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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'Enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Kasdi Merbah Ouargla Faculté des hydrocarbures et des énergies renouvelables et sciences de la terre et de l’univers Département de Forage et mécanique des chantiers pétroliers MEMOIRE Pour obtenir un Diplôme Master Domaine : Sciences et technologies Filière : Génie pétrolier Spécialité : Mécanique des chantiers pétroliers Présenté Par : REMACHE Fares -THEME- Etude du régime rationnel de fonctionnement d’une pompe centrifuge avec vitesse variable par MLI Soutenue le : 21 / 06 / 2018 devant la commission d'examen Jury : Président : M. HACHANA Oussama UKM OUARGLA Rapporteur : M. KHENTOUT Abdelkader UKM OUARGLA Examinateur : M. BENSACI Med Abdelatif UKM OUARGLA 2017/2018 Dédicace Avec des sentiments purement pleine d’amour et de gratitude je dédie ce modeste travail À ma petite famille et spécialement mon ange « Mohamed Iyed ». Pour ma grande famille, spécialement ma chère mère pour leurs prières, sacrifices, patiences, tout au long de ma vie, mon cher père pour son aide depuis mon enfance et dans mon carrière dés le début. Pour mes chers amis. À tous mes camarades de la promotion 2016-2018 Master Mécanique des Chantiers pétroliers. À tous qui ont contribue dans ma formation depuis mon enfance et pendant tous les niveaux. À tous ceux que j’ai omis de citer… Fares Remerciements Mes remerciements vont à dieu le tout puissant pour la volonté, la santé et la patience qu’il nous a donné durant toutes ces années d’étude Je remercie infiniment monsieur KHENTOUT Abdelkader, pour l’honneur qu’il est fait en acceptant d’être l’encadreur du projet et pour sa consécration, sa présence, ses conseils et encouragements durant tout le temps alloué à mon projet dans le propos de bien mener ce travail avec tous le satisfecit souhaité. Je souhaiterais remercier tous ceux qui ont contribué à l’élaboration de ce mémoire. Nos respects aux membres de jury, qui me feront l’honneur d’accepter de jurer ce modeste travail d’apporter leurs réflexions leurs critiques scientifiques. Merci encore à tous…. Sommaire Dédicace Remerciement Introduction générale Liste des figures Liste des tableaux Chapitre I : Généralités sur les pompes I.1.Introduction……………...…………………………………………..………………2 I.2.Classification des pompes…………………………………………………………...2 I.2.1.Famille I : pompes volumétriques rotatives…………………………………...3 I.2.2.1.Pompe à vis.…………………………………………………………...3 I.2.2.2.Pompe à engrenages…………………………………………………..4 I.2.2.3.Pompe à aubes appelées…………………………………...…………..5 I.2.2.1.Pompe à palettes………………………………………………………5 I.2.2.Famille II : pompes volumétriques alternatives……...…………….………….6 I.2.2.1.Pompe à membranes…………………………………………………..6 I.2.2.2.Pompe à piston………………………………………………………...7 I.2.3.Famille III : pompes roto-dynamiques………………………………………...8 I.2.3.1.Classification des pompes roto-dynamiques………………………….8 I.2.3.2.Avantages et inconvénients des pompes roto-dynamiques………….10 I.3.Les pompes centrifuges………………..……………………………….………….10 I.3.1.Utilisation…………………………………………………………………….11 I.3.2.Fonctionnement………………………………………………………………11 I.3.3.Théorie des pompes centrifuges……………………………………………...13 I.3.3.1.Critères généraux de définition des pompes..………………………..13 I.3.3.2. Types des pertes……………………………………………………..13 I.3.3.3. Le rendement………………………………………………………..14 I.3.3.4.La Hauteur manométrique totale de la pompe……………………….15 I.4.Conclusion……………...…………………………………………..…………..…16 Chapitre II : Les moteurs asynchrones II.1.Introduction ………………..……………………………………………………17 II.2.Définition …………………………………….