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    Les pompes, c est pas sourcier !

    ou

    Introduction la commutation de pompes

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    SommaireLe Pompage , c estquoi ? p. 3La chane cinmatique p. 4Carte commutation de pompes : pompe utilise p. 5Hauteur d aspiration p. 6Les diffrents types de pompes centrifuges p. 7Le rseau hydraulique p. 8

    Les caractristiques d'un rseau hydraulique p. 9Les quatre missions distinctes d'une pompe p. 10La caractristique H = f(Q), p. 11Les pertes de charge p. 12Exemple de pertes de charge dans un rseau hydraulique p. 13L'analogie entre la mcanique et l'hydraulique p. 14

    La pompe centrifugeLes caractristiques lgales fournir par le constructeur de pompes p. 15L'amorage de la pompe centrifuge p. 16

    Le point de fonctionnement p. 17La variation de dbit par vannage p. 18La variation de dbit par la variation de vitesse de la pompe p. 19Le bilan en puissance mi-dbit p. 20Le calcul d'conomie d'nergie, logiciel ECO 8 p. 21La mise en parallle de pompes centrifuges p. 22

    Les risques de la pompe centrifuge p. 23Les coups de blier, les coups de clapet p. 24 et p. 25Le dsamorage de la pompe p. 26Le barbotage de la pompe p. 27La cavitation de la pompe p. 28Le NPSH p. 29

    Votre offre produits associs hors AltivarLes dmarreurs/ralentisseurs lectroniques p. 30Les pressostats, vacuostats p. 31Les relais de mesures p. 32

    Application : la distribution de leau P. 33Applications : la distribution d eaubrute et le relevage des eaux uses P. 34

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    Le "Pompage" : c est quoi ?

    Le "pompage" est l'Art de dplacer des liquides ou des gaz

    Les besoins

    Dbit

    Vitesse du fluide

    Fixe ou variable et/ou rgule

    Pression

    Lie au rseau hydraulique (hauteur, longueur, coudes, etc.)Fixe ou variable et/ou rgule

    Ressources et Utilisations

    Continu ou discontinu

    Pression

    Dbit

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    La chane cinmatique

    Pompe Moteur

    Aspiration

    Refoulement Arbre de

    transmission

    (tanchit)

    Hydraulique Electrique

    Commande

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    Carte commutation de pompes : pompe utilise

    Pompe centrifuge : 60 90 % Couple variable

    Pompe volumtrique alternative : 40 10 %

    Couple constant

    Pompe volumtrique rotative : % selon pays

    Axe

    rducteur

    Pompe vis excentre

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    Hauteur d aspiration

    La hauteur de refoulementn'est limite que par ltechnologie des pompes. Elle est lie la forme de

    la roue, son diamtre et au nombre de roues dans

    le cas de pompe centrifuge multi-tages (plusieurs

    roues en srie, jusqu' 12 dans le cas de pompes

    immerges).

    La hauteur d'aspirationthorique maximale est de 10,33 m (calcul sans perte de charge dans la conduite).Ceci est li au fait que la dpression maximale possible est le vide. L'cart entre la pression atmosphrique et le

    vide est de 1 bar. Une dpression de 1 bar permet l'lvation d'une colonne d'eau de 10,33 m s'il n'y a pas de

    perte de charge. Dans la pratique, la hauteur d'aspiration relle varie de 5 7 mtres.

    Arrive du liquide

    Aspiration

    RefoulementSortie du liquide

    Alimentation

    du moteur

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    Les diffrents types de pompes centrifuges

    Couple rsistant = K vitesse2(sauf produits forte viscosit ou boue)

    Pompe de surface Pompe ligne d'arbre Pompe submersible Pompe immerge

    Garniture

    mcanique

    d'tanchit

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    Le rseau hydraulique

    RESSOURCE

    UTILISATION

    Conduite, tuyau

    Pompe

    centrifuge

    Sens de dplacement

    du fluide

    Bassin

    Rservoir de dpart

    Cuve

    BassinRservoir d'arrive

    Cuve

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    Le rseau hydrauliqueLes caractristiques d'un rseau hydraulique

    Caractrise par :

    une cote altimtrique : zi (z initiale)

    une pression : pi (pression initiale)

    une vitesse de fluide : Vi (vitesse initiale)

    RESSOURCEpi, Vi

    UTILISATIONpf, Vf

    Conduite, tuyau

    Pompe

    centrifuge

    Vitesse de dplacement

    du fluide

    ziPertes de charge

    zf

    Caractrise par (f = finale) :une cote altimtrique : zfune pression : pfune vitesse de fluide : Vf

    Q = dbit

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    Le rseau hydrauliqueLes quatre missions distinctes d'une pompe

    Eventuellement

    1 Elever gomtriquement le dbit contractuel Q de zi zf.

    2 Mettre en pression ce mme dbit Q de pi pf.

    Toujours

    3 Assurer la mise en vitesse du dbit Q de Vi Vf

    4 Vaincre, pour ce dbit contractuel Q, l'ensemble de toutes lespertes de charge de quelque nature qu'elles soient HJif

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    Le rseau hydraulique :caractristique H = f (Q),hauteur manomtrique en fonction du dbit

    C'est la pression demande par le rseau hydraulique la pompe aux diffrents dbits souhaits.

