasifs avec une quantité relativement × Pressions moyens élevée de grains et de contenu solide. ✔ Bonne efficacité (peut atteindre 97%)  CH2: Pompes volumétriques Pompes à boue Les pompes alternatives à plongeur trouvent une large application dans le domaine du forage des puits. On les rencontre donc sur toutes les sondes de forage, ce sont les pompes à boue destinées a donner la grande pression nécessaire pour véhiculer la boue sur un chemin considérable à savoir la descente jusqu’au trépan puis la remontée des déblais jusqu’à la surface. Les pompes à plongeur répondent à cette fonction du fait qu’elles sont capables de véhiculer des liquides abrasifs, contrairement aux pompes centrifuges qu’on aurait souhaité utiliser du fait de leur coût meilleur et encombrement plus faible.  CH2: Pompes volumétriques Pompes doseuses/ à cylindrée variable : Les principales applications sont : Le dosage fin de produits chimiques l'injection de carburant pour les véhicules automobiles  CH2: Pompes volumétriques 2) Pompe axiale Principe de fonctionnement Les pistons (4) sont placés dans un bloc cylindre (5) appelé barillet. Le barillet est solidaire de l’arbre d’entraînement (1), les pistons (1) et barillet (5) sont entraînés par la rotation de l’arbre (1). Les patins (3) sont en appuis sur le plateau incliné fixe (2). Le mouvement rotatif du barillet et l’inclinaison du plateau provoquent le mouvement alternatif des pistons. Le barillet glisse sur la glace de distribution (7). Pendant un demi-tour, les pistons sortent (aspiration). Le demi-tour suivant, les pistons rentrent (refoulement). Admission et refoulement ont lieu à travers des lumières dont une des extrémités est terminée par une encoche appelée bec. L’étanchéité entre l’aspiration et le refoulement est assurée par l’espace neutre situé entre les lumières et par le contact des surfaces planes super finies et glacées, de la glace et du barillet. Ce contact est assuré par un système mécanique le plus souvent à ressort (6). Angle d’inclinaison : α = 18°. Nombre de pistons : toujours impair (3, 5, 7, 9) 2) Pompe axiale CH2: Pompes volumétriques Principe de fonctionnement Les pistons (4) sont placés dans un bloc cylindre (5) appelé barillet. Le barillet est solidaire de l’arbre d’entraînement (1), pistons et barillet sont entraînés par la rotation de l’arbre (1). Les patins (3) sont en appuis sur le plateau incliné fixe (2). Le mouvement rotatif du barillet et l’inclinaison du plateau provoquent le mouvement alternatif des pistons. Le barillet glisse sur la glace de distribution (7). Pendant un demi-tour, les pistons sortent (aspiration). Le demi-tour suivant, les pistons rentrent (refoulement). Admission et refoulement ont lieu à travers des lumières dont une des extrémités est terminée par une encoche appelée bec. L’étanchéité entre l’aspiration et le refoulement est assurée par l’espace neutre situé entre les lumières et par le contact des surfaces planes super finies et glacées, de la glace et du barillet. Ce contact est assuré par un système mécanique le plus souvent à ressort (6). Nombre de pistons : toujours impair (3, 5, 7, 9)  CH2: Pompes volumétriques Variation de la cylindrée obtenue par la variation de l’angle d’inclinaison de la glace La variation d’inclinaison s’effectue sur un angle démarrant d’une valeur mini à une valeur maxi Au dessous de la valeur mini, le flux de la pompe change de sens  CH2: Pompes volumétriques Les unités à pistons axiaux sont disponibles sous la forme de pompes et de moteurs à conception d'axe courbé ou à plateau oscillant pour les gammes moyenne et haute pression. Ce sont les principaux composants de la transmission hydrostatique. La taille compacte et la densité de puissance élevée, l'économie et la fiabilité sont des avantages caractéristiques qui justifient l'utilisation des transmissions hydrostatiques, ainsi que le fait qu'elles répondent à la demande de vitesse élevée et de couple élevé, ainsi qu'à une efficacité optimale ✔ haute efficacité ✔ Disposition axiale des pistons, qui permet de limiter l’encombrement, très adapté aux transmissions des engins mobiles. ✔ Bonne puissance massique car régime élevé sous un faible encombrement. ✔ Faible inertie des pièces en mouvement, changement rapide de régime ✔ Faible niveau de bruit Avantages: ✔ haute pression (jusqu'à 1000 bars) ✔ Grande fiabilité ✔ Vitesse de rotation élevée car pas de clapets ✔ Réversibilité possible du débit ✔ Grande variabilité de débit ✔ Pulsation de débit et pression faible  CH2: Pompes volumétriques Axe brisé où incliné (Pompes à bielles) Principe de fonctionnement Le système bielles-pistons (6) assemblé sur le plateau (5) assure la rotation du barillet (1). L’inclinaison du barillet (1) crée le mouvement des pistons, provoquant des différences de volume dans chaque alésage du bloc-cylindres. Le bloc-cylindres glisse sur une glace de distribution (4) comportant des lumières d’aspiration et de refoulement. Les pistons communiquent pendant un demi-tour avec la lumière d’aspiration (augmentation de volume) pour créer la dépression nécessaire à l’admission du fluide puis, pendant l’autre demi-tour (diminution de volume) avec la lumière de refoulement. La face arrière du barillet est plaquée contre la glace de distribution par des systèmes mécaniques à ressort (3) ou hydrauliques (vérin, piston). On trouve des surfaces de distribution barillet-glace à contact plan (B) et à contact sphérique (A). Ce dernier type de contact permet le guidage du barillet et un meilleur équilibrage. Angle d’inclinaison : α = 25° et sur certains modèles jusque 40°. Nombre de pistons toujours impair (3, 5, 7, 9).  