…………………………………17 II.3.Principe de fonctionnement et glissement ……………………………………...17 II.4.Composition d’une machine asynchrone ……………………………………….18 II.4.1.Machine asynchrone à pôles lisse …………………………………………18 II.4.2.Machine asynchrone à pôles saillant……………………………………….19 II.5.Différent types des machines asynchrone……………………………………….19 II.5.1.Machine asynchrone à rotor bobiné………………………………………..19 II.5.2.Machine asynchrone à cage………………………………………………...20 II.6.Choix de la vitesse des moteurs asynchrone…………………………………….21 II.7.Bilan de puissance d’une machine asynchrone………………………………….22 II.8.Calcul des grandeurs électrique de la machines…………………………………23 II.9.Conclusion……………………………………………………………………….24 Chapitre III : Les variateurs de vitesse III.1.Introduction …………..…………………………………………………………25 III.2.Définition ……………………………………………………………………….25 III.3.Les redresseurs ………………………………………………………………….26 III.4.Les onduleurs……………………………………………………………………28 III.5.Les gradateurs…………………………………………………………………...28 III.6.Les hacheurs……………………………………………………………………..28 III.6.1.Principe de fonctionnement………………………………………………...29 III.6.2.Le rapport cyclique α………………………………………………………29 III.7.Différents types d’hacheurs……………………………………………………..29 III.7.1.Convertisseur Buck………………………………………………………...29 III.7.2.Convertisseur Boost………………………………………………………..32 III.8.Hacheur à quatre quadrants……………………………………………………...32 III.9.Technique de commande MLI…………………………………………………..34 III.10.Variateur de vitesse………………………………………………………….…36 III.11. Principes de base des variateurs de vitesse…………………………………....36 III.12.Conclusion……..……………………………………………………………....37 Chapitre IV : Calcul & simulation IV.1. Partie Calcul………………...…………………………………………………..38 IV.1.1.Introduction……………...…………………………………………………38 IV.1.2.Choix de la pompe centrifuge…..………………………………………….38 IV.1.3.Choix du moteur…………………...……………………………………….41 IV.1.4.Réglage de débit……………………...…………………………………….44 IV.1.5.Choix du variateur……………………...…………………………………..46 IV.1.6.Application des lois de similitudes de NPSH, Débit, Hauteur……...……...49 IV.2. Partie Simulation……………………………………………………………......52 IV.2.1.Introduction………………………………………………………………...52 IV.2.2. Résultat de simulation du système sans la variation de vitesse……………52 IV.2.3.Résultat de simulation du système avec la variation de vitesse……………56 IV.2.4.Conclusion………………………………………………………………….59 Conclusion générale Bibliographie Annexe Résumé Liste des figures Figure. I-1 : Classification des pompes 2 Figure. I-2 : pompes volumétriques 3 Figure. I-3 : Pompe à vis 3 Figure. I-4 : Pompe à engrenage extérieur 4 Figure. I-5 : Pompe a engrenage intérieur 4 Figure. I-6 : Pompes à lobes 5 Figure. I 7 : Pompe a palette libre 5 Figure. I-8 : Pompe a palette flexible 6 Figure. I-9. Pompe à membranes 7 Figure. I-10 : Pompes à piston. 7 Figure. I-11 : Représentation des domaines respectifs des trois types 8 de pompes roto-dynamiques Figure. I-12 : Domaines d’utilisation des pompes industrielles roto-dynamiques 9 Figure. I-13 : Pompe centrifuge monocellulaire en porte à faux 9 Figure. I-14 : Pompe multicellulaire 10 Figure. I-15 : Dessin descriptif d’une pompe centrifuge mono étage. 11 Figure. I-16 : Types de roue 12 Figure. I-17 : Point de fonctionnement. 16 Figure. II-1 : Pompe centrifuge raccordée avec moteur asynchrone 17 Figure. II-2 : Machine asynchrone à pôles lisse 18 Figure. II-3 : machine asynchrone à pôles saillant 19 Figure. II-4 : Bilan de puissance 22 Figure. III-1 : Diagramme des divers types de convertisseurs statiques 25 Figure. III-2 : Convertisseurs alternatif-continu 26 Figure. III-3 : Redresseur commandé pont mixte symétrique 26 Figure. III-4 : La tension aux bornes de la charge avec un redresseur commande 27 Figure. III-5 : convertisseurs statiques continu-alternatif 28 Figure. III-6 : Gradateur 28 Figure. III-7 : Le fonctionnement d’un hacheur BUCK 29 Figure. III-8 : la tension aux bornes de la charge avec un hacheur série 30 Figure. III-9 : La valeur moyenne en fonction de rapport cyclique (α) 30 Figure. III-10 : Hacheur série commande un moteur à courant continu. 