Download - métier pompage
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Les pompes, c est pas sourcier !
ou
Introduction la commutation de pompes
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SommaireLe Pompage , c estquoi ? p. 3La chane cinmatique p. 4Carte commutation de pompes : pompe utilise p. 5Hauteur d aspiration p. 6Les diffrents types de pompes centrifuges p. 7Le rseau hydraulique p. 8
Les caractristiques d'un rseau hydraulique p. 9Les quatre missions distinctes d'une pompe p. 10La caractristique H = f(Q), p. 11Les pertes de charge p. 12Exemple de pertes de charge dans un rseau hydraulique p. 13L'analogie entre la mcanique et l'hydraulique p. 14
La pompe centrifugeLes caractristiques lgales fournir par le constructeur de pompes p. 15L'amorage de la pompe centrifuge p. 16
Le point de fonctionnement p. 17La variation de dbit par vannage p. 18La variation de dbit par la variation de vitesse de la pompe p. 19Le bilan en puissance mi-dbit p. 20Le calcul d'conomie d'nergie, logiciel ECO 8 p. 21La mise en parallle de pompes centrifuges p. 22
Les risques de la pompe centrifuge p. 23Les coups de blier, les coups de clapet p. 24 et p. 25Le dsamorage de la pompe p. 26Le barbotage de la pompe p. 27La cavitation de la pompe p. 28Le NPSH p. 29
Votre offre produits associs hors AltivarLes dmarreurs/ralentisseurs lectroniques p. 30Les pressostats, vacuostats p. 31Les relais de mesures p. 32
Application : la distribution de leau P. 33Applications : la distribution d eaubrute et le relevage des eaux uses P. 34
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Le "Pompage" : c est quoi ?
Le "pompage" est l'Art de dplacer des liquides ou des gaz
Les besoins
Dbit
Vitesse du fluide
Fixe ou variable et/ou rgule
Pression
Lie au rseau hydraulique (hauteur, longueur, coudes, etc.)Fixe ou variable et/ou rgule
Ressources et Utilisations
Continu ou discontinu
Pression
Dbit
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La chane cinmatique
Pompe Moteur
Aspiration
Refoulement Arbre de
transmission
(tanchit)
Hydraulique Electrique
Commande
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Carte commutation de pompes : pompe utilise
Pompe centrifuge : 60 90 % Couple variable
Pompe volumtrique alternative : 40 10 %
Couple constant
Pompe volumtrique rotative : % selon pays
Axe
rducteur
Pompe vis excentre
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Hauteur d aspiration
La hauteur de refoulementn'est limite que par ltechnologie des pompes. Elle est lie la forme de
la roue, son diamtre et au nombre de roues dans
le cas de pompe centrifuge multi-tages (plusieurs
roues en srie, jusqu' 12 dans le cas de pompes
immerges).
La hauteur d'aspirationthorique maximale est de 10,33 m (calcul sans perte de charge dans la conduite).Ceci est li au fait que la dpression maximale possible est le vide. L'cart entre la pression atmosphrique et le
vide est de 1 bar. Une dpression de 1 bar permet l'lvation d'une colonne d'eau de 10,33 m s'il n'y a pas de
perte de charge. Dans la pratique, la hauteur d'aspiration relle varie de 5 7 mtres.
Arrive du liquide
Aspiration
RefoulementSortie du liquide
Alimentation
du moteur
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Les diffrents types de pompes centrifuges
Couple rsistant = K vitesse2(sauf produits forte viscosit ou boue)
Pompe de surface Pompe ligne d'arbre Pompe submersible Pompe immerge
Garniture
mcanique
d'tanchit
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Le rseau hydraulique
RESSOURCE
UTILISATION
Conduite, tuyau
Pompe
centrifuge
Sens de dplacement
du fluide
Bassin
Rservoir de dpart
Cuve
BassinRservoir d'arrive
Cuve
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Le rseau hydrauliqueLes caractristiques d'un rseau hydraulique
Caractrise par :
une cote altimtrique : zi (z initiale)
une pression : pi (pression initiale)
une vitesse de fluide : Vi (vitesse initiale)
RESSOURCEpi, Vi
UTILISATIONpf, Vf
Conduite, tuyau
Pompe
centrifuge
Vitesse de dplacement
du fluide
ziPertes de charge
zf
Caractrise par (f = finale) :une cote altimtrique : zfune pression : pfune vitesse de fluide : Vf
Q = dbit
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Le rseau hydrauliqueLes quatre missions distinctes d'une pompe
Eventuellement
1 Elever gomtriquement le dbit contractuel Q de zi zf.
2 Mettre en pression ce mme dbit Q de pi pf.
Toujours
3 Assurer la mise en vitesse du dbit Q de Vi Vf
4 Vaincre, pour ce dbit contractuel Q, l'ensemble de toutes lespertes de charge de quelque nature qu'elles soient HJif
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Le rseau hydraulique :caractristique H = f (Q),hauteur manomtrique en fonction du dbit
C'est la pression demande par le rseau hydraulique la pompe aux diffrents dbits souhaits.
