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MAINTENANCE MECANIQUE LES POMPES MANUEL DE FORMATION COURS EXP-MN-SM110 Formati

MAINTENANCE MECANIQUE LES POMPES MANUEL DE FORMATION COURS EXP-MN-SM110 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes Révision 0 MAINTENANCE MECANIQUE LES POMPES SOMMAIRE 1. OBJECTIFS.......................................................................................................................5 2. INTRODUCTION...............................................................................................................6 2.1. RAPPELS....................................................................................................................6 2.2. MECANIQUE DES FLUIDES......................................................................................7 2.2.1. Rappels de statique des fluides..........................................................................7 2.2.1.1. Unités de pression.........................................................................................7 2.2.1.2. Pression absolue et pression relative............................................................7 2.2.1.3. Mesure des pressions....................................................................................8 2.2.2. Calcul de la hauteur manométrique totale (HMT) d’une pompe.......................10 2.2.2.1. Densité d’un fluide.......................................................................................10 2.2.2.2. Pertes de charges........................................................................................11 2.2.2.3. Hauteur manométrique totale (HMT)...........................................................11 2.2.2.4. N.P.S.H (Net Positive Suction Head) ou hauteur de charge nette absolue 12 2.2.2.5. Calcul du NPSH disponible..........................................................................13 2.2.2.6. Calcul du NPSH disponible pour une pompe en charge.............................14 2.2.2.7. NPSH requis................................................................................................15 2.2.3. Cavitation..........................................................................................................15 2.2.4. Coup de bélier...................................................................................................16 3. CARACTERISTIQUES DES POMPES...........................................................................17 4. LES DIFFERENTES POMPES........................................................................................18 4.1. LES POMPES CENTRIFUGES................................................................................18 4.1.1. Présentation.....................................................................................................18 4.1.2. Principe de fonctionnement...............................................................................19 4.1.2.1. Amorçage.....................................................................................................21 4.1.3. Montage des pompes centrifuges.....................................................................24 4.1.3.1. Pompe centrifuge en charge........................................................................24 4.1.3.2. Pompe centrifuge en aspiration...................................................................24 4.1.4. Installation des pompes centrifuges..................................................................25 4.1.5. Constitution des pompes centrifuges................................................................26 4.1.5.1. La pompe.....................................................................................................26 4.1.5.2. Le support....................................................................................................29 4.1.5.3. Accouplement..............................................................................................29 4.1.5.4. Les moyens d’entraînement........................................................................30 4.2. LES POMPES VOLUMETRIQUES...........................................................................32 4.2.1. Principe de fonctionnement...............................................................................32 4.2.2. Les pompes volumétriques rotatives................................................................32 4.2.2.1. Pompe à engrenages...................................................................................32 4.2.2.2. Pompe à lobes.............................................................................................34 4.2.2.3. Pompe à palettes.........................................................................................35 4.2.2.4. Pompe à vis.................................................................................................38 Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 2 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes 4.2.2.5. Pompe péristaltiques...................................................................................40 4.2.3. Les pompes volumétriques alternatives............................................................43 4.2.3.1. Pompe à piston............................................................................................44 4.2.3.2. Pompe à diaphragme...................................................................................46 4.2.3.3. Pompe pneumatique à membrane..............................................................46 4.2.3.4. Pompe doseuse...........................................................................................47 4.3. COUPLAGES DES POMPES...................................................................................49 4.3.1. Couplage en série.............................................................................................49 4.3.2. Couplage en parallèle.......................................................................................49 4.3.3. Intérêt des couplages........................................................................................50 5. LUBRIFICATION DES POMPES.....................................................................................51 6. ETANCHEITE DES POMPES.........................................................................................52 7. MATERIEL ANNEXE DES POMPES..............................................................................53 7.1. LES FILTRES............................................................................................................53 