Cours Turppes 2009
Cours Turppes 2009
Cours Turppes 2009
TURBOPOMPES 1
I- INTRODUCTION
Une station de pompage qui peut servir aussi bien pour l’irrigation que pour l’alimentation en eau
potable ou pour le transfert d’eaux chargées est constituée d’une ou plusieurs pompes qui aspirent des
volumes d’eau et les refoulent sous une certaine pression dans les canalisations du réseau.
Les deux éléments essentiels d’une station de pompage sont d’une part le moteur (thermique ou
électrique) et d’autre part la pompe.
Les turbopompes sont les pompes-types en irrigation. Elles sont simples, n’ont pas d’organes fragiles;
leur installation facile, leur encombrement réduit, et leur prix d’achat peu élevé. Elles peuvent donner
de très gros débits et rester cependant de dimensions restreintes ; elles s’accommodent des variations
de charge et des eaux chargées. Enfin leur accouplement aux moteurs électriques est aisé.
Une turbopompe fonctionne avec la force centrifuge. Une roue ou turbine transfert l’énergie
mécanique à l’eau sous forme de vitesse et de pression
La roue (turbine) : Elle transfert l’énergie mécanique à l’eau sous forme de vitesse Diffuseuret de
pression. L’eau qui entre dans la pompe par son centre est projetée vers la périphérie grâce à la
Roue ou turbine
force centrifuge. Le diamètre, la largeur et la vitesse de la turbine déterminent les performances de
la pompe. Ailette
Volute
-Ouverte : une faible variation de hauteur de refoulement entraîne une forte variation de débit.
Leur rendement est peu élevé. Elles sont réservées à l’équipement de petites pompes économiques.
-Semi-ouverte : la roue est fermée d’un côté. Ce type de roue est plus approprié pour les eaux
chargées
- Fermée : La roue est fermée des 2 côtés. Leur rendement est bon. Elles ne peuvent
pas être utilisées avec les eaux chargées. Elles conviennent en cas de fortes variations de
pression.
Les roues axiales sont plutôt utilisées pour des débits élevées et de faibles HMT. Les roues radiales
génèrent ROUE
des HMTRADIALE ROUE
plus élevées pour des SEMI-RADIALE
débits ROUE être
moindres. Plusieurs roues peuvent AXIALE
associées en
(Centrifuge) (Hélicocentrifuge) (Hélice)
série sur un même arbre de manière à augmenter la HMT globale de la pompe que l'on appelle pompe
multicellulaire
La volute : Elle reçoit l’eau qui sort de la roue et le dirige, soit vers l’orifice de refoulement ou
vers l’aspiration d’un autre étage de pompe (pompe multicellulaire). La section de la volute varie
en progression arithmétique afin d’y maintenir une vitesse constante et pour que l’énergie acquise
par le liquide se transforme progressivement en énergie de pression.
Le diffuseur : Certaines pompes sont équipées d’un diffuseur. Ce dernier comporte des ailettes
dont la courbure est calculée pour canaliser le liquide vers l’orifice de refoulement avec un
minimum de choc. Les particules liquides sortant de la roue avec une vitesse relativement grande,
passent progressivement à une vitesse plus faible. Le liquide perd de la vitesse au profit de
l’accroissement de pression. L’énergie cinétique est convertie en énergie de pression.
Transmission directe : l’arbre de la pompe est relié directement à l’arbre moteur par
un accouplement élastique ou bien il est commun à l’arbre moteur. Ce type d’accouplement ne
tolère aucun désalignement, cependant il est peu encombrant et très économique.
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 3
Transmission par variateur continu de vitesse : Le variateur de vitesse permet une variation
continue de la vitesse de la pompe entraînée pour une vitesse constante du moteur. Ses
avantages sont : économique, silencieux, se prête à une variation de vitesse sans arrêt des
machines, peut glisser en cas de blocage. Ses inconvénients : limitation de couple transmis,
nécessité d’un arbre intermédiaire pour inverser le sens de rotation, entretien méticuleux pour
l’alignement des axes et la tension des courroies.
