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Final Master's Thesis (Mémoire Fin D'tude) (PFE) Koriba Aymen
Final Master's Thesis (Mémoire Fin D'tude) (PFE) Koriba Aymen
Final Master's Thesis (Mémoire Fin D'tude) (PFE) Koriba Aymen
Ministry of Higher Education and Scientific Research وزارة التعليم العالي والبحث العلمي
Mohamed Boudiaf University of M'sila جامعة المسيلة
Faculty of Technology كلية التكنولوجيا
Nous tenons à remercier le dieu Allah de nous avoir donné le courage et la force pour la
réalisation de ce travail. Toutes nos infinies gratitudes à notre encadrure Dr.Bouaouina Lalouani et tous
les enseignants qui préservés beaucoup effort afin de transmettre leur savoir et leurs expériences aux
étudiants sans eux cette soutenance n’aura pas eu lieu.
Nous exprimons notre sincère remerciement à monsieur Benziane Mohamed Larbi et Mimoune
Abd Razak et tout le personnel de la station sp3 de m'sila qui nous ont toujours soutenus, Sans oublier le
responsable de la station monsieur Soltani Abdellouahab qui nous a beaucoup facilité a notre stage
pratique.
On tient à remercier nos parents, nos familles et nos proches et nos amis qui nous ont toujours
soutenus, enfin nous remercions toutes les personnes qui de près ou de loin, ont contribué à l’élaboration
de ce travail.
SOMMAIRE :
................................................................................................................................................................ 1
Introduction générale ................................................................................................................................... 3
Chapitre I : Technologies Des Turbopompes ............................................................................................ 4
I.1 Introduction : .......................................................................................................................................... 5
I .2 Technologies des pompes : .................................................................................................................... 5
I.3 Classification des turbopompes :........................................................................................................... 5
I.4 Description d’une pompe centrifuge : .................................................................................................. 6
I.5.1 Principe de fonctionnement d’une pompe centrifuge : ...................................................................... 7
I.5.2 Technologie de pompe centrifuge : ................................................................................................... 8
I.5.3 Composition d'une pompe centrifuge : ............................................................................................ 12
I.5.3.1 Organe mobile (roue) : .............................................................................................................. 12
I.5.3.2 Organe fixe (diffuseur) : ........................................................................................................... 13
I.5.4 Dimensions principales de la pompe centrifuge : ............................................................................ 14
I.6 Avantages et inconvénients des turbopompes : ................................................................................. 15
I.7 Domaines d’utilisations des turbopompes :........................................................................................ 15
I.8 Les problèmes et contrôles des pompes centrifuges : ........................................................................ 17
I.9 Conclusion : ........................................................................................................................................... 18
Chapitre II : Etude Energétique d'une Turbopompe ............................................................................. 19
Ⅱ.1 Introduction :....................................................................................................................................... 20
Ⅱ.2 Théories générales de mécanique des fluides dans les turbomachines : ........................................ 20
Ⅱ.2.1 Conservation de masse : ................................................................................................................. 20
Ⅱ.2.2 Réaction dynamique du fluide sur un canal : ................................................................................. 20
Ⅱ.2.3 Théorème d'Euler :.......................................................................................................................... 21
Ⅱ.2.4 Théorème de Bernoulli : ............................................................................................................. 22
Ⅱ.3 Courbe caractéristique du circuit d’installation : ............................................................................ 23
Ⅱ.3.1 La hauteur géométrique : ................................................................................................................ 23
Ⅱ.3.2 Viscosité du fluide : ........................................................................................................................ 23
Ⅱ.3.3 Rugosité du matériau : .................................................................................................................... 24
Ⅱ.3.4 les pertes de charge : ....................................................................................................................... 24
Ⅱ.3.4.1 Perte de charge linéaire : ......................................................................................................... 25
Ⅱ.3.4.2 Perte de charge singulière : ...................................................................................................... 27
Ⅱ.4 Courbes Caractéristiques du réseau : ............................................................................................... 29
Ⅱ.5 Courbes Caractéristiques théorique de la pompe :.......................................................................... 29
Ⅱ.5.1 Triangle des vitesses : ..................................................................................................................... 29
Ⅱ.5.2 Hauteur théorique et débit : ............................................................................................................ 30
Ⅱ.5.3 Courbe caractéristique - droite d'Euler - droite théorique : ............................................................ 31
Ⅱ.6 Courbes Caractéristiques réel de la pompe : .................................................................................... 31
Ⅱ.6.1 Les courbes caractéristiques réal de la pompe : ............................................................................. 31
Ⅱ.6.2 La Hauteur manométrique : ............................................................................................................ 32
Ⅱ.6.3 Le Débit volumique : ...................................................................................................................... 32
Ⅱ.6.4 La Puissance de pompes : ............................................................................................................... 33
