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Pompe centrifuge Pompe centrifuge utilisée en vinification. Une pompe centrifug

Pompe centrifuge Pompe centrifuge utilisée en vinification. Une pompe centrifuge est une machine rotative qui pompe un liquide en le forçant au travers d’une roue à aube ou d'une hélice appelée impulseur (souvent nommée improprement turbine). C’est le type de pompe industrielle le plus commun. Par l’effet de la rotation de l’impulseur, le fluide pompé est aspiré axialement dans la pompe, puis accéléré radialement, et enfin refoulé tangentiellement. Sommaire [masquer]  1Histoire  2Nomenclature  3Principe de fonctionnement  4La machine parfaite - théorie d’Euler  5Analyse dimensionnelle - similitudes o 5.1Lois de similitude o 5.2Nombre de tours spécifique  6Avantages et contraintes o 6.1Cavitation - NPSH o 6.2Équilibrage de l'arbre - BEP - Poussée axiale o 6.3Poussée radiale  7Domaine d’utilisation  8Notes et références  9Voir aussi o 9.1Articles connexes Histoire[modifier | modifier le code] L’idée même de la pompe centrifuge est difficile à dater. On a pu créditer Denis Papin d'en avoir fabriqué une des premières au XVIIe siècle1, mais des machines similaires bien plus anciennes ont été décrites. En 1735, M. Le Demour invente une pompe basée sur ce principe pour être utilisée dans les jardins du roi. Cependant ces inventions demeurent sans lendemain, et il faut attendre la seconde moitié du XIXe siècle pour voir apparaître ce type de machine autrement que par des prototypes. La seconde moitié du XIXe siècle voit le démarrage de l'utilisation des pompes centrifuges (Angleterre - Allemagne). Plusieurs modèles sont présentés à la grande exposition universelle de Londres en 1851. Cependant l'utilisation des pompes alternatives restera la règle dans l'industrie du XIXe siècle. L'essor de la machine centrifuge accompagne celui de l'utilisation des moteurs électriques auxquels elle est particulièrement adaptée, puisqu'elle ne requiert aucune pièce intermédiaire de transformation du mouvement: La pompe centrifuge est un enfant du XXe siècle. En France, par exemple, la société d'Auguste Rateau, fondée en 1903 fabrique une pompe centrifuge où l'eau descendant du premier barrage de la Girotte est forcée au travers d’une roue à aube actionnée par l'usine électrique sous le barrage dont la rotation l'aspire axialement dans la pompe, puis l'accélère radialement et la refoule 500 mètres plus haut dans le barrage.[pas clair] Dès 1902, la maison Sulzer Frères avait donné, à la suite d'un appel d'offres, une solution pratique dans l'installation d'accumulation de Ruppoldingen en Suisse, qui forme un établissement complémentaire des usines électriques situées au fil de l'Aar, dans le Canton d'Argovie2. La pompe rejetait de l'eau la nuit dans un bassin situé 325 mètres en amont, pour produire 850 kW supplémentaire le jour3. La même technique est utilisée dans l'usine suisse de Porrenlruy en 19104. Au Barrage de la Girotte une pompe d'Auguste Rateau vient compléter celle de Sulzer Frères installée en 1921 ou 1922. En 1925, l'installation de pompage-turbinage de Belleville, juste sous le lac, la première en France, permet d'afficher une puissance de 20 MW en période de pointe, en remontant dans le lac, 520 mètres plus haut, 450 litres par seconde5. Nomenclature[modifier | modifier le code] Pompe centrifuge On appelle « corps de pompe » l’enveloppe extérieure de la machine. C’est la partie fixe de la machine ou stator. Le corps est constitué principalement de la « tubulure d’aspiration », de la « volute », et de la « tubulure de refoulement ». La partie mobile ou rotor est formée de l’impulseur (roue à aubes), monté sur un arbre . Le rotor est actionné par une machine d’entraînement qui est le plus souvent un moteur électrique ou thermique mais peut être également une turbine. vue de principe en coupe : 1a; 3; 5 : corps de pompe - 1b; diffuseur - 2; impulseur - 4; garniture mécanique - 6; arbre 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 : un presse-étoupe ou une garniture mécanique. On appelle aubes les lamelles grossièrement radiales qui, à l’intérieur de l’impulseur, canalisent le fluide de l’intérieur vers l’extérieur de la volute. On appelle « flasques » les parois de l’impulseur qui enserrent les aubes. (Les roues à deux flasques dites aussi impulseur fermé sont les plus fréquentes. Il existe également des roues sans flasque, et des roues à une seule flasque (impulseur ouvert ou semi-ouvert)). Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code] Une pompe centrifuge accélère le fluide qui la traverse en lui communiquant un mouvement de rotation, donc une certaine puissance hydraulique. Cette énergie hydraulique peut être vue comme la somme d’une énergie cinétique déterminée par le mouvement liquide dans le tube et d’une énergie potentielle stockée soit sous la forme d’un accroissement de pression soit sous celle d'une augmentation de hauteur (théorème de Bernoulli). La puissance hydraulique fournie par la pompe est donnée par la relation : Phydraulique = ρ g Q h Courbe caractéristique Dans laquelle :  Phydraulique est exprimée en watts  ρ est la masse volumique du liquide (kg/m3)  g est l’accélération de pesanteur soit 9,81 m/s2  Q est le débit volumique du liquide exprimé en m3/s  h est la hauteur manométrique de la pompe exprimée en mètres de colonne d'eau La hauteur manométrique est la hauteur d’une colonne de liquide qui déterminerait une pression statique égale à la pression de refoulement. Le terme Q h est souvent appelé charge hydraulique. La puissance mécanique à fournir à la machine est bien évidemment toujours supérieure à la puissance hydraulique fournie au liquide et on appelle rendement de la pompe le coefficient η de proportionnalité qui lie ces deux paramètres. On appelle puissance à l’arbre la puissance mécanique requise pour faire fonctionner la pompe. On a donc la relation : Phydraulique = η Pà l’arbre Point de fonctionnement Le rendement varie en fonction du point de fonctionnement, et dépend également de la machine. Pour les machines usuelles, les catalogues de constructeurs indiquent qu'il se situe le plus souvent entre 70 % et 90 %. Une pompe centrifuge ne délivre ni une quantité de liquide fixée, ni une pression déterminée : le point de fonctionnement est déterminé par la résistance du circuit connecté à la pompe. Elle augmente simultanément ces deux paramètres, en sorte que le débit obtenu dépend de la pression selon une certaine relation qui définit dans un graphique débit – pression une courbe qu’on appelle « courbe caractéristique de la pompe ». Faisceaux typiques de courbes représentatives du fonctionnement d'une même machine équipée d'impulseurs de diamètres différents Cette courbe caractéristique est le plus souvent décroissante : la pression diminue quand le débit augmente, et affecte une forme grossièrement parabolique6. En fonction des caractéristiques du circuit hydraulique de refoulement, les propriétés du liquide pompé vont varier tout en restant toujours situées sur cette courbe. La pression obtenue lorsque la pompe fonctionne à débit nul est la pression maximale à laquelle le circuit aval puisse être soumis et constitue un paramètre de dimensionnement très important pour toute l’installation aval. La courbe caractéristique d'une pompe dépend, pour un corps de pompe donné, de la dimension du diamètre extérieur de la roue. Les fournisseurs proposent en général des abaques définis dans le plan (Q, h), qui présentent les diverses courbes obtenues pour des diamètres variables de l'impulseur, ainsi que le rendement de la machine en ces points, et, parfois la puissance à l'arbre (voir schéma type ci-contre). La machine parfaite - théorie d’Euler[modifier | modifier le code] La théorie simplifiée du fonctionnement des pompes centrifuges est due à Leonhard Euler. Schéma des vitesses dans l'impulseur Pour la comprendre, il faut se représenter le bilan énergétique entre une particule de fluide à l’entrée de la roue, et cette même particule à la sortie. Dans la mesure où toute l’énergie du mouvement de rotation de l’impulseur est transférée au liquide, le couple appliqué sur les aubes sera égal au produit du débit du liquide par la variation de sa quantité de mouvement entre son entrée et sa sortie de la roue. Si donc la vitesse du liquide fait à l’entrée de l’impulseur un angle α1 avec la tangente à la roue, et à la sortie un angle α2, si on note par ailleurs V1 et V2 les modules des vitesses d’entrée et de sortie, on aura pour le couple : C = ρ Q (r2V2 cos α2 – r1V1 cos α1) Le gain en puissance hydraulique sera alors : Whydraulique = Cω, où ω est la vitesse angulaire de rotation de l’impulseur. courbe caractéristique - droite d'Euler - droite théorique. vert: pertes par frottements. rouge: pertes par chocs. La courbe de la pompe centrifuge réelle présente un rendement optimum là où elle approche le mieux la droite théorique. Le calcul théorique d'Euler correspondrait à une roue présentant une infinité d'aubes. Pour une roue réelle, la droite de rendement 1 est donc située en dessous de celle d'Euler. On obtient donc la valeur théorique de la puissance (rendement égal à 1) sous la forme : En appliquant par ailleurs le théorème de Bernoulli à la veine uploads/Industriel/ pompe-centrifuge-sari.pdf