Systèmes d’étanchéité : L’étanchéité entre la partie fixe et la partie mobile est assurée au
niveau de l’axe, suivant les modèles, par :
Une garniture mécanique composée d’une bague fixe ne nécessitant aucun entretien.
L’étanchéité est assurée par la friction de deux pièces, l’une fixe, le grain, l’autre tournante, la
coupelle ou bague une garniture mécanique comporte une bague fixe montée dans le corps de
pompe frottant en permanence sur une bague tournante montée sur l’arbre : pas d’entretien ni
de fuite d’eau ; maintenance et remplacement difficiles (démontage obligatoire) ; accepte mal
les arrêts prolongés (gommage et incrustations).
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 4
Matériaux de fabrication :
Tant pour le corps que pour la roue d’une turbopompe, on rencontre généralement
La fonte : c’est le matériau le plus utilisé. Il présente l’avantage d’un prix intéressant et se prête
bien au moulage. Il a toutefois des caractéristiques de résistance mécanique limitées.
L’acier : Il est employé pour les corps de pompes fonctionnant sous pressions importantes. Les
pompes avec corps en acier sont d’un prix plus important. L’acier inoxydable est employé dans
le cas d’eau très agressive ou en pompage d’eau brute pour ses qualités de résistance à
l’abrasion.
Les alliages de cuivre : ils constituent en général le matériau de prédilection pour la réalisation
des roues de par leurs qualités de moulage (bronze)
Les matières synthétiques sont de plus en plus employées et présentent l’avantage d’un prix
élevé et d’une bonne tenue à la corrosion.
Ces courbes représentent la variation de la hauteur énergétique (d’élévation) réelle ou nette (Hn), de la
puissance absorbée ou effective (Pe), du rendement de la pompe (p) et de la pression nécessaire à
l’entrée de la roue (NPSHr) en fonction de débit (Q).
V2
U2 V2r
Aube
W2
W2 2 W1
V2 V1
V2r 1
1 R2
1
V2u U2 U1
R1
Triangle des vitesses R2
l2
La hauteur d’élévation théorique s’exprime par la relation d’Euler :
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 5
U 2 V2 cos 2 U1 V1 cos1
Het
g
Fréquemment l’entrée de liquide dans la roue en 1 se fait radialement (1= 90 °), d’où :
U 2 V2 cos 2
Het
g
en remplaçant V2 cos 2 par U2 – W2 cos 2cette relation dans l’équation (3), on obtient:
U
2
U W2 cos 2
Het 2 2
g g
Soit l2 la largeur de sortie des canaux d’aubages (écartement entre les flasques), la section de passage
du liquide à la périphérie de la roue est : S2= 2 R2l2
Le débit est Q = S2 V2r = 2 R2 l2 W2 sin 2, d’où :
2
W2
Q U U2
et Het 2 Q avec U2 = R2
2 R2 l2 g 2 g R2 l2 tg 2
C’est l‘équation d’une droite de la forme : A + B*Q , dont A est positif, cependant le signe de B peut
être positif ou négatif, selon la valeur de l’angle 2. 3 cas de figure sont théoriquement possibles :
2 > 90° Het= A+ B*Q
2 = 90° Het= A
2 < 90° Het= A – B*Q
Les aubes sont le plus souvent incurvées et inclinées vers l’arrière par rapport au sens de rotation: 2 <
90° et Het = A – B * Q. C’est une droite dont l’ordonné à débit nul est égal A et dont la pente est
négative.
Par ailleurs, l’écoulement de liquide dans la roue s’effectue en réalité par déperdition d’une partie de
l’énergie théoriquement produite entre l’entrée 1 et la sortie 2. Ces pertes d’énergie ou des pertes de
charge sont causées, d’une part par les frottements des filets liquides entre eux et contre les parois des
aubages, et d’autre part par les chocs à l’entrée et à la sortie. Les premières sont de la forme hpc= k Q2
, les secondes ont la forme : hpc= k 1 (Q-q)2 ; ces dernières s’annulent pour
Q= q, intitulé débit d’adaptation et qui coïncide avec le fonctionnement optimal de la pompe.