    HAUTEUR(PRESSION)

    HMT z z p p

    g

    V V

    gH jF I

    F I F IIF

    ( )

    .

    2 2

    2

    H jIF

    V Vg

    F I2 2

    2

    p pg

    F I

    .

    ( )z zF I

    H.M.T.

    RESEAU

    DEBITTQmaxQ2Q1

    4 Pertes de charge

    3 Mise en vitesse

    2 Mettre en pression

    1 Elever gomtriquement

    = densit

    g = acclration due la pesanteur

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    Le rseau hydrauliqueLes pertes de charge

    Elles sont :

    proportionnelles la longueur de la conduite

    lies au diamtre de la conduite (et donc son encrassement)

    lies aux changements de section de la conduite, aux coudes, aux

    vannes, etc. proportionnelles au carr de la vitesse du fluide

    lies la matire de la conduite : rugosit (frottement liquide/conduite)

    lies la nature du fluide : viscosit (frottement liquide/liquide)

    (la viscosit d'un fluide change en fonction de sa temprature)

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    Le rseau hydrauliqueExemple de pertes de charge dans un rseau hydraulique

    Des manomtres (mesure de pression) montrent la dgradation de la pression, en particulier au passage

    dans les composants.

    F

    19,6 9,7 9,5 5

    E

    DCBAM0

    F

    M1

    14 12

    Pression disponible

    bars

    F

    M019

    18

    A

    B

    10C

    D

    5,5

    E

    4,5

    14 M111

    L

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    Le rseau hydrauliqueL'analogie entre la mcanique et l'hydraulique

    Le surplus de couple fourni par le moteur cre un

    couple acclrateur qui met en vitesse la mcanique

    L'inertie J limite l'augmentation de vitesse.

    Le surplus de pression de la pompe (P > z + p

    + Hj) cre une pression acclratrice de la colonne

    d'eau N : vitesse linaire.

    L'inertie, poids de la colonne d'eau M, limite

    l'augmentation de vitesse (linaire).

    d

    dt

    .

    dN

    dt.

    CommentairesMise

    en vitesse

    Couple

    acclrateur

    Ca Jddt

    Frottement

    Couple rsistant

    Pertes

    +

    Masse

    Couple rsistant

    Prrequis

    Couple du moteur

    =

    altitude

    + pression

    HYDRAULIQUE

    = Pertes de charge+Pression

    acclratrice

    du liquide+

    Pression

    de la pompe

    MECANIQUE

    Cm CR Ca

    Source

    (zf - zi) + (pf - pi)= Hj+ M +P

    CR

    L t if

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    La pompe centrifugeLes caractristiques lgales fournir

    par le constructeur de la pompe

    H = hauteur manomtrique exprime en mtre de colonne d'eau (mce), correspond une pression.

    1 bar correspond une colonne d'eau de 10 mtres.

    Pression fournie par la pompe

    en fonction de son dbitNPSH requis : pression minimale ncessaire

    en entre de la pompe pour viter le

    phnomne de cavitation

    Le rendement maximal n'est pas obtenu pour le dbit maximal

    Puissance

    Point de

    dbit nulH

    (mce)

    Point de

    dbit maximum

    Q

    Dbit m3/h

    Q

    Dbit m3/h

    Rdt

    %

    Q

    Dbit m

    Q

    Dbit m

    NPSH

    requis

    (mce)

    Pui

    kW

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    La pompe centrifugeL'amorage de la pompe centrifuge

    Il est ncessaire d'amorcer la pompe centrifuge lors de son premier dmarrage.

    Il faut remplir la conduite et la volute de la pompe afin qu'elle puisse dmarrer la colonne

    d'eau.

    Pour viter d'avoir amorcer cette pompe chaque dmarrage, il faut viter qu'elle se

    dsamorce ; soit en utilisant des pompes auto-amorantes, soit en plaant sur la conduite

    un clapet de pied laissant le liquide baigner la roue de la pompe.

    Sens du fluide

    Clapet de pied se fermant l'arrt de la colonne d'eau

    Clapet de piedPompe auto-amorante

    L t if

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    La pompe centrifugeLe point de fonctionnement

    Point de fonctionnement

    Les pressions motrice et rceptrice

    s'quilibrent.Le fluide a atteint sa vitesse.

    Pression

    Hauteur

    manomtrique

    (mce)

    La pompe fournit une pression suprieure

    aux besoins de l'application.

    Le liquide acclre.

    La pompe fournit une pression infrieure au

    besoin de l'application.