HAUTEUR(PRESSION)
HMT z z p p
g
V V
gH jF I
F I F IIF
( )
.
2 2
2
H jIF
V Vg
F I2 2
2
p pg
F I
.
( )z zF I
H.M.T.
RESEAU
DEBITTQmaxQ2Q1
4 Pertes de charge
3 Mise en vitesse
2 Mettre en pression
1 Elever gomtriquement
= densit
g = acclration due la pesanteur
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Le rseau hydrauliqueLes pertes de charge
Elles sont :
proportionnelles la longueur de la conduite
lies au diamtre de la conduite (et donc son encrassement)
lies aux changements de section de la conduite, aux coudes, aux
vannes, etc. proportionnelles au carr de la vitesse du fluide
lies la matire de la conduite : rugosit (frottement liquide/conduite)
lies la nature du fluide : viscosit (frottement liquide/liquide)
(la viscosit d'un fluide change en fonction de sa temprature)
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Le rseau hydrauliqueExemple de pertes de charge dans un rseau hydraulique
Des manomtres (mesure de pression) montrent la dgradation de la pression, en particulier au passage
dans les composants.
F
19,6 9,7 9,5 5
E
DCBAM0
F
M1
14 12
Pression disponible
bars
F
M019
18
A
B
10C
D
5,5
E
4,5
14 M111
L
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Le rseau hydrauliqueL'analogie entre la mcanique et l'hydraulique
Le surplus de couple fourni par le moteur cre un
couple acclrateur qui met en vitesse la mcanique
L'inertie J limite l'augmentation de vitesse.
Le surplus de pression de la pompe (P > z + p
+ Hj) cre une pression acclratrice de la colonne
d'eau N : vitesse linaire.
L'inertie, poids de la colonne d'eau M, limite
l'augmentation de vitesse (linaire).
d
dt
.
dN
dt.
CommentairesMise
en vitesse
Couple
acclrateur
Ca Jddt
Frottement
Couple rsistant
Pertes
+
Masse
Couple rsistant
Prrequis
Couple du moteur
=
altitude
+ pression
HYDRAULIQUE
= Pertes de charge+Pression
acclratrice
du liquide+
Pression
de la pompe
MECANIQUE
Cm CR Ca
Source
(zf - zi) + (pf - pi)= Hj+ M +P
CR
L t if
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La pompe centrifugeLes caractristiques lgales fournir
par le constructeur de la pompe
H = hauteur manomtrique exprime en mtre de colonne d'eau (mce), correspond une pression.
1 bar correspond une colonne d'eau de 10 mtres.
Pression fournie par la pompe
en fonction de son dbitNPSH requis : pression minimale ncessaire
en entre de la pompe pour viter le
phnomne de cavitation
Le rendement maximal n'est pas obtenu pour le dbit maximal
Puissance
Point de
dbit nulH
(mce)
Point de
dbit maximum
Q
Dbit m3/h
Q
Dbit m3/h
Rdt
%
Q
Dbit m
Q
Dbit m
NPSH
requis
(mce)
Pui
kW
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La pompe centrifugeL'amorage de la pompe centrifuge
Il est ncessaire d'amorcer la pompe centrifuge lors de son premier dmarrage.
Il faut remplir la conduite et la volute de la pompe afin qu'elle puisse dmarrer la colonne
d'eau.
Pour viter d'avoir amorcer cette pompe chaque dmarrage, il faut viter qu'elle se
dsamorce ; soit en utilisant des pompes auto-amorantes, soit en plaant sur la conduite
un clapet de pied laissant le liquide baigner la roue de la pompe.
Sens du fluide
Clapet de pied se fermant l'arrt de la colonne d'eau
Clapet de piedPompe auto-amorante
L t if
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La pompe centrifugeLe point de fonctionnement
Point de fonctionnement
Les pressions motrice et rceptrice
s'quilibrent.Le fluide a atteint sa vitesse.
Pression
Hauteur
manomtrique
(mce)
La pompe fournit une pression suprieure
aux besoins de l'application.
Le liquide acclre.