7.2. CLAPET DE NON RETOUR.....................................................................................54 7.3. LES APPAREILS DE CONTROLE...........................................................................56 7.4. LES SOUPAPES DE SURETE.................................................................................58 8. CONDUITE DES POMPES.............................................................................................59 8.1. SURCHARGE...........................................................................................................59 8.2. LUBRIFICATION.......................................................................................................59 8.3. MAUVAISE ASPIRATION.........................................................................................60 8.4. SURCHAUFFE..........................................................................................................60 8.5. CHANGEMENT DE FLUIDE.....................................................................................60 8.6. CONTRAINTES IMPORTANTES.............................................................................61 8.7. FILTRATION.............................................................................................................61 8.8. VIBRATIONS.............................................................................................................62 8.9. GARNITURE D’ETANCHEITE..................................................................................62 8.10. CONTRÔLES REGULIERS....................................................................................63 8.11. REGULATION DE DEBIT.......................................................................................63 8.11.1. Pompe centrifuge (et volumétrique)................................................................63 8.11.2. Pompe volumétrique.......................................................................................63 8.12. CONSERVATION DES POMPES..........................................................................64 9. MAINTENANCE DES POMPES......................................................................................65 9.1. LE LIGNAGE.............................................................................................................66 9.1.1. Nécessité d’un bon alignement entre deux machines tournantes....................66 9.1.2. Vérification des bases de la machine...............................................................67 9.1.3. Vérification et prise de mesures des arbres......................................................67 9.1.4. Vérification de l’accouplement..........................................................................68 9.1.5. Méthode de lignage...........................................................................................69 9.1.5.1. Pourquoi faut il ligner ?................................................................................69 9.1.5.2. Avantages d’un lignage précis.....................................................................71 9.1.5.3. Méthodes de lignage traditionnelle..............................................................71 9.2. DÉMONTAGE/REMONTAGE D’UNE POMPE CENTRIFUGE................................76 9.2.1. Démontage d’une pompe..................................................................................76 9.2.2. Démontage palier..............................................................................................77 9.2.3. Remontage........................................................................................................77 9.2.3.1. Remontage palier.........................................................................................78 9.2.3.2. Remontage pompe......................................................................................78 10. DOMAINES D’UTILISATION DES POMPES................................................................79 Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 3 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes 10.1. PLAGES D’UTILISATIONS.....................................................................................79 10.1.1. Pompe à piston...............................................................................................79 10.1.2. Pompe à membrane........................................................................................79 10.1.3. Pompe à engrenages......................................................................................79 10.1.4. Pompe à vis.....................................................................................................79 10.1.5. Pompe à vis excentrée....................................................................................80 10.1.6. Pompe péristaltique........................................................................................80 10.1.7. Pompe à palettes............................................................................................80 10.1.8. Pompe centrifuge............................................................................................80 10.2. AVANTAGES ET INCONVENIENTS......................................................................81 10.2.1. Pompes volumétriques....................................................................................81 10.2.1.1. A piston......................................................................................................81 10.2.1.2. A membrane..............................................................................................81 10.2.1.3. A engrenage, vis, lobes.............................................................................82 10.2.1.4. Péristaltiques.............................................................................................82 10.2.1.5. Vis excentrique..........................................................................................83 10.2.2. Pompes centrifuges........................................................................................84 10.2.2.1. Générales...................................................................................................84 10.2.2.2. Entraînement magnétique.........................................................................84 10.2.2.3. Rotor noyé.................................................................................................85 11. CE QU’IL FAUT RETENIR............................................................................................86 12. SOMMAIRE DES FIGURES..........................................................................................87 Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 4 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes 1. OBJECTIFS Utilisation optimale des pompes dans le domaine industriel. Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 5 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes 2. INTRODUCTION 2.1. RAPPELS Le principe de la pompe est apparu dès que l'homme a su construire un habitat artificiel pour se protéger des éléments naturels. Le besoin en eau nécessaire à sa survie l'obligea à trouver un système de transport de cette eau, du puits ou de la rivière à son habitat, il utilisa simplement l'énergie développée par ses muscles pour transporter l'eau à l'aide de récipient naturel ou artificiel, plus la contenance et la distance étaient grande plus l'énergie dépensée était importante. L'apparition de la machine à vapeur (Denis Papin) améliorée par l'écossais James Watt permit la mécanisation des secteurs industriels où les besoins étaient en pleine expansion (coton, charbon). Le besoin constant de minerai de charbon apparu avec le développement de l’ère industrielle obligeant la recherche de celui-ci à des profondeurs qui ne permettaient plus le travail à ciel ouvert. Les infiltrations d'eau noyant de façon continue les galeries souterraines, on utilisa alors de façon régulière des pompes pour évacuer cette eau. Il s'agit probablement là de la première utilisation industrielle des pompes. Il s'agissait en fait de pompes à piston, machine de Watt dont l'énergie provenait de la vapeur produite par de l'eau chauffée par un foyer, ce foyer ouvert provoquait régulièrement des incendies dans les galeries. Figure 1: Machine de Watt L'énergie électrique permet le développement des pompes à principe rotatif, turbine et centrifuge pour alimenter les alternateurs des centrales dont les plus gros modèles furent réalisés par les Suédois, en fait depuis près d'un siècle aucun grand principe de pompe ne fut découvert. Seuls les matériaux utilisés et la précision d'usinage permirent aux pompes d'évoluer vers de meilleurs rendements, de plus grands débits et de plus hautes pressions. Le seul fait d'utiliser un liquide pour la fabrication où les besoins de la fabrication d'un produit impliquent nécessairement l'utilisation de pompes. Il faudra attendre la fin du 18ème siècle, début de l'ère industrielle, pour que les premières pompes soient réellement construites et utilisées de façon industrielle. Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 6 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes 2.2. MECANIQUE DES FLUIDES Les rappels énumérés dans ce chapitre sont donnés uniquement à titre d’information. 2.2.1. Rappels de statique des fluides 2.2.1.1. Unités de pression Le pascal (Pa) : unité SI, peu employée en pratique Le bar (bar) et son sous multiple le millibar (mbar) Le millimètre de mercure ou Torr Le millimètre de colonne d'eau ou le mètre de colonne d'eau (m CE) L'atmosphère (atm) La correspondance entre ces unités est la suivante: 1 bar = 105 Pa = 1000 mbar ≈ 750 mm de mercure ≈ 10,2 m CE ≈ 0,987 atm La pression atmosphérique est la pression exercée par l'atmosphère à la surface de la terre. Au niveau de la mer cette pression est équivalente à celle exercée par une colonne d'environ 760 mm de mercure. Elle varie tous les jours légèrement: elle est néanmoins toujours voisine de 1 bar. 2.2.1.2. Pression absolue et pression relative La pression absolue est la pression mesurée par rapport au vide absolu (absence totale de matière). Elle est toujours positive. Figure 2: Pression absolue/relative Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 7 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes La pression relative se définit par rapport à la pression atmosphérique existant au moment de la mesure. Cette pression peut donc prendre une valeur positive si la pression est supérieure à la pression atmosphérique ou une valeur négative si la pression est inférieure à la pression atmosphérique. Les deux types de pressions correspondent physiquement à la même pression, elles sont simplement exprimées sur des échelles ayant des "zéros" différents. La relation suivante permet de passer de l'une à l'autre: Pabsolue = Prelative + Patmosphérique On parle parfois de pression différentielle: il s'agit de la différence de pression mesurée entre deux points. Cette différence a évidemment la même valeur pour des pressions exprimées en pression absolue ou en pression relative. On parle de dépression quand la pression absolue est inférieure à la pression atmosphérique. La pression relative est négative dans le cas d'une dépression. 2.2.1.3. Mesure des pressions Dans l'industrie en général, on mesure en réalité dans la grande majorité des cas des pressions relatives ce qui est suffisant. On s'intéresse également souvent à des différences de pression entre deux points. Les moyens de mesure utilisent dans leur principe la comparaison par rapport à la pression atmosphérique. Ceci justifie donc la définition des pressions relatives. Il existe deux catégories principales d'instruments de mesures de pression: Les tubes en U Pour une mesure de pression relative ils sont ouverts à l'atmosphère à une de leurs extrémités et remplis par un liquide (couramment eau ou mercure). L'autre extrémité est reliée à l'enceinte dont on veut connaître la pression relative. Pour une mesure de pression différentielle les deux extrémités du tube sont reliées aux deux points entre lesquelles on cherche à connaître la pression différentielle. La mesure se lit dans les deux cas directement par différence de niveau du liquide dans les deux branches de tube. L'utilisation de l'eau ou du mercure est fonction du but poursuivi. L’eau convient mieux pour de faibles pressions (inférieures à 0,1 bar) grâce à une bien meilleure précision. Par contre le mercure s'impose pour des valeurs supérieures à cause de la trop grande taille des tubes nécessaires. Manuel de Formation: EXP-MN-SM110-FR Dernière Révision: 20/10/2021 Page 8 de 90 Formation Exploitation Maintenance Mécanique Les pompes Figure 3: Tubes en U Les manomètres mécaniques (type manomètre de Bourdon) Suivant la pression du liquide à l'intérieur du tube métallique, celui-ci va augmenter ou diminuer son rayon de courbure et ce de manière plus ou moins importante en fonction de la valeur de uploads/Management/ exp-mn-sm110-fr-r0-pompes-maintenance.pdf