Ⅱ.6.5 La vitesse spécifique :..................................................................................................................... 33
Ⅱ.6.6 La vitesse de rotation : .................................................................................................................... 34
Ⅱ.6.7 Le rendement des turbomachines : ................................................................................................. 34
Ⅱ.7 Lois de similitude dans les pompes : .................................................................................................. 35
Ⅱ.7.271 Définition la similitude : ............................................................................................................. 35
Ⅱ.7.2 La similitude des pompes centrifuges : .......................................................................................... 35
Ⅱ.8 Choix d'une pompe pour une installation :....................................................................................... 36
Ⅱ.8.1 Critères de choix d’une pompe centrifuge :.................................................................................... 36
Ⅱ.9 Principaux problèmes posés dans les circuits de transport de fluides : ......................................... 38
Ⅱ.9.1 Point de fonctionnement : ............................................................................................................... 38
Ⅱ.9.2 Groupement des pompes (Série et parallèle) : ................................................................................ 39
Ⅱ.9.2.1 pompes 1 et 2 en série : ........................................................................................................... 39
Ⅱ.9.2.2 Pompes 1 et 2 en parallèle : ..................................................................................................... 40
Ⅱ.12.3 Hauteur d'aspiration et d'amorçage de pompes : .......................................................................... 41
Ⅱ.12.3 Cavitation : ................................................................................................................................... 41
Ⅱ.13 Conclusion : ....................................................................................................................................... 42
Chapitre Ⅲ : Étude du Phénomène de Cavitation ................................................................................. 43
Ⅲ.1 Introduction : ..................................................................................................................................... 44
Ⅲ.2 Définition le phénomène de cavitation : .......................................................................................... 44
Ⅲ.4 Détection théorique du phénomène de cavitation : ........................................................................ 45
Ⅲ.5 Les facteurs d’apparaissons du phénomène de cavitation dans les turbopompes : .................... 46
Ⅲ.5 Les effets du phénomène de cavitation dans les turbopompes : .................................................... 47
Ⅲ.5.1 Les effets Physique dans les pompes centrifuges :........................................................................ 47
Ⅲ.5.1.1 Bruit de cavitation : ................................................................................................................ 47
Ⅲ.5.1.2 Vibrations de cavitation : ....................................................................................................... 48
Ⅲ.5.2 Les effets mécaniques sur les pompes centrifuges : ...................................................................... 49
Ⅲ.5.2.1 Érosion de cavitation : ............................................................................................................ 49
Ⅲ.6 Les paramètres du phénomène de cavitation : ............................................................................... 50
Ⅲ.6.1 Le NPSH : ..................................................................................................................................... 50
Ⅲ.7 Traitement du phénomène de cavitation : ....................................................................................... 51
Ⅲ.13 Conclusion : ...................................................................................................................................... 52
Chapitre Ⅳ : Vérification du Phénomène de Cavitation dans la Station SP3 De M’Sila ................... 53
Ⅳ.1 Introduction : ..................................................................................................................................... 54
Ⅳ.2 Les groupes électropompes principales (GEP 301 A/B/C/D/E) dans la station : ......................... 54
Ⅳ.3 Les groupes électropompes boosters (P 302 A/B/C/) dans la station : .......................................... 55
Ⅳ.4 L'Analyse des procédures des groupe électropompe booster (EP) : ................................................ 56
Ⅳ.5 L'Analyse des procédures des groupe électropompe principale (GEP) : ..................................... 58
Ⅳ.5.1 Les pertes de charge linéaire dans le passage : ............................................................................. 59
Ⅳ.5.2 Les pertes de charge singulières dans le passage : ........................................................................ 61
Ⅳ.5 Conclusion : ........................................................................................................................................ 64
Conclusion Générale .................................................................................................................................. 66
Références : ................................................................................................................................................. 67
Introduction Générale
2|Page69
Introduction Générale
Introduction générale
Les pompes hydrauliques sont parmi les plus vieilles machines inventées à travers l’histoire de l’humanité.
Leur première utilisation remonte à l’antiquité où les Romains et les Grecs s’en servaient pour transporter
l’eau et alimenter les villes. [1]
Il faut attendre la Seconde moitié du XIX siècle ou on voit le démarrage de l’utilisation des pompes
centrifuge (Angleterre – Allemagne), Plusieurs modèles sont présentés à la grande exposition universelle de
Londres en 1851. [2]
Les pompes centrifuges occupent une place très importante dans les entreprises nationales notamment
Sonatrach, elles jouent un rôle clé dans la production et le pompage des fluides,
La bonne installation des pompes hydraulique dans le circuit de transport et stockages de fluide ainsi la
maitrise de la technologie des pompes hydraulique fait diminuer le coût d’investissement et augmenter la
durée de vie ainsi le rendement, ce qui contribuent également au développement des technologies de
pompage et la disponibilité de ces installations.
Pour toutes les raisons qui précédent, la synthèse que nous développons dans ce présent travail contribue à
approfondir des connaissances dans la filière de transport et stockage des hydrocarbures dans les
canalisations et la bonne maitrise de la technologie des pompes centrifuges qui sont utilisées à ces fins.