Par conséquent, la hauteur d’élévation nette (Hn) est déduite en retranchant de He les valeurs de pertes
de charge totales (k Q2 + k 1 (Q-q)2 ). On obtient une parabole de la forme :
Hn a b Q c Q 2
a: est la hauteur dite de barbotage obtenue à débit nul. L’énergie transmise à la pompe se
transforme en énergie calorifique traduite par l’échauffement de l’eau dans la pompe par brassage
b et c sont des constantes
Hn est intitulée souvent par "Hauteur manométrique de la pompe". Elle représente l’effet utile dont est
capable la pompe. C’est une caractéristique indiquée sur le catalogue du constructeur et donnée
particulièrement par la mesure des pressions à l’entrée et à la sortie de la pompe.
La puissance théorique de la pompe est : Pt g Qt H et est une parabaole de la forme A’Q + B’Q2
La puissance nette est : Pn g Qr H n est la puissance qui tient compte de la hauteur réelle
d’élevation Hn et du débit réel donné Qr
La puissance effective (Pef) est la puissance que la pompe absorbe à l’arbre d’entraînement. Pour un
moteur d’entraînement électrique cette puissance peut être facilement déterminée connaissant le
rendement du moteur et la puissance électrique consommée, sinon on peut la déterminer par mesure du
couple (couple-mètre) et du régime (tachymètre) sur l’arbre d’entraînement de la pompe. Cette
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 6
puissance va varier avec la charge, donc avec le débit. L’expression de cette puissance peut être écrite
comme suit :
2 N C P
Pef Pgr m C n
60 p
Les courbes caractéristiques de la pompe donnent pour une vitesse de rotation constante la hauteur
manométrique de la pompe (Hn), la puissance effective (Pef) , le rendement de la pompe (p), le
NPSHr en fonction du débit (Q).
Les courbes sont relevées expérimentalement au banc d’essai. Pour obtenir ces courbes, on fait varier
le débit de la pompe au moyen d’une vanne placée au refoulement en maintenant la vitesse de rotation
constante (N). Pour chaque régime, on mesure le débit (Q), les pressions à l’entrée(p e) et à la sortie (ps)
de la pompe, la puissance du groupoe (P gr) absorbée par le moteur. La connaissance de ces grandeurs
permet en effet de calculer Hn , Pef (si nous connaissons m), et par suite p.
Ainsi, un point quelconque du diagramme représente pour la pompe donnée un point de
fonctionnement caractérisé par un débit Q, une hauteur manométrique totale H n et un rendement
pompe p.
H Dans leur catalogue
N (tr/mn) les constructeurs
Hn f (Q) donnent pour chacun
des types de pompes,
Pe soit des courbes
p caractéristiques, soit
un tableau de valeur,
f (Q) soit des diagrammes.
p
Dans certaines
Pef f(Q) graphes, le rendement
NPSHr et la puissance sont
f(Q) données sous forme de
Q courbes
d’équirendement et
d’équipuissance si la pompe est entraînée à des vitesses variables. D’autres pompes sont proposées
avec un courbier correspondant à 3 ou 4 roues au choix. (Voir annexe1)
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 8
En pratique la courbe de rendement de pompe revêt une importance capitale vu qu’elle est corrélée
à l’énergie qui sera dépensée au pompage. Cette courbe sera d’autant plus appréciée qu’elle est plate,
car dans ce cas elle pourra couvrir une grande plage de débits de fonctionnement sans qu’il y ait une
nette chute de rendement. La meilleure zone de rendement d’une turbopompe est celle qui dépasse la
valeur de 60 %. Le rendement maximum peut atteindre 85 %.
Lorsque l’on connaît les caractéristiques d’une turbopompe (Hn, Q) à une vitesse de rotation
donnée (N) et avec un diamètre nominal de la roue (D), on peut en déduire les caractéristiques de cette
pompe à toute autre vitesse et pour des diamètres différents.
