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POLYCOPIE DES MACHINES INDUSTRIELLES PARTIE 1 : Machines hydrauliques I. Circui

POLYCOPIE DES MACHINES INDUSTRIELLES PARTIE 1 : Machines hydrauliques I. Circuit de transport des liquides Dans les systèmes hydrauliques, on distingue deux types de circuits : • Les circuits de transmission de puissance. I.1 Circuit de transport de liquide : Pour transporter un liquide d’un lieu à un autre, on a deux possibilités : • Les circuits de transport des liquides • Soit par gravité : Figure 1 : Circuit de transport de liquide par gravité Le niveau dans la source est supérieur au niveau de destination. • Ou par pompage : Figure 2 : Circuit de transport de liquide par pompage Un circuit hydraulique par pompage nécessite une étude détaillée des différents éléments de l’installation hydraulique I.2 Description détaillée des circuits par pompage Figure 3 : Circuit de transport de liquide Un circuit de transport de liquide se compose essentiellement : • D’un réservoir source de liquide (puits) • D’une pompe • D’un réservoir de stockage (citerne) • D’une tuyauterie qui relie les différents constituants. Il peut comprendre aussi :  Une vanne de réglage de débit placé sur la conduite de refoulement.  Une crépine + un clapet de pied placés à l’extrémité basse da la conduite d’aspiration.  Un clapet de retenu placé à la sortie de la pompe pour empêcher le retour du liquide, il est utilisé pour des grandes hauteurs de refoulement. L’élément crucial dans ce genre de circuit est la pompe utilisée, on général, on utilise les pompe centrifuge dans ce genre d’installations pour leurs avantage d’avoir un débit important. I.3 les pompes centrifuges La principale fonction d’une pompe en générale est de transformer l’énergie mécanique en énergie hydraulique Figure 4 : Fonction de la pompe centrifuge  Principe de fonctionnement Les pompes centrifuges sont composées d'une roue à aubes qui tourne autour de son axe, d'un stator constitué au centre d'un distributeur qui dirige le fluide de manière adéquate à l'entrée de la roue, et d'un collecteur en forme de spirale disposé en sortie de la roue appelé volute. Le fluide arrivant par l'ouie est dirigé vers la roue en rotation qui sous l'effet de la force centrifuge lui communique de l'énergie cinétique. Cette énergie cinétique est transformée en énergie de pression dans la volute. Un diffuseur à la périphérie de la roue permet d'optimiser le flux sortant est ainsi de limiter les pertes d'énergie (Figure 5). Figure 5 : la pompe centrifuge  Types des pompes centrifuges On distingue deux types de pompes centrifuges : - Les pompes monocellulaires équipées d’une seule roue. - Les pompes multicellulaires équipées de plusieurs roues : pour ce type de pompes, les roues sont montées sur l’arbre d’entrainement et raccordées de sorte que le collecteur de la première cellule conduit le liquide dans l’ouïe de la cellule suivante. En arrivant à la roue suivante, le liquide est chargé avec la pression développée dans la cellule précédente. A la sortie de la dernière roue, la pression du liquide sera égale à la somme des différentes pressions développées au niveau des différentes cellules.  Avantages et inconvénients des pompes centrifuges Pour les avantages, ce sont des machines de construction simple, sans clapet ou soupape, d’utilisation facile et peu coûteuses. - A caractéristiques égales, elles sont plus compactes que les machines volumétriques. - Leur rendement est souvent meilleur que celui des « volumétriques ». - Elles sont adaptées à une très large gamme de liquides. - Leur débit est régulier et le fonctionnement est silencieux. - En cas de colmatage partiel ou d’obstruction de la conduite de refoulement, la pompe centrifuge ne subit aucun dommage et l’installation ne risque pas d’éclater. La pompe se comporte alors comme un agitateur… Du côté des inconvénients : - Impossibilité de pomper des liquides trop visqueux. - Production d’une pression différentielle peu élevée (de 0,5 à 10 bar). - Elles ne sont pas auto-amorçantes. - A l’arrêt ces pompes ne s’opposent pas à l’écoulement du liquide par gravité (donc il faut prévoir des vannes ou des clapets).  