L’une des pannes mécaniques les plus communes dans une pompe centrifuge est précisément le
phénomène de cavitation, qui reste aujourd’hui encore, un sujet de préoccupation majeure pour qui
s’intéresse aux pompes, qu’il soit utilisateur, installateur ou bien entendu constructeur.
L’évolution rapide de l’industrie des pompes, les récents progrès réalisés dans l’étude et la
compréhension des nombreux mécanismes qui régissent le phénomène de cavitation, rendent nécessaire la
mise à jour des connaissances sur le sujet.
Ce présent travail a pour but de fournir des explications et des éléments directement exploitables sur
le plan pratique, tout en essayant de mettre en évidence la multiplicité et la complexité des nombreux
éléments à prendre en compte et qui contient la vérification de fonctionnent des pompes centrifuge sans
cavitation dans la station de Transport SP3 de M’Sila.
3|Page69
Chapitre I
4|Page69
Chapitre I
I.1 Introduction :
Ce chapitre a pour but de faire une synthèse bibliographique sur la technologie des pompes hydrauliques et
mettre en évidence les avantages et les inconvénients de chaque type de pompe ainsi leurs domaines
d’utilisation.
5|Page69
Chapitre I
POMPES HYDRAULIQUE
à piston à
engrenages
à noyau
plongeur à péristaltiques
6|Page69
Chapitre I
7|Page69
Chapitre I
1)L’aspiration :
Le liquide est aspiré au centre du rotor par une ouverture appelée distributeur dont le rôle est de conduite le
fluide depuis la conduite d’aspiration jusqu’à la section d’entrée du rotor.
La pompe étant amorcée, c’est-à-dire pleine de liquide, la vitesse du fluide qui entre dans la roue augmente
et par conséquent la pression dans l’ouïe diminue et engendre ainsi une aspiration et maintient l’amorçage.
2)L’accélération :
Le rotor transforme l’énergie mécanique appliquée à l’arbre de la machine en énergie cinétique.
A la sortie du rotor, le fluide se trouve projeté dans la volute dont le but est de collecter le fluide et de le
ramener dans la section de sortie.
3)Le refoulement :
Dans l’élargissement en sortie, qui se comporte comme un divergent, le liquide perd de la vitesse au profit
de l’accroissement de pression : l’énergie cinétique est convertie en énergie de pression au niveau de
diffuseur. [6]
8|Page69
Chapitre I
Figure I.8 Roue à simple aspiration [6] Figure I.9 Roue à double aspiration [6]
9|Page69
Chapitre I
10 | P a g e 6 9
Chapitre I
d) La pression engendrée
- Faible pression
- Forte pression
e) Moyen d’accouplement
- Par chaine
- Par engrenage - Par bride
- Par courroie
f) Moyen d’entrainement
- Par moteur électrique
- Par moteur diesel ou essence - Par turbine à vapeur ou à gaz
g) Le trajet du fluide par rapport à l’axe:
11 | P a g e 6 9
Chapitre I
12 | P a g e 6 9
Chapitre I
Cette pièce dirige les filets liquides vers la volute qui se termine par un cône divergent qui contribue à
ralentir la vitesse du liquide et de la récupérer sous forme d’énergie cinétique correspondante.
Comme l’arbre traverse le plus souvent la volute, il est nécessaire de réaliser à cet endroit un dispositif
assurant l’étanchéité globale. Ceci est effectué à l’aide de deux types principaux d’accessoires : une presse
étoupe ou une garniture mécanique.
13 | P a g e 6 9
Chapitre I
14 | P a g e 6 9
Chapitre I
Le domaine d’utilisation des machines centrifuges est extrêmement vaste et couvre les extrêmes suivants :
D'une manière générale, le nombre de tours spécifique peut servir qualitativement à distinguer des
différentes conceptions de pompes, sachant que seul son fabricant, à la suite d'essais de type et même des
essais effectués sur l'appareil particulier, est en mesure de confirmer les performances particulières de telle
ou telle machine.
Le tableau I.2 fournit quelques indications chiffrées en ordres de grandeurs (nombre de Brauer avec h et Q
respectivement en mètres - et kg/m3)
15 | P a g e 6 9
Chapitre I
NB(nombre
Type d'impulseur Forme impulseur hauteur maximum rendement
de Brauer)
800 m
7–30 Pompe radiale 40–88 %
(jusqu'à 1 200 m)
➢ Hydro‐électricité (barrage).
➢ Alimentation urbaine (réseau d’alimentation d’eau urbaine).
➢ Château d’eau.
➢ Industrie hydrocarbure (production du pétrole).
16 | P a g e 6 9
Chapitre I
Désamorçage de la pompe après Quantité excessive d'air ou de gaz Vérifier que la tuyauterie d'aspiration est étanche
démarrage. dans le liquide. à l'air.
Fuite d'air dans la ligne Vérifier et purger les tuyauteries et le circuit
D’aspiration.
Pression de refoulement Insuffisante. Hauteur totale du système Vérifier les pertes du système.
Supérieure à la hauteur Vérifier et purger les tuyauteries et le circuit.
Différentielle générée par la
Pompe.