Pompe fonctionnant à vitesses variables :
Soient Q , Hn, Pe, les valeurs respectives du débit , de la hauteur d’élévation et de la puissance
effective de la pompe à la vitesse N ; à la vitesse de rotation N1, ces valeurs deviennent Q1, H1 et Pe1.
On peut vérifier les relations suivantes :
2 3
Q 1 N 1 H 1 N 1 Pe 1 N 1
Q N H N Pe N
Cette variation de vitesse ne peut être tolérée que dans les limites de 20 de la vitesse nominale ;
autrement, les pertes hydrauliques dans la pompe deviennent élevées, le rendement de la pompe
change et les relations ci-dessus ne peuvent être appliquées.
1
N 10
p1 1 1 p
N
1
A1, B1, C1 et A2, B2 et C2 sont les points homologues des points A, B et C respectivement. Les
coordonnées de ces points sont déterminées à l’aide des lois (1) et (2). Ces points sont situés sur des
paraboles passant par l’origine des H
axes et t trouvées en éliminant le
rapport des vitesses (N1/N) ou (N2/N) A2
B2
entre les relations (1) et (2), ce qui
permet d’écrire que : A1 C2
B1
H N2
H1 ( 2 ) Q12 k Q12 A C1
Q B
H C
H 2 ( 2 ) Q2 2 k Q2 2 N1
Q
N Q
Pompes
géométriquement
semblables fonctionnant à la même vitesse:
l1
D D1
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 9
3 2 5
Q1 D1 H 1 D1 Pe 1 D 1
Q D H D Pe D
On peut modifier la caractéristique d’une roue en réduisant sont diamètre extérieur, mais la valeur de
l’angle de sortie ne peut se conserver que si cette réduction ne dépasse pas 15 % du diamètre initial.
H
A1, B1, C1 et A2, B2, C2 sont les
points homologues des points A, B A2
B2
et C respectivement. Ils se trouvent
C2
sur des droites passant par l’origine A1
B1
des axes et dont les équations sont C1 D2
déterminées en éliminant. A
B
Ainsi, par exemple pour déterminer C
le diamètre D1 correspondant à B1 D1
de coordonnées connues , on peut
tracer une droite passant par D Q
l’origine. Elle va croiser la parabole
de diamètre D au point B homologue de B 1. Le diamètre D1 sera déduit en utilisant les formules (4) et
(5).
3 2 2 3 5
Q 1 N 1 D 1 H 1 N 1 D1 Pe 1 N 1 D 1
Q N D H N D Pe N D
Vitesse spécifique :
La vitesse spécifique est un paramètre caractéristique permettant de classer les divers types de
turbopompes suivant leurs caractéristiques de fonctionnement. Elle est définie par :
1
N (tr / mn) Q( m / s )( 2 )
Ns
3
H ( m) 4
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 10
Le sens physique de la vitesse spécifique est le nombre de tours à la minute d’une roue semblable à
celle étudiée et qui élevait de 1 m un débit de 1 m3/s.
La vitesse spécifique est la même pour toutes les pompes semblables et ne change pas avec la vitesse
pour la même pompe.
Pour les mêmes conditions de hauteur et de débit, les pompes de plus grande vitesse spécifique
tourneront plus vite et seront plus petites ; par ailleurs pour la même vitesse et le même débit, les
pompes de plus grande vitesse spécifique fonctionneront avec une hauteur d’élévation plus faible ou
pour la même vitesse et la même hauteur, avec des débits plus élevés.