La pompe fournit une pression infrieure au
besoin de l'application.
L'acclration du liquide n'est pas possible.
Dbit m3/h
La pompe centrifuge
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La pompe centrifugeLa variation de dbit par vannage
Le vannage (du refoulement) modifie la caractristique du rseau hydraulique.
Il en rsulte une augmentation de pression.
La vanne peut tre manoeuvre manuellement ou lectriquement.
Pression
Hm
PMINI
Vanne presque ferme
Point de fonctionnement intermdiaire
Caractristique de la pompe
Point de fonctionnementVanne ouverte
QMAXIDbit
f
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La pompe centrifugeLa variation de dbit par la variation de vitesse de la pompe
La variation de vitesse modifie la caractristique de la pompe.
A un dbit rduit correspond une puissance consomme rduite.
Pression
Hm
Rseau hydrauliqu
QMAXI
Dbit
Si l'on veut une trs large
plage de variation de
dbit, il est prfrable :
d'avoir de fortes pertes
de charge,d'avoir une faible
hauteur d'lvation.
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La pompe centrifugeLe bilan en puissance mi-dbit
Puissance Hydraulique = Pression x Dbit
Pression
Vannage Variation de vitesse
Hm
Rseau hydraulique
Vanne moiti ferme
Rseau hydraulique
Vanne ouverte
Mi-dbit Dbit
Pression
Hm
Mi-dbit Dbit
L t if
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La pompe centrifugeLe calcul d'conomie d'nergie
ECO 8
ECO 8 est un logiciel de dmonstration d'conomie d'nergie
Son usage donne une indication de la dure d amortissement.
ECO 8 vite le fastidieux calcul manuel de l conomied nergiepour l Altivar.
Il possde des exemples types :
pompes avec diffrentes hauteurs d eau
ventilateurs
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La pompe centrifugeLa mise en parallle de pompes centrifuges
Pour effectuer ce montage,
il est indispensable de
choisir des pompes
possdant la mme hauteur
manomtrique dbit nul.
La mise en srie de pompe
permet d'augmenter la hauteur
manomtrique, mais ceci est la
fonction des pompes multi-
tages.
Courbes descendantes
et quasi identiques
H diff
m
H diff1
Points
d'opration stable
D m3/h
D1 D2
Courbe rsultante
H diff
m
H diff1
D m3/h
D1+ D2
Point d'opration stable
Courbes descendantes
mais trop diffrentes
H diff
m
H diff1
Points d'opration impossible
car en dessous du dbit mini
sauf s'il existe une recirculation
D m3/hD1 D2
H diff
m
H diff1
D m3/hD1+ D2
Point d'opration impossible
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La pompe centrifuge
Les risques de la pompe centrifuge
Les coups de blier, les coups de clapet.
Le dsamorage de la pompe.
Le barbotage de la pompe.
La cavitation de la pompe.
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La pompe centrifugeLes coups de bliers, les coups de clapet
Phnomne
La mise en mouvement ou l'arrt trop brusques de la colonne d'eau peuvententraner des surpressions et/ou des sous-pressions dans les conduites.
Risques
Destruction des conduites.
Destruction des clapets suivant leur technologie (clapets battant)
Solutions
Hydrauliques
Mcaniques
Electroniques
L if
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La pompe centrifugeLes coups de bliers, les coups de clapet
Solutions Hydrauliques
Ballon Chemine
antiblier
Mcaniques Electroniques
Inertie solidaire par rampe de dclration
de la pompe Dmarreur/ralentisseur
clapets ressort Variateur de vitesse
Moteur Inertie
ATV
ATS
LH4N2
L t if
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La pompe centrifugeLe dsamorage de la pompe
Phnomne
Manque d'eau par dfaut de ressource ou par conduite obstrue
Risques
Destruction de la pompe non prvue pour fonctionner sec
Solutions : prvention ou dtection
Capteur de niveau pour prvenir du manque d'eau.
Dtection d'un sous-courant illustrant la sous-charge.
Relais de mesure RM3.
Dmarreur/ralentisseur lectronique Altistart ATS46.
Variateur de vitesse Altivar.
Ressource
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La pompe centrifugeLe barbotage de la pompe
Phnomne
La pompe centrifuge tourne sans pouvoir dplacer le liquide pour desraisons de vitesse trop lente ou de conduite obstrue.
Risque
Destruction de la pompe.
Solutions
Eviter le fonctionnement par
le rglage du seuil de petite
vitesse LSP de l Altivar.