Quantité excessive d'air ou de gaz
dans le liquide.
Débit insuffisant. Poche d'air ou de vapeur dans la Vérifier la conception de la ligne d'aspiration la
ligne d'aspiration. ligne pour les poches de vapeur.
Fuite d'air dans la ligne Vérifier que la tuyauterie d'aspiration est étanche
d'aspiration. à l'air
Débit nul. Entrée de la tuyauterie Vérifier la conception du circuit.
D’aspiration insuffisamment Vérifier le remplissage. Aérer et/ou amorcer.
Submergée.
La pompe ou la tuyauterie
D’aspiration n'est pas remplie
Complètement de liquide.
Tableau I.3 Problèmes raison et contrôles possibles des pompes centrifuges [20]
17 | P a g e 6 9
Chapitre I
I.9 Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons décri le principe de fonctionnement des pompes et ces composantes
principales, leurs avantages et inconvénients pour différents types de pompes.
La technologie de chaque type de pompe est liée aux domaines d’utilisation et aux caractéristiques
demandées par l’installation du circuit de pompage.
18 | P a g e 6 9
Chapitre II
19 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ⅱ.1 Introduction :
Ce chapitre a pour but de faire une synthèse bibliographique sur l’étude énergétique des turbopompes et les
écoulements dans les conduites, donc les installations de pompage ou de transport de fluides et les
phénomènes qui peuvent surgir pendant leurs fonctionnements.
C’est-à-dire :
dm1 = dm2 → 𝜌1 s1 dl1 = 𝜌2 s2 dl2
𝜌1 : La masse volumique du fluide à l'entrée.
𝜌2 : La masse volumique du fluide à la sortie.
L'expression générale du principe de conservation de la masse est : ρ1 S1 V1 = ρ2 S2 V2, puisque le fluide
est incompressible : ρ1 = ρ2= ρ. On peut simplifier et aboutir à l’équation de continuité suivante :
S1 .V1 = S2 .V2
Avec : ∬𝐴 ⃗⃗⃗
𝑃 𝐴 𝑑𝐴 : force de surface.
⃗⃗⃗⃗⃗⃗
∭𝑉 𝜌 𝐹 𝑚 . 𝑑𝑉 : force de volume (massique).
20 | P a g e 6 9
Chapitre II
Figure Ⅱ.2 Écoulement dans une conduite illustrant l'équation de quantité de mouvement [9]
Si les champs de vitesse, de pression et de densité sont uniformes à l’entrée à la sortie du canal on a :
⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗1 − ⃗⃗⃗⃗
𝑅 = 𝑞𝑚 (𝐶 𝐶2 ) - ⃗⃗⃗⃗
𝑛1 . P1. A1 - ⃗⃗⃗⃗
𝑛2 . P2. A2
La résultante ∑ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐹𝑒𝑥𝑡 des actions mécaniques extérieures exercées sur un fluide isolé, fluide contenu dans
l'enveloppe limitée par S1 et S2 est égale à la variation de la quantité de mouvement du fluide qui entre en
⃗⃗⃗ 1 et sort par S2 à une vitesse 𝐶
S1 à une vitesse 𝐶 ⃗⃗⃗ 2. [9]
21 | P a g e 6 9
Chapitre II
∑ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐹𝑒𝑥𝑡 = qm . (⃗⃗⃗⃗
𝐶 2 - ⃗⃗⃗
𝐶 1)
Hypothèses de la théorie d’Euler. :
Dans la théorie d’Euler on suppose que :
• L’écoulement absolue est permanent et axisymétrique à l’entrée et à la sortie de
la roue mobile.
• Et que celle-ci possédé un nombre infini d’aubes infiniment rapprochées.
• Et que le fluide est parfait.
Ⅱ.2.4 Théorème de Bernoulli :
En mécanique des fluides, le théorème de Bernoulli est un principe de conservation de l'énergie sous
certaines hypothèses de l'écoulement, établi en 1738 par Daniel Bernoulli.
C'est un résultat historique dans le développement de la dynamique des fluides. S’il est initialement utilisé
pour des fluides en circulation dans une conduite, il trouve un important champ d'application en
aérodynamique.
Il formalise le principe de Bernoulli, qui énonce que pour l'écoulement incompressible, parfait et stationnaire
d'un fluide homogène soumis uniquement aux forces de pression et de pesanteur, une augmentation de
vitesse entraîne une diminution de pression. [10]
Figure Ⅱ.4 L'écoulement dans une canal illustrant l'équation de Bernoulli [9]
L'équation générale de Bernoulli dans un circuit hydraulique est :
𝐶12 𝑃 𝐶22 𝑃
Z1 + + 𝜌𝑔1 + Hpompe − hpertes = Z2 + + 𝜌𝑔2
2𝑔 2𝑔
Remarque :
Si P1 = P2 = Patm et C1= C2 = 0 Alour Hpompe = H = Hg +hpertes = (Z2 – Z1 ) + hf
22 | P a g e 6 9
Chapitre II
Où zs et ze sont les côtes d'entrée et de sortie de la machine comme indiqué sur la figure I.18 Si on fait
maintenant intervenir les pertes entre l’amont et l’aval de la pompe, on obtient la hauteur du réseau :
𝐿 𝑄2 𝑄2
H =Hg + hpertes avec : hpertes = hf = ∑ 𝑖 𝑓 i 𝐷𝑖 + ∑ 𝑖 𝑘i 2 𝑔 𝐴2 = k.Q2
𝑖 2 𝑔 𝐴2𝑖 𝑖
23 | P a g e 6 9
Chapitre II
𝜇
Viscosité cinématique : 𝜈= (m2/s) avec : 1 m2/s = 106 (cSt).