31 Figure. III-11 : Hacheur à quatre quadrants 32 Figure. III-12 : la tension aux bornes de la charge avec un hacheur quatre quadrants 33 Figure. III-13 : Principe du fonctionnement d’un Hacheur quatre quadrants. 34 Liste des figures Figure. III-14 : Réalisation du signal MLI 35 Figure. III-15 : Convertisseur statique généralement continu-alternatif 36 Figure. IV-1 : Fonctionnement en charge de la pompe proposé 39 Figure. IV-2 : courbe caractéristique de la pompe 40 Figure. IV-3 : courbe caractéristique de la conduite 41 Figure. IV-4 : les puissances de système 41 Figure. IV-5 : Bilan des puissances 42 Figure. IV-6 : courbes caractéristiques de la conduite (vanne de réglage) 45 Figure. IV-7 : courbes caractéristiques de la pompe (variation de la vitesse) 50 Figure. IV-8 : courbes caractéristiques de la pompe 51 Figure. IV-9 : courbe de la consommation 51 Figure. IV-10 : Débit de la pompe correspond à une vitesse de 1480 tr/min 52 Figure. IV-11 : vitesse de rotation et vitesse angulaire du moteur 53 Figure. IV-12 : Couple moteur et vitesse angulaire du moteur 53 Figure. IV-13 : Couple moteur dans le fonctionnement à vide et sous charge 54 Figure. IV-14 : Courants statoriques fonctionnement à vide et sous charge 54 Figure. IV-15 : Tension simple des 3 phases (fonctionnement sous charge) 55 Figure. IV-16 : La porteuse de la commande MLI pour notre système 56 Figure. IV-17 : Variation de vitesses de la pompe correspond à la variation de son débit 57 Figure. IV-18 : Couple du moteur qui fonctionne sous charge avec variation de vitesse 58 Figure. IV-19 : Courant statorique du moteur qui fonctionne sous charge 58 avec variation de vitesse Liste des tableaux Tableau. IV-1 : Q0 = f(H0) 39 Tableau. IV-2 : Q1 = f(H1) 40 Tableau. IV-3 : Les données obtenues par le test de la pompe 44 Tableau. IV-4 : Q1 = f(H1) 44 Tableau. IV-5 : Q2 = f(H2) 45 Tableau. IV-6 : Test avec vanne 50 Tableau. IV-7 : Test avec variation de vitesse 50 Introduction générale 1 La plupart des installations mettant en jeu des débits tels que les pompes, sont utilisées sans réguler la vitesse de ces moteurs. Le plus souvent, on se contente de modifier de manière conventionnelle le débit en agissant par étranglement ou en utilisant des vannes. Mais lorsque le débit n’est pas régulé en jouant sur la vitesse de rotation des moteurs. Une régulation de la vitesse des moteurs avec variateurs de fréquence permet d’économiser jusqu’à 70% d’énergie. L’entrainement de pompes centrifuges à vitesses variables n’est pas une nouveauté, mais avec les progrès de l’électronique industrielle, cette technologie connait un développement accru. En effet, il existe actuellement des variateurs électroniques qui présentent une bonne fiabilité et un rendement satisfaisant. La vitesse variable permet d’adapter le régime de la pompe aux conditions hydrauliques de réseau et ceci souvent en maintenant le rendement maximale du groupe, mais il ne faut pas prendre de vue les contraintes liées à cet équipement : contraintes mécaniques, fluctuation de NPSH. En cours, il faut choisir un système de régulation de la vitesse adapté aux conditions d’exploitation. L’objectif de ce travail est de voir la possibilité d’améliorer le rendement des pompes centrifuges. Nous pouvons atteindre ce but en changeant le régime d’entrainement du système moteur Pour décrire notre travail, nous empruntons le plan suivant :  Le premier chapitre comporte des généralités sur les pompes  Le deuxième chapitre contient une vue générale pour les moteurs synchrone  Le troisième chapitre présente des généralités sur les moteurs asynchrones  Le quatrième chapitre des généralités sur les variateurs des vitesses  Le uploads/Industriel/ pfe-final 2 .pdf