Quand on l’utilise pour caractériser un type de pompe, N s est calculée pour le point de fonctionnement
optimal. Pour une pompe multicellulaire, Ns est calculée sur la base de la hauteur par étage.
l2
a/ Couplage en série
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b/ Couplage en parallèle
Nécessité d’amorçage
Soit une pompe aspirant dans un milieu où règne la pression atmosphérique. Au démarrage, si la
pompe n’est pas en charge, elle tourne dans l’air créant une hauteur énergétique qui se porte sur
l’aspiration en donnant naissance à une dépression sensiblement égale à :
ps - pe= He * air * g
2
ps V s pe Ve 2
en effet, He ( Zs ) ( Ze )
g 2g g 2g
ps pe Vs 2 Ve 2
He ( Zs Ze)
g g
or Zs – Ze 0 pour une pompe horizontale ; Vs2 – Ve2 0 car le fluide est de l’air
ps pe
D’où He
g et ps - pe = He * air * g
Dans le cas des pompes de surface on doit éviter que la canalisation d'aspiration comporte des points
hauts (cas de contre-pentes) où l'eau peut s'accumuler. Si les points hauts ne peuvent être évités,on doit
placer un robinet de purge afin d'évacuer l'air emprisonné au cours de l'amorçage .Une pompe
centrifuge ne peut s'amorcer d'elle-même si elle n'est pas remplie d'eau, (ainsi que sa canalisation
d'aspiration).
L'amorçage peut se faire :
¤ Soit par le robinet de purge généralement situé au point haut de la pompe,
¤ Soit par un répertoires charge de capacité suffisante situé au-dessus de la
pompe qui maintient le plein d'eau dans le corps de pompe, même à l'arrêt,
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 13
¤ Soit par un montage sur l'arbre de la pompe d'un élément rotatif auto
amorçant.
On notera qu'une pompe centrifuge, même munie d'un clapet de pied , peut se désamorcer si elle
pompe de l'eau susceptible de contenir de l'air ou du gaz .Pour éviter ces inconvénients, il est
préférable d'utiliser des pompes auto-amorçantes ou des pompes pouvant pomper indifféremment l'eau
ou l'air .On peut aussi placer sur le refoulement une chambre réservoir dont le volume est supérieur à
celui de la pompe et du tuyau d'aspiration. Les réamorçages se font automatiquement a condition qu'il
y ait bien un clapet de pied d'aspiration. On peut également, lorsque la canalisation de refoulement est
pleine, court-circuiter (by pass) le clapet de retenue du refoulement au moyen d'un petit tuyau muni
d'une vanne. Le volume d'eau dans la colonne de refoulement doit être suffisant pour remplir la pompe
et son aspiration
Le vide théorique maximum que l’on puisse obtenir est un vide de 760 mm Hg ou de 10,33 m H2O.
C’est donc aussi la hauteur théorique maximum à laquelle l’eau peut monter dans l’aspiration d’une
pompe.
En fait, une pompe centrifuge est incapable de fonctionner avec une hauteur d’aspiration de 10,33 m.
Au maximum, on admet une hauteur de 8 m pour une pompe normale, avec de l’eau à 0° et une
pression barométrique de 760 mm Hg.
est limitée par la pression à la surface du liquide à pomper. Très souvent cette pression se
limite à la pression atmosphérique. Celle-ci diminue avec l’altitude.
dépend de la nature du fluide à pomper. Plus petit sera le poids volumique du fluide à
pomper, plus grande sera la hauteur d’aspiration théorique possible.
est diminuée par les pertes de charge dans la tuyauterie d’aspiration. Il est donc
recommandé de choisir des tuyauteries de diamètre approprié au débit à pomper et
comportant un minimum de coudes et accessoires augmentant la perte de charge (crépines,
clapets,..)
est diminuée par la vitesse d’entrée du liquide dans la pompe : Ve2/2*g
Ces termes soustractifs varient proportionnellement au carré de la vitesse du liquide, donc au carré du
débit. La hauteur maximum d’aspiration diminue paraboliquement en fonction du débit. Les conditions
d’aspiration doivent donc être vérifiées en se basant sur le débit maximum qui pourrait être demandé à
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 14
la pompe faute de quoi il pourrait arriver que la pompe fonctionne normalement aux faibles débits,
mais se désamorce pour des débits élevés.
Sera d’autant plus grande que la pression absolue à l’entrée de la pompe sera plus petite. Or,
cette pression ne peut descendre en dessous de la tension de vapeur saturante P vs du liquide
à la température de pompage.