𝜌
24 | P a g e 6 9
Chapitre II
25 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ɛ : rugosité relative.
e : rugosité absolue de pipe.
D : diamètre intérieure de la conduite en (mm).
Donc λ = 0,3164 × (Re)-25 (formule de blasius).
1000
➢ Si Re1 ≤ Re ≤ Re2 le régime est turbulent mixte. Avec : Re2 =
Ɛ
𝑒 68 0.25
Donc le coefficient de perte de charge λ = 0.11 × ( + ) (formule d’Altchoulle).
𝐷 𝑅𝑒
26 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ɛ 0.25
➢ Si Re ≥ Re2 le régime est turbulent quadratique avec : λ = 0.1 × ( )
2
Figure Ⅱ.8 Régime hydrauliquement lisse [15] Figure Ⅱ.9 Régime hydrauliquement rugueux [15]
27 | P a g e 6 9
Chapitre II
𝑉2
❖ h s = Ks × avec : KS : Coefficient de pertes de charge singulières.
2𝑔
La Fig.II.10 explique comment les coefficients de pertes de charge singulières sont déterminés.
Figure Ⅱ.11 Modèle de tableau pour la détermination coefficient de pertes de charge singulières [16]
Figure Ⅱ.12 Modèle de tableau pour la détermination Coefficient de pertes de charge singulières
dans les vannes [16]
28 | P a g e 6 9
Chapitre II
Figure Ⅱ.15 Triangles des vitesses à l’entrée (a) et à la sortie (b) de la roue [13]
𝒖𝟐𝟐 𝒖𝟐 𝒄𝒐𝒕𝒈(𝜷𝟐 )
𝑯𝒕𝒉 =
𝒈
−
𝒈𝝅𝑫𝟐 𝒃𝟐
.𝑸 Avec α1 = 90° :
Remarque :
30 | P a g e 6 9
Chapitre II
Pour une roue donnée,𝐷2 , 𝑏2 , et 𝜷𝟐 sont des données et U2 a une valeur constante pour une vitesse de
rotation fixée.
Figure Ⅱ.17 Courbe caractéristique stable. Figure Ⅱ.18 Courbe caractéristique instable.
Cette différence de pression entre la pression amont et la pression en aval en fonction du débit constitue la
caractéristique de la pompe.
La hauteur manométrique est généralement exprimée en hauteur de colonne d’eau (mètre de colonne d’eau
mCE).
Lorsque la vanne se ferme progressivement, le débit Q dans le circuit diminue, mais la différence de pression
Hm augmente, et on remarquera également que l'augmentation du débit dans la canalisation provoque une
perte de charge, donc plus le débit est important plus les frottements sont élevés et les pertes de charges
aussi.
32 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ⅱ.6.4 La Puissance de pompes :
La puissance utile est la puissance absorbée : la puissance disponible au niveau de l’arbre d’entrainement
de la roue de la pompe est la puissance absorbée Pa de cette pompe.
La puissance transmise au fluide est appelée puissance hydraulique utile Pu.
Le rapport de la puissance utile Pu et la puissance absorbée 𝜌 a est le rendement global de la pompe
33 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ⅱ.6.6 La vitesse de rotation :
C’est le nombre de tours qu’effectue la pompe par unité de temps n [tr/min] :
𝑛
𝜔 = 2𝜋 . (rad /sec)
60
Le rendement de la pompe c’est le rapport entre la puissance hydraulique (reçue par le liquide) et la
puissance mécanique fournie à la pompe. Ce rendement varie en fonction du débit. Il est représenté par une
courbe fournie par le constructeur de la pompe puissance sur l'arbre connaissant la puissance hydraulique.
Le meilleur rendement de la pompe détermine le débit nominal pour lequel correspondent la hauteur
nominale et la puissance nominale. [8]
Voire le tableau suivant :
34 | P a g e 6 9
Chapitre II
Volumétrique : 𝜂v 𝑞𝑣
𝜼v =
𝑞𝑣 + ∆𝑞𝑣
Globale ou total : 𝜂g 𝜌 𝑔 𝑞𝑣 𝐻𝑛
𝜼g = 𝜂 h . 𝜂 m . 𝜂 v =
𝐶𝑚 𝜔
𝐷2 𝑏𝑠𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑝𝑜𝑚𝑝𝑒 2
La figure au-dessus montrer par les lois similitude : = = constante.