CH2: Pompes volumétriques La débit théorique Le volume balayé par tous les cylindres pour un tour est: Le débit théorique donc est: 3) Pompe radiale CH2: Pompes volumétriques Bloc cylindre tournant (radiale) Principe et fonctionnement pompes à pistons radiaux à pressurisation interne Le deuxième type est réalisé en alimentant la pompe par l’extérieur, mais les pistons sont supportés par l’arbre de rotation excentré. Dans ce cas, le bloc-cylindres est fixe et le mouvement alternatif est communiqué par l’arbre excentré pompe à pistons radiaux à pressurisation externe. 3) Pompe radiale CH2: Pompes volumétriques Bloc cylindre tournant (radiale) Principe et fonctionnement L’arbre d’entraînement est relié au bloc cylindre tournant (1). Dans celui-ci coulissent les pistons (2). Le bloc cylindre tourne sur un distributeur (3) fixe comportant les canaux A et B, en communication avec les tuyauteries d’aspiration et de refoulement. Lors de la mise en marche de la pompe, les pistons (2) l’appliquent contre la couronne circulaire (4) par l’intermédiaire des patins (5). Le bloc cylindre (1) est excentré par rapport à la couronne circulaire (4). Il en résulte que les pistons (2) sont animés d’un mouvement alternatif en s’éloignant du centre, en regard des canaux B pour aspirer et s’en rapprochant, en regard des canaux A pour refouler. Si l’on agit sur le dispositif C, la couronne (4) se déplace et l’on obtient une cylindrée variable avec inversion du débit si c’est nécessaire.  CH2: Pompes volumétriques ✔ Haute efficacité, Grande fiabilité ✔ Haute pression (jusqu'à 1000 bars) ✔ Ondulation de faible débit et de pression (en raison du faible volume mort dans l'espace de travail du piston de pompage) avantages: ✔ Faible niveau de bruit ✔ Charge très élevée à la vitesse la plus basse grâce aux parties hydro-statiquement équilibrées possibles ✔ Pas de forces internes axiales sur le palier d'arbre de transmission Son inconvénient par rapport à la pompe à pistons axiaux est le plus grandes dimensions radiales, mais il pourrait être compensé avec la construction plus courte dans la direction axiale. En raison des parties hydro-statiquement équilibrées, il est possible d'utiliser la pompe avec divers fluides hydrauliques comme l'huile minérale, l'huile biodégradable, huile dans l'eau, eau-glycol, ester synthétique ou émulsion de coupe. machines-outils (exp: déplacement de l'émulsion de coupe, alimentation pour les équipements hydrauliques comme les cylindres) unités haute pression (par exemple, pour la protection contre les surcharges des presses) bancs d'essai secteur automobile (par exemple, transmission automatique, commande de suspension hydraulique dans les voitures de catégorie supérieure, injection haute pression) moulage par injection de plastique et de poudre l'énergie éolienne CH2: Pompes volumétriques CH2: Pompes volumétriques  CH2: Pompes volumétriques Diagnostic des problèmes inhérents aux pompes volumétriques Problèmes Causes possibles correctifs Signe de cavitation, Vérifie l’aspiration pour le niveau de cognement; vibrations; Le NPSH est il respecté? liquide, voir s’il y a une obstruction ou pulsation irrégulières si la vanne est partiellement fermée Coup de bélier? Vérifier les chambre anti-bélier Pompe bien ancré au sol ? Socle bien ancrée au Vérifie l’alignement de la l’arbre Bruits suspects; massif ? Lubrifier vibration Lubrification déficiente ? La pression absolue doit être cavitation? supérieure à (NPSH requis) Vitesse de pompage Poche d’air en amont de la pompe Clapet défectueux Pression de Vérifie les courroies s’il y’a lieu; Presse garniture défectueux refoulement déficients; Vérifier les conditions à l’aspiration Garniture défectueuse faible débit Effectuer les réparations nécessaire Liquide de scellement manquant Fuite dans la conduite Soupape de décharge défectueuse Frottement excessifs de la garniture Échauffement du Frottement du piston; manque de lubrification Effectuer les corrections nécessaires moteur ou de la pompe Défectuosité mécanique: paliers, alignement, arbre faussé  CH2: Pompes volumétriques Pulsation and Pressure Relief. Rotary pumps, unlike reciprocating pumps, are not subject to flow induced vibration/pulsation. This is due to the absence of reciprocating plunger/piston and valves as well as having constant discharge area Comparison of rotary screw and reciprocating pumps flow induced pulsation/vibration. CH2: Pompes volumétriques Typical rotary pump system configuration  CH2: Pompes volumétriques As a guide, for viscosities above 65 cS (mm2/s) or 300 SSU, pumping temperature should not exceed a percentage of the speeds given in API Standard 674 (as per Table 4-3) as indicated in Fig. 4-31. The minimum speed of the pump is determined by the ability of the pump