Ceci limite le vide que l’on peut créer au-dessus du liquide à pomper, c’est-à-dire la
hauteur maximum d’aspiration. Si la pression du liquide devenait donc égale à la tension de vapeur P vs
du liquide à la température de pompage, celui-ci entrerait alors en ébullition, provoquant le
phénomène connu de cavitation, phénomène extrêmement préjudiciable aux matériaux de la pompe et
pouvant ainsi amener le désamorçage.
Le fonctionnement normal de la pompe exige donc que la pression absolue à l’entrée de la pompe reste
supérieure à la tension de vapeur saturante du liquide à la température de pompage (voir Annexe 2),
soit :
Patm Pe P
vs
g g
En raison même de sa construction, il existe dans la pompe près des bords d’attaque des aubes (point
é) certains points où la pression est plus faible qu’à la bride d’aspiration (sections étranglées où
l’accroissement de vitesse (vé) entraîne nécessairement des chutes de pression). D’où il faut que:
Patm Pe k V 2 é
Pvs
g 2g g
Patm Pe
vac en remplaçant par sa valeur dans (I) on
g
trouve la relation suivante:
e é* D1
Patm P V 2e V 2é
vs ha Ja k
g g 2g 2g
NPSH d NPSH d
NPSH : Net positive suction head ou charge positive nette d’aspiration. Elle représente la pression
minimum dont doit disposer, en plus de la tension de vapeur du liquide à la bride d’aspiration de la
pompe pour que celle-ci puisse fonctionner sans cavitation.
H
NPSHr ou NPSH requis. C’est une caractéristique intrinsèque de la pompe. Elle est donnée par les
P /
constructeurs au même titre que les autres caractéristiques de atm hauteur, de puissance et de
rendement. g
Pvs / g
NPSHd ou NPSH disponible. C’est une caractéristique intrinsèque de l’installation. Elle dépend de
l’utilisateur de l’installation. ha
C’est cette relation qui en dernier ressort détermine la hauteur d’aspiration :
Ja NPSH r
SANS CAVITATION
NPSH d
Q
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 15
Patm Pvs
ha Ja NPSH r
g g
La hauteur de fonctionnement que devra donner la pompe avec le débit demandé est la somme de trois
éléments :
Hauteur géométrique totale
Pertes de charge dans les canalisations et les différents accessoires du réseau
Pression au point d’utilisation de l’eau (asperseurs, goutteurs, réservoir à surface libre,
réservoir sous pression, etc.)
La courbe caractéristique de l’installation donne la variation de la hauteur manométrique totale de
l’installation en fonction du débit. L’équation de cette courbe caractéristique est de la forme :
4
P4 P1 V 2 V12
Hr ( Z 4 Z1 ) 4 Ja Jr H k Q 2
g 2g
H : hauteur statique k Q 2 : Hauteur dynamique
2 P 3
Dans le cas de refoulement dans un réservoir (P 4=P1=Patm; V4=V10) , cette équation peut être
simplifiée : Hr ( Z 4 Z1 ) Ja Jr Hg K Q 2
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 17
Il existe des circuits bien plus complexes tels que par exemple les réseaux de distribution d’eau dans
les villes, ce qui complique beaucoup la caractéristique du circuit résistant. En effet il faut tenir compte
des multiples branchements, ramifications et organes divers de robinetterie. Ceux-ci peuvent être
ouverts ou fermés totalement ou partiellement et au total, on voit que suivant la position des vannes, un
réseau peut avoir plusieurs caractéristiques différentes.
Une pompe s’adapte avec le circuit sur lequel elle est installée. L’énergie qu’elle fournit est donc égale
à l’énergie demandée par l’installation, ce qui revient à dire que Hn de la pompe sera égale à Hr du
réseau. La courbe du réseau coupe celle de la pompe en un point d’intersection intitulé « Point de
fonctionnement » de la pompe.