𝐷1 𝑏𝑠𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 𝑝𝑜𝑚𝑝𝑒 1
Afin de définir les paramètres du groupement adimensionnels qui sont (W), (𝜌), (M), (n) :
a) coefficient de débit
Q
𝜑𝑛 , =
n2 D3
b) coefficient de hauteur
gH
ℵn =
n2 D2
c) coefficient de puissance
P
γn =
ρn3 D5
d) coefficient de couple
M
Kn =
ρn3 D5
Figure Ⅱ.22 Charte de couverture typique des pompes centrifuges de même modèle [32]
La figure Ⅱ.23 montre une charte typique de courbes caractéristiques pour une pompe centrifuge d’un
modèle, grosseur et vitesse donnée.
Cette charte présente les informations pour une gamme de diamètre d’impulseurs en incréments de 1/2" de
7 1/2" jusqu’à 9 1/2". Les impulseurs sont fabriqués initialement au diamètre le plus gros pour un modèle
de pompe donné et sont ensuite réduis à la grosseur requise pour l’application.
37 | P a g e 6 9
Chapitre II
Figure Ⅱ.23 superpositions de la courbe du système sur les courbes caractéristiques [32]
38 | P a g e 6 9
Chapitre II
39 | P a g e 6 9
Chapitre II
Si les pompes ne sont pas identiques :
On peut donc écrire :
Hmt = Hm1+Hm2 , qvt = qv1 = qv2 , Pt = P1+P2
On calcule le rendement de montage :
Hmt
ηt = Hm1 H
η1
+ ηm2
2
40 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ⅱ.12.3 Hauteur d'aspiration et d'amorçage de pompes :
Lorsque la pompe est pleine d'air sans débit, sa mise en fonctionnement fait monter le niveau d'eau d'une
hauteur h dans la figure suivante :
Conséquences :
- Il faudra prévoir des dispositifs d’amorçage surtout dans le cas où la pompe est située au-dessus du
réservoir amont (remplissage manuel du corps de la pompe, prévoir un réservoir d’amorçage, prévoir une
pompe auxiliaire). [7]
- Dans le cas où la crépine d’aspiration n’est pas assez immergée, l’admission partielle d’air fait chuter la
hauteur de refoulement et le rendement. Il ne faut pas confondre ceci avec le phénomène de la cavitation.
Ⅱ.12.3 Cavitation :
La cavitation apparait lorsque la pression du fluide devient égale à la pression de vapeur saturante psat , C'est
donc un phénomène d'ébullition sous faible pression à température ordinaire. Au point ou la pression devient
égale a psat une bulle de vapeur se forme.
( plus de détaille dans le chapitre suivante)
41 | P a g e 6 9
Chapitre II
Ⅱ.13 Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons explicité une étude énergétique des pompes centrifuge ainsi l’écoulement
dans les conduites et les phénomènes qui peuvent surgir pendant le transfert d’énergie entre les turbopompes
et le fluide.
Remarquant que le type de fluide influe principalement sur les frottements ainsi sur les pertes de charnge,
soit dans l’installation ou même dans la pompe qui nécessite donc une énergie en plus à consommer par la
pompe
Comme nous concluant aussi que les caractéristiques de l’installation (réseau) déterminent le bon choix
de type de pompe et ces dimensions.
Parmi les phénomènes qui affectent les pompes est le phénomène de cavitation qui sera détaillé dans le
chapitre suivant.
42 | P a g e 6 9
Chapitre Ⅲ
43 | P a g e 6 9
Chapitre Ⅲ
Ⅲ.1 Introduction :
Charles Parsons (1906) a été le premier à identifier le phénomène de la cavitation, comme étant la résultante
de la vaporisation au sein même de l'écoulement. [23]
Le phénomène cavitation a lieu dans les écoulements liquides lorsque la pression du milieu descend
suffisamment pour engendrer un changement de phase et la formation de bulles de vapeur dans les pompes.
Le but de notre travail est de présenter les problèmes rencontrés (cavitation) lors du fonctionnement d'une
pompe centrifuge, les solutions techniques qui peuvent être appliquées pour détecter et prévoir la cavitation
et le critère de choix d’une pompe centrifuge pour le transport hydrauliques.
Ce phénomène est nuisible pour les turbomachines à fluide incompressible qui a plusieurs effets notamment
sur les pompes, tels que : l'érosion, le bruit, la perte de performances (hauteur totale d'élévation, rendement,
puissance, NPSH,....etc.) et la vibration.
44 | P a g e 6 9
Chapitre Ⅲ
Physiquement, La cavitation est la vaporisation d’un fluide soumis à une pression inférieure à sa pression
de vapeur.
En d’autres termes, C’est la formation de bulles de vapeur au sein d’un milieu liquidien initialement
homogène lors d’une baisse brutale de la pression, à température constante. [6]
Figure Ⅲ.2 de bulles de Cavitation à côté l'aspiration des roues centrifuges pompes [29]
45 | P a g e 6 9
Chapitre Ⅲ
On remarque donc que la pression ambiante influe sur la température de vaporisation. Si l’on se place à une
température donnée (par exemple 37° C), à la pression atmosphérique, l’eau est on l’a vu à l’état liquide.