to provide sufficient lubrication to all bearing surfaces in the power end. This can range from under 20 rpm to over 100 rpm for different pumps. Power pump speeds are normally below 450 rpm and require pump-driver speed reduction. Station Piping Design For Reciprocating Pumps. Piping systems generally include piping, isolating, control and relief valves, as well as pressure reducers, orifices, temperature gauges and thermowells, pressure gauges, sight flow indicators, and all related vents and drains. soupape de commande A pumping system for a reciprocating pump is shown in Fig. 4-32. soupape de décharge Vanne de refoulement Vanne d'aspiration clapet anti-retour stabilisateur d'aspiration  CH2: Pompes volumétriques Suction Piping. The suction pipe should generally, and in most cases, be one or two sizes larger than the suction connection of the pump. It is best for suction piping be as short and as straight as possible with minimum elbows and tees. To avoid acoustic pulsation, suction piping is designed such that velocity values would not exceed those as shown in Fig. 4-33. These recommended values are based on an acceleration head of 0.7 ft per foot of suction line length. Unless venting is provided piping design should ensure that no high points are introduced in the piping where vapor may collect. Eccentric rather than concentric reducers should be used with flat side up. Sufficient absolute pressure must be available at the suction connection of the pump to account for acceleration head, vapor pressure of the liquid and the pump NPSHR. Should the acceleration head be excessive, a suitable suction dampener would be required, to be installed in the suction line adjacent to the pump liquid end. Block valves in the suction piping should be in full opening so as not to restrict the flow. Regular maintenance is essential where strainers are used to ensure the pump is not damaged from a starved condition resulting from a plugged strainer.  CH2: Pompes volumétriques Apart from this one more point can also be mentioned here that the positive displacement pumps are generally high head and low flow pumps while centrifugal pumps are capable of producing moderate head and high flow. We can achieve any flow and pressure with a centrifugal pump but with increase in pressure and flow, the size of the pump is increased while in a positive displacement pump, a small pump can produce a desirable head and low flow ( pressure head a important entity required from a mud ). So generally we use triplex plunger pump while handling mud having high head and moderate flow. Mud pumps have a constant discharge and are capable of developing high heads and are more suited for viscous fluids. Centrifugal pumps on the other hand have variable discharge (high to low) over a given range of speed and are not efficient when it comes to handling of Viscous fluids.( High BHP/stage) In drilling rigs, Mud pumps are used to pump mud into the wellbore which is typically from 1000m to 3000m avg. The discharge required being constant and the head required being more, reciprocating pumps are more efficient and serves the purpose  CH2: Pompes volumétriques 1.2 MUD PUMPS Mud pumps serve as the heart of the mud circulating system. Reciprocating piston pumps (also called slush pumps or power pumps) are widely used for drilling oil and gas wells. The advantages of the reciprocating positive-displacement pump include the ability to move high-solids content fluids laden with abrasives, the ability to pump large particles, ease of operation and maintenance, reliability, and the ability to operate over a wide range of pressures and flow rates by changing the diameters of the compression cylinders (pump liners) and pistons. The two types of piston strokes are the single-action piston stroke and the double-action piston stroke. A pump that has double-action strokes in two cylinders is called a duplex pump (Figure 1.2). A pump that has single action strokes in three cylinders is called a triplex pump (Figure 1.3). Triplex pumps are lighter and more compact than duplex pumps, their output pressure pulsations are not as great, and they are cheaper to operate. For these reasons, the majority of new pumps being placed into operation are of the triplex design. Normally, duplex pumps can handle higher flow rates, and triplex pumps can provide higher working pressure. However, for a given pump of fixed horsepower, the flow rate and working pressure can be adjusted by changing the sizes of the liners inside the pump. Some types of pump liners are shown in Figure 1.4. Changing the speed of the prime mover can also affect the mud flow rate in a certain range.  CH2: Pompes volumétriques A duplex pump. (Courtesy of Great American.) A triplex pump. (Courtesy of TSC.)  CH2: Pompes volumétriques Pulsation dampeners The reciprocating action of the pump produces pressure pulsations in the piping. Whether or not the pulsation is severe enough to create problems depends upon many system variables. A few of these variables include: pump type pump size (power) number of plungers speed range pumped fluid properties system operational conditions piping layout CH2: Pompes volumétriques