La verticale menée par ce point donne, aux échelles respectives le débit Q, le rendement e et la
puissance Pe pour le régime envisagé.
On peut démontrer que Hn =Hr. En effet, si on applique Bernoulli entre les points 1 et 2 d’une part, et
les points 3 et 4 d’autre part, on trouve :
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 18
P1 V12
H 2 Z1 Ja
g 2g P4 P1 V42 V12
H3 H 2 Hn (Z4 Z1) Ja Jr Hr
P4 V42 g 2g
H3 Z4 Jr
g 2g
VIII.3- Choix d’une pompe et son adaptation à une installation donnée:
Nous pouvons admettre qu’un rendement supérieur à 70% est un bon rendement. Ceci permet de
déterminer sur la courbe Hn = f(Q) un segment sur lequel on s’efforce de maintenir le point de
fonctionnement de la pompe. On voit de suite entre quelles limites de débit et hauteur, il est permis de
faire fonctionner la pompe (toujours à vitesse constante).
Lorsque le point de fonctionnement tombe en dehors de cette zone on peut adapter, soit le réseau à la
pompe, soit la pompe au réseau. Plusieurs moyens sont utilisés pour réaliser un point de
fonctionnement dans les meilleures conditions possibles :
En manœuvrant la vanne, on modifie la valeur des pertes de charge et on redresse plus ou moins la
courbe du réseau. On déplace alors le point de fonctionnement le long de la courbe de pompe. On peut
recourir à ce moyen de réglage dans la mesure où le rendement de la pompe ne soit pas affecté et le
vannage est réalisé sans entraîner une consommation importante d’énergie due aux pertes de charge
singulières supplémentaires dans la vanne.
R’’’ R’’
Hauteur géométrique
H R’
R
totale
Vanne de P
réglage
Le point de fonctionnement se déplace le long de la courbe du réseau. A cet égard on peut utiliser par
exemple : un moteur électrique à courant continu alimenté à tension variable, ou un moteur asynchrone
avec variateur de fréquence.
A la différence de réglage de débit par vanne, ce système n’engendre pas d’augmentation inutile de
pression et on réalise une substantielle économie d’énergie. Cependant cette variation de vitesse ne
peut s’opérer que dans une fourchette de plus ou moins 20 % de la vitesse nominale.
Il faut également souligner que la variation de la hauteur géométrique due par exemple
à une éventuelle fluctuation du niveau d’eau dans un puits entre le niveau statique et le niveau
dynamique entraîne une translation de la courbe du réseau avec un déplacement consécutif du point de
fonctionnement. Ce même résultat est obtenu également dans le cas d’une pompe qui bat dans un
réservoir de régulation où le niveau d’eau varie entre un niveau haut correspondant à l’arrêt du groupe
et un niveau bas correspondant à son arrêt.
Vannage
Vannage
Variation
Variation de
de vitesse
vitesse
Vannage
H
m10
0 Courbe reliant les points
de rendement maxi
5
0
1450 tr/mn
1280 tr/mn
1130 tr/mn
Q
50 60 80 100
m3/h
Fréquemment, le constructeur offre dans son catalogue, pour les petites pompes tout au moins, des
groupes motopompes complets, équipés soit de moteur électrique, soit de moteur thermique.
Pour des pompes d’importance moyennes, le moteur n’est pas généralement plus offert dans le
catalogue du constructeur de pompes ; il y a lieu :
Soit en lui donnant une offre, ce qui permet d’assurer une concordance parfaite entre le
moteur et la pompe
Soit d’approvisionner séparément le moteur
Dans ce dernier cas, on devra donc déterminer les caractéristiques de ce moteur, en consultant le
catalogue du fournisseur de pompes, qui indique toujours la puissance absorbée par la pompe ainsi que
sa vitesse.