D’après la (Fig. II.1), on observe qu’il existe un moyen de faire passer l’eau de l’état liquide à l’état gazeux
à température constante. Il suffit d’abaisser suffisamment la pression (Fig. II.2). [6]
Alors de phénomène de cavitation, qui se manifeste par l’apparition de poches d’air et de bulles qui
implosion brutale, cette implosion brutale est source de bruit.
La cavitation est un phénomène qui peut se produire dans les pompes centrifuges lorsqu'une baisse de
pression locale entraîne la formation et l'implosion de bulles de vapeur dans le liquide pompé. Cela peut
avoir des effets néfastes sur les performances et la durée de vie de la pompe.
Lorsque la pression dans la pompe diminue en dessous de la pression de vapeur du liquide, celui-ci peut se
vaporiser et former des bulles de vapeur.
Lorsque ces bulles atteignent des zones de pression plus élevée, elles implosent brusquement, créant des
ondes de choc qui peuvent endommager les surfaces internes de la pompe.
Ces implosions peuvent également entraîner une érosion et des dommages aux aubes de la pompe, réduisant
ainsi son rendement et sa capacité à pomper efficacement le liquide.
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Chapitre Ⅲ
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Chapitre Ⅲ
Figure Ⅲ.4 Diagramme de (pression, débit) avec cavitation et sans cavitation [28]
Figure Ⅲ.5 la fréquence de bruit en l'absence de cavitation et dans des conditions de cavitation [28]
L'érosion de cavitation peut causer des dommages importants aux surfaces des équipements.
Les matériaux peuvent être érodés, creusés ou écaillés, ce qui peut entraîner une diminution des
performances, des fuites, des vibrations indésirables et une réduction de la durée de vie de l'équipement.
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Chapitre Ⅲ
Les zones les plus sujettes à l'érosion de cavitation sont généralement celles où les conditions de basse
pression se produisent, comme à l'arrière des pales d'une hélice ou à l'entrée d'une pompe.
Figure Ⅲ.8 Représentation du point de cavitation avec le débit circulé par la pompe [26]
La figure Ⅱ.5 représenté deux types de NPSH :
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Chapitre Ⅲ
Pour garantir un fonctionnement efficace et sans cavitation d'une pompe, il est important de s'assurer que le
NPSH disponible (NPSH disponible) est supérieur au NPSH requis par la pompe.
NPSH disponible > NPSH requis → sans cavitation.
NPSH disponible ≤ NPSH requis → avec cavitation.
Le terme peut être calculé mathématiquement :
𝑃𝑎 − 𝑃𝑣𝑠 𝑉𝑎2
❖ NPSHd = + + ( ZA – ZE ) – ( ∆𝐻𝐴→𝐸
.
) Avec :
𝜌𝑔 2𝑔
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Chapitre Ⅲ
- Vérifier régulièrement l'état de la pompe, y compris les aubes, pour détecter tout signe d'usure ou de
dommage.
- En prenant ces précautions, il est possible de réduire considérablement les risques de cavitation dans
les pompes centrifuges et d'assurer leur bon fonctionnement et leur durée de vie optimale.
- Matériaux résistant à l’érosion de cavitation :
De nombreux essais ont été réalisés afin d’établir des corrélations entre les propriétés mécaniques des
matériaux et leur résistance vis-à-vis de la cavitation. Parmi ces corrélations, qui publiée dans une
dissertation à l'école technique de DARMSTAD 1963. [6]
À partir de ces essais, les chercheurs ont donné alors une classification de métaux en ordre résistance
croissante vis-à-vis de l’érosion.
Fonte, Bronze, Bronze d’aluminium, Acier à 13% de chrome, Acier inoxydable type 18/8.
Ⅲ.13 Conclusion :
A la fin de ce chapitre on peut dire que la compréhension et le contrôle du phénomène de cavitation est
essentiel en hydrodynamique : il représente une limite, à cause de la perte de rendement voir de la destruction
des pompes qu'il peut provoquer.
La cavitation a un effet destructeur principalement sur les pompes hydrauliques hautes pression : les micro-
explosions arrachent la matière et détruisent la pompe. La cause principale et la diminution de pression au-
dessous de la pression de saturation du fluide pompé à l’aspiration de la pompe
Le phénomène de cavitation peut être détecter théoriquement par le calcul du NPSH disponible ou de
l’installation qui soit toujours supérieur au NPSH requis de la pompe pour un écoulement sans cavitation.
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Chapitre Ⅳ
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Chapitre Ⅳ
Ⅳ.1 Introduction :
Ce chapitre institué l’étude pratique du phénomène de cavitation dans une station de pompage hydrocarbure
de M’sila pour l'analyse des procédures des groupes électropompes qui utilisent pour le transport par
canalisation.