Il faut identifier le seuil de barbotage
HMT
Zone de
barbotage
Point de
fonctionnement
LSP Q
Ressource
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La pompe centrifugeLa cavitation de la pompe
Phnomne
Lorsqu'une pompe aspire un liquide plus rapidement que la ressource ne peut lui fournir, elle
cre une dpression dans la conduite d aspiration.
Dpression
Risques
Lorsque cette dpression est trop forte (approche du vide absolu), le liquide se vaporise dans laconduite, juste avant l'entre de la pompe. Lorsque ces bulles arrivent et touchent la roue ellesredeviennent liquide par de multiples micro-explosions (molculaires) perant progressivementla roue et la dtruisant.
Solutions
Dtection : mesure de bruit ou de vibrations par des sondes fixes sur la pompe.
Prvention : mesure de la dpression en entre de pompe par un pressostat.Rgler le seuil de grande vitesse (HSP) de l'Altivar. Le phnomne est plusprsent grande vitesse car les pertes de charge augmentent.
Ressource
La pompe centrifuge
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La pompe centrifugeLa cavitation de la pompe
Le NPSH
La courbe du NPSH requis est fournie par le constructeur de pompe. Le NPSH est la pression
minimale ncessaire en entre de pompe pour viter le phnomne de cavitation.
NPSH
(mCE)
6
4
2
0
0 50 100
Q (m3.h-1)
NPSH
(Net Positive Suction Head)Les pertes de charge
augmentent proportionnellement
au carr de la vitesse du fluide
et donc du dbit rduisant
d'autant la capacit d'aspiration
de la pompe (en relatif). De ce
fait, une cavitation interviendratoujours et d'abord grande
vitesse. Le front de la zone de
cavitation avancera vers les
petits dbits jusqu'au point de
fonctionnement o le
phnomne de cavitation sera
visible. Le rglage du seuil de
grande vitesse HSP d'un Altivarpeut rsoudre temporairement
ce problme.
HMT
P
Point de
fonctionnementZone de
cavitation
Exemple de rglage de HSP Q Front de la zone de cavitation
Q m3.h-1
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L offre produits associe hors AltivarLes dmarreurs/ralentisseurs lectroniques
Dmarrage en douceur : LH4N1, LH4N2, ATS46
Suppression des pointes de courant : LH4N2, ATS46
Ralentissement contrl : LH4N2, ATS46
Contrle total du couple moteur : ATS46
Suppression des coups de bliers : LH4N2, ATS46
Dtection du dsamorage de la pompe : ATS46
Dtection de la fin de dmarrage de la pompe : ATS46 Dtection de l'inversion du sens de rotation des phases : ATS46
Protection du moteur par relais thermique intgr : ATS46
Protection du moteur des pompes immerges, classe de dmarrage 2 s : ATS46
Encombrement rduit : LH4
Cblage simplifi : LH4
Mesure de surtension ou de sous-tension rseau : LH4, ATS46 PS : en gnral, plus les puissances desmoteurs sont importantes, plus l'emploi de
dmarreur/ralentisseur est rel.Pass 50 kW, le prix de l'ATS46 est rembourspar le cot des transformateurs, des cbles,des contacteurs, etc.
LH4N1
LH4N2
ATS46
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L offre produits associe, hors AltivarLes pressostats, vacuostats
Rgulation de pression avec pressostat analogique 4-20 mA : XML-E
Consommation < 20 mA
Dtection d'un seuil de pression : FSG, XMP, XML-A
Pour : commande signalisation
protection
Rgulation de pression en tout ou rien (2 seuils rglables) : XML-B
FSG
IP40
XMP
IP65
XML.A
IP66
XML.B1/500 bars
XML.E1/600 bars
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L offre produits associe hors AltivarLes relais de mesure
Sens de rotation des phases : RM3TR1
Absence de phase : RM3TR1
Mesure de niveau par mesure de rsistance : RM3LG, RM3LA
Electrode de niveau : LA9-RM201
Dtection de dsamorage de pompe (sous-charge) : RM3JA1
Permutation de pompes chaque dmarrage : CA2-SKE20
PS : les temporisateurs RE3, RE4, RE5 et les programmateurs sont utiles sur certaines applications de pompage.
RM3TR1
RM3LG
RM3JA1
CA2 SKE20
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Application : la distribution d eau potable
P1 P2 P3P
Pompes
Vanne
motorise
Chteau d'eau
Surpresseur
Surpresseur incendie
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Applications : la distribution d eau brute
et le relevage d eaux uses
Station de relvement eaux uses
Coffret lectrique
Forages
P
Irrigation Arrosage
Distribution
Pompes
immerges