En général la puissance du moteur est déterminée en affectant la puissance absorbée par la pompe
d’une majoration nécessaire :
La classification la plus importante est celle qui est relative à leur installation :
Pompes de surface:
Elles sont installées à sec, hors du puits ou forage. La hauteur ne peut dépasser plus de 8 mètres
compte de tenu d’un certain nombre de facteurs limitants: pertes de charge à l’aspiration, altitude du
forage, vaporisation de l’eau. En effet à pression atmosphérique normale (1 bar) la hauteur maximale
théorique qu’on peut atteindre est évaluer à 10,33 mce. Mais comme l’énergie nécessaire pour
vaporiser l’eau diminue avec la pression, à l’aspiration de la pompe ou règne une dépression, la
capacité de succion de la pompe est limitée. Par conséquent il faut vérifier, pour une situation
particulière de pompage (température de l’eau et altitude du point d’eau) les conditions de
vaporisation de l’eau afin d’éviter le phénomène de cavitation (formation de poches de gaz).
Ces pompes peuvent être mono ou multicellulaire, à axe horizontal ou vertical, à commande par un
moteur électrique ou thermique et installées à l’intérieur ou l’extérieur d’un local si les protections aux
intempéries sont prises en ligne de compte.
Elles sont à encombrement réduit, leur rendement est élevé, leur entretien facile et leur prix d’achat est
intéressant.
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 22
On doit prévoir :
Un clapet de retenue pour éliminer tout risque de coups de bélier dès que la dénivellation dépasse 5
m.
Une vanne à passage direct permettant un réglage éventuel du débit ou de réduire la puissance
absorbée au moment du démarrage. Elle doit être installée après le clapet de retenue.
Elles sont placées au fond du puits. L’entraînement de la pompe se fait par un moteur depuis le sol par
l’intermédiaire d’une ligne d’arbre placée à l’intérieur de la colonne de refoulement. Le guidage des
arbres se fait par des paliers placés à des intervalles réguliers.
Elles sont utilisées dans le cas de puits de profondeur moyenne (coût d’achat et d’entretien; pertes de
puissance par frottement) et d’absence d’énergie électrique.
L’ entretien de leur moteur est facile
Pompes immergées :
La pompe et le moteur forment un ensemble qui est immergé dans le puits ou le forage. Le moteur
électrique doit être étanche. Le cadre qui sert à l’alimentation du moteur de la pompe doit être
imperméable, résistant et le joint, entre le câble et le moteur parfaitement étanche.
Du fait de leur immersion dans le puits, ces pompes ne nécessitent par d’amorçage.
Ces pompes généralement multicellulaires pour développer de fortes hauteurs de refoulement.
Leur installation nécessite de l’énergie électrique. Les pertes de puissance sont surtout liées à la qualité
de l’installation électrique: jonctions, câbles etc.
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 23
Pompes de surface
X—PROTECTION ET REGULATION
Par vannage : c’est le procédé de régulation le plus simple. Cette permet de diminuer ou
d’augmenter le débit refoulé selon les besoins, et sert aussi à la protection au démarrage de
l’installation. Néanmoins, le vannage entraîne une dépense en énergie plus importante en
raison des pertes de charge supplémentaires introduites par la vanne.
Par niveau d’eau du réservoir : Dans ce mode de régulation, le fonctionnement de la
pompe est commandé par un détecteur automatique du niveau d’eau dans le réservoir d’eau.
Les détecteurs les plus répandus sont des systèmes à flotteurs.
Par réservoir sous pression : Le fonctionnement de la pompe est commandé par un
détecteur automatique (pressostat) dans un réservoir étanche sous pression d’air.
Par variation de vitesse de rotation de la pompe
ANNEXES
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ANNEXE 1
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BNIAICHE A. TURBOPOMPES 28
BNIAICHE A. TURBOPOMPES 29
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Hr
Hr
Hc
Ha
Hg = Ha + Hr
Hg = Ha - Hc
Hr
Hr
Hg = Ha - Hc
Hg = Ha - Hc
Hc Pompe à 5 étages
Hc
Crépine
Moteur
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Caractéristiques du réseau
Pn
H H
J J
Arroseur
Hg
Hg
Q
Q
H J
Enceinte
sous P P
pression
Hg
H H’g
H g
a
Q
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