Amorçage des pompes centrifuges Les pompes centrifuges ne peuvent pas s'amorcer seules. L'air contenu nécessite d'être préalablement chassé. On peut utiliser un réservoir annexe placé en charge sur la pompe pour réaliser cet amorçage par gravité. Pour éviter de désamorcer la pompe à chaque redémarrage il peut être intéressant d'utiliser un clapet anti-retour au pied de la canalisation d'aspiration Figure 6 : Amorçage d’une pompe centrifuge par une pompe manuelle Installation et de fonctionnement d’une pompe centrifuge : Les problèmes d’installation et de fonctionnement d’une pompe centrifuge sont généralement à l’aspiration. Dans les installations, on peut trouver les montages suivants : Pompe immergée : Dans ce cas, il n’y a pas de problème mécanique mais on rencontre le problème de corrosion et si le moteur est aussi immergé, on a le problème d’étanchéité Figure 7 : installation d’une pompe immergée Pompe en charge : Pompe au-dessous du niveau du liquide. Ce circuit doit comprendre une vanne pour empêcher la vidange du réservoir lors de l’entretien de la pompe. Figure 8 : installation d’une pompe en charge Pompe en dépression : Pompe au-dessus du niveau du liquide. Ce type de circuit nécessite un amorçage (chasser l’air qui se trouve dans la conduite d’aspiration) à la première mise en marche ou après un long temps d’arrêt. Figure 9 : installation d’une pompe en aspiration  Les caractéristiques des pompes centrifuges : La hauteur manométrique totale Hmt : La HMT est la pression totale que doit fournir une pompe. Elle est exprimée en mètres ou mètres de colonne d’eau, en bars ou en kg/cm². La hauteur manométrique totale est calculée suivant l'équation suivante. H.M.T = (Ha + Hr) + Pc + Pu  Ha : hauteur d'aspiration : correspond à la hauteur entre la surface de l'eau et l'axe de la pompe. Dans le cas d'une pompe immergée de puits ou de forage, Ha = 0  Hr : hauteur de refoulement : correspond à la hauteur entre l'axe de la pompe et le point le plus haut de refoulement (par exemple le robinet le plus haut).  Pc : il s'agit des pertes de charges moyennes dans les canalisations qui sont fonction de la section et de la nature de la canalisation (pertes de charges linéaires) mais également fonction du nombre et du type de raccords (coudes, tés, jonctions) présents le long de la canalisation ; on les appelle communément les " pertes de charge singulières.  Pu : c'est la pression ultime au refoulement. La puissance consommée par le moteur : [kW] La puissance consommée pour un débit donné permet de connaître le coût de fonctionnement de la pompe. Rendement de la pompe: Le Rendement globale de la pompe est η g : ηg = Pu/ Pa Hauteur de charge nette à l’aspiration NPSH Les possibilités pour une pompe de fonctionner à l’aspiration sont d’une grande importance quand la hauteur géométrique d’aspiration est importante, mais aussi quand le liquide est volatile, ou à température élevée, ou stocké sous vide, etc.… Le critère de faisabilité est le N.P.S.H., sigle de « Net Positive Suction Head » qui sert à définir la pression nécessaire à l’entrée de la roue pour obtenir un bon fonctionnement de la pompe, c’est à dire pour maintenir en tout point de la pompe une pression supérieure à la pression de vapeur saturante Pvs , de façon à éviter tout risque de cavitation .L’expression N.P.S.H. peut être traduite par « CHARGE POSITIVE NETTE A L’ASPIRATION ». Le constructeur donne la courbe du N.P.S.H. pour la pompe, il s’agit du « N.P.S.H.requis ». Elle tient compte en particulier de la chute de pression que subit le liquide lors de son accélération à l’entrée de la roue. Quantitativement, le NPSH requis est le supplément minimal de pression qu’il faut ajouter à la pression de vapeur saturante au niveau de l’entrée de la pompe, pour que la pression à l’intérieur de celle-ci ne puisse être en aucun point inférieure à Pvs . En d’autres termes, la pompe ne fonctionne correctement que SI la pression totale à l’entrée P t(E) est supérieure à la somme Pvs +NPSH requis : NPSH requis < Pt (E) – Pvs N.P.S.HRequis < N.P.S.HDisponible Ou encore : Si la valeur du NPSH requis n’est pas atteinte, des phénomènes d’abord de dégazage, puis de vaporisation partielle du liquide, vont apparaître à l’intérieur de la pompe, avec pour conséquences une chute de pression dans toute l’installation et la dégradation de la roue causée par la présence de bulles. Notez-bien: Le circuit de refoulement n'intervient pas dans les problèmes de cavitation; une conséquence importante est qu'il ne faut jamais placer de vannes de réglage sur le circuit d'aspiration (elles sont susceptibles en fonction de la régulation de se fermer pratiquement ce qui crée une forte augmentation de la perte de charge sur l'aspiration) mais préférer dans le même but un positionnement sur le circuit de refoulement. En conclusion, on peut dresser une liste de conseils à respecter, si le procédé le permet, pour éviter la cavitation: uploads/s3/ polycopie-mi-part1.pdf