Nous calculons les pertes de charge pour déterminer le NPSHd dans le circuit de pompage, ainsi présenter
les caractéristiques des pompes et les éléments principaux de la station.
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Chapitre Ⅳ
Tableau Ⅳ.1 Caractéristiques des électropompes principales (GEP 301 A/B/C/D/E) [30]
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Chapitre Ⅳ
Le but de GEP est donné au fluide la pression nécessaire pour rejoindre la station de pompage suivante ou
le terminal arrivé de Bejaïa, Chaque groupe est doté par un système de protection.
Machines Constructeur Type Caractéristiques
1400 53 3 2
1800 59 3 2
2200 70.95 4 2
Tableau Ⅳ.3 Les pressions et les débits correspondants des électropompes principales (GEP 301
A/B/C/D/E) [30]
Remarque : Les calculs présentés dans le tableau ont été effectués par le Service technique industriels
(SRL), les pompes de booster en condition de fonctionnement requis un NPSHr de 2,69 m.
Tableau Ⅳ.4 Pertes de charge dans les lignes d'aspiration et de refoulement sur les pompes booster [30]
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Chapitre Ⅳ
➢ Pompe booster n°2 ( en parallèle ) à une capacité nominale de 2310 m3/h → NPSHd = 3,5 m.
Alors NPSH disponible > NPSH requis → sans cavitation donc les deux cas, le NPSH disponible est
suffisant pour l'objectif. Par conséquent le Service techniques industriels ( SRL) confirmons que la présente
procédure garantit la mise en service des pompes de manière appropriée et complète.
Figure Ⅳ.4 Le passage de conduite dans les groupes électropompes (EP-301A et GEP-301A)
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Chapitre Ⅳ
Remarque : Pour le calcul des pertes de charges en utilise la relation de Darcy Weis Bach (voire Chap.2).
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Chapitre Ⅳ
Les caractéristiques de fluide pompé (pétrole brut) dans la conduite :
- La rugosité absolue : e = 0,046 mm = 4.6 × 10-5 m
- Altitude (initiale/finale) : (Zi / Zf) = 0.26 m
- Viscosité du produit : 𝑣 = 2,75 ×10−6 m2/s
- Masse volumique : 𝜌 = 800 kg/m3
- Longueur de conduite pour le diamètre 12" L = 28.469 m, et pour le diamètre 20" L = 105.83 m
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Chapitre Ⅳ
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Chapitre Ⅳ
Pertes de
charge 4.98 14.32 26.61 0.478 1.47 2.47
singulières (m)
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Chapitre Ⅳ
Ⅳ.5 Conclusion :
Dans la première partie de ce chapitre nous avons calculé les pertes de charge linéaire et singulière, les
résultats obtenus concernant les pertes de charges totales du circuit d’aspiration ainsi le NPSHd nous a
permis de conclure que la pompe choisie pour cette installation était un bon choix en tenant compte du
phénomène de cavitation tel que la valeur du NPSHd trouve est nettement supérieur au NPSHr, donc une
installation sans risque de cavitation.
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Conclusion Générale
Conclusion Générale
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Conclusion Générale
Conclusion Générale
Le présent travail a pour but l’étude énergétique du phénomène de cavitation dans les
turbomachines (turbopompes) pour cela, ce présent travail consiste :
Dans sa première étape, à une étude détailler de la technologie des pompes hydrauliques
ainsi leurs classifications.
La deuxième étape est consacrée à une étude énergétique d’une pompe centrifuge ainsi les
lois générales qui régies les écoulements dans les conduites en détaillant le phénomène de
pertes de charges qui apparait pendant ces écoulements.
La troisième étape détaille une étude sur la cavitation qui est cruciale pour améliorer la
conception des systèmes hydrauliques et minimisé leur effet sur les pompes centrifuges.
Dans la quatrième étape, nous avons présenté l’études des paramètres de fonctionnement de
la station de pompage de transport des hydrocarbures par canalisation SP3, réaliser à la
Sonatrach, dans le but de déterminer les pertes de charge, la hauteur et la pression
d’aspiration pour des déférents débit (800, 1200, 1800m3/h). Ensuite nous avons déterminé
les paramètres de fonctionnement de la pompe DVDS. Ou on a pu vérifier le bon choix de
la pompe vis-à-vis l’installation c’est-à-dire fonctionnement sans risque de cavitation
Comme continuité à notre travail nous proposons au futur PFE énergétique de faire une
simulation numérique de ce phénomène dans une pompe centrifuge, pour rendre ce
phénomène plus prévisible ce qui augmente la rentabilité et la disponibilité de ces
turbopompes.
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Références :
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l'effet de la cavite,» memoire de fin d'étude, université med. boudiaf de m'Sila, 2019/2020.
[10] A. S. I. P. Novi Comment, Théorèmes arithmétiques démontrés par une nouvelle méthode,
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[30] Polycopié des rapports de sonatrach station de pompage de M’sila (Sp3)
[32] Bentalha Chakib et Habi Mohammed , "Mécanique des fluides : principe fondamentaux et exercices
corrigés".
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