    L'acclration du liquide n'est pas possible.

    Dbit m3/h

    La pompe centrifuge

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    La pompe centrifugeLa variation de dbit par vannage

    Le vannage (du refoulement) modifie la caractristique du rseau hydraulique.

    Il en rsulte une augmentation de pression.

    La vanne peut tre manoeuvre manuellement ou lectriquement.

    Pression

    Hm

    PMINI

    Vanne presque ferme

    Point de fonctionnement intermdiaire

    Caractristique de la pompe

    Point de fonctionnementVanne ouverte

    QMAXIDbit

    f

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    La pompe centrifugeLa variation de dbit par la variation de vitesse de la pompe

    La variation de vitesse modifie la caractristique de la pompe.

    A un dbit rduit correspond une puissance consomme rduite.

    Pression

    Hm

    Rseau hydrauliqu

    QMAXI

    Dbit

    Si l'on veut une trs large

    plage de variation de

    dbit, il est prfrable :

    d'avoir de fortes pertes

    de charge,d'avoir une faible

    hauteur d'lvation.

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    La pompe centrifugeLe bilan en puissance mi-dbit

    Puissance Hydraulique = Pression x Dbit

    Pression

    Vannage Variation de vitesse

    Hm

    Rseau hydraulique

    Vanne moiti ferme

    Rseau hydraulique

    Vanne ouverte

    Mi-dbit Dbit

    Pression

    Hm

    Mi-dbit Dbit

    L t if

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    La pompe centrifugeLe calcul d'conomie d'nergie

    ECO 8

    ECO 8 est un logiciel de dmonstration d'conomie d'nergie

    Son usage donne une indication de la dure d amortissement.

    ECO 8 vite le fastidieux calcul manuel de l conomied nergiepour l Altivar.

    Il possde des exemples types :

    pompes avec diffrentes hauteurs d eau

    ventilateurs

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    La pompe centrifugeLa mise en parallle de pompes centrifuges

    Pour effectuer ce montage,

    il est indispensable de

    choisir des pompes

    possdant la mme hauteur

    manomtrique dbit nul.

    La mise en srie de pompe

    permet d'augmenter la hauteur

    manomtrique, mais ceci est la

    fonction des pompes multi-

    tages.

    Courbes descendantes

    et quasi identiques

    H diff

    m

    H diff1

    Points

    d'opration stable

    D m3/h

    D1 D2

    Courbe rsultante

    H diff

    m

    H diff1

    D m3/h

    D1+ D2

    Point d'opration stable

    Courbes descendantes

    mais trop diffrentes

    H diff

    m

    H diff1

    Points d'opration impossible

    car en dessous du dbit mini

    sauf s'il existe une recirculation

    D m3/hD1 D2

    H diff

    m

    H diff1

    D m3/hD1+ D2

    Point d'opration impossible

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    La pompe centrifuge

    Les risques de la pompe centrifuge

    Les coups de blier, les coups de clapet.

    Le dsamorage de la pompe.

    Le barbotage de la pompe.

    La cavitation de la pompe.

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    La pompe centrifugeLes coups de bliers, les coups de clapet

    Phnomne

    La mise en mouvement ou l'arrt trop brusques de la colonne d'eau peuvententraner des surpressions et/ou des sous-pressions dans les conduites.

    Risques

    Destruction des conduites.

    Destruction des clapets suivant leur technologie (clapets battant)

    Solutions

    Hydrauliques

    Mcaniques

    Electroniques

    L if

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    La pompe centrifugeLes coups de bliers, les coups de clapet

    Solutions Hydrauliques

    Ballon Chemine

    antiblier

    Mcaniques Electroniques

    Inertie solidaire par rampe de dclration

    de la pompe Dmarreur/ralentisseur

    clapets ressort Variateur de vitesse

    Moteur Inertie

    ATV

    ATS

    LH4N2

    L t if

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    La pompe centrifugeLe dsamorage de la pompe

    Phnomne

    Manque d'eau par dfaut de ressource ou par conduite obstrue

    Risques

    Destruction de la pompe non prvue pour fonctionner sec

    Solutions : prvention ou dtection

    Capteur de niveau pour prvenir du manque d'eau.

    Dtection d'un sous-courant illustrant la sous-charge.

    Relais de mesure RM3.

    Dmarreur/ralentisseur lectronique Altistart ATS46.

    Variateur de vitesse Altivar.

    Ressource

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    La pompe centrifugeLe barbotage de la pompe

    Phnomne

    La pompe centrifuge tourne sans pouvoir dplacer le liquide pour desraisons de vitesse trop lente ou de conduite obstrue.

    Risque

    Destruction de la pompe.

    Solutions

    Eviter le fonctionnement par

    le rglage du seuil de petite

    vitesse LSP de l Altivar.

    Il faut identifier le seuil de barbotage

    HMT

    Zone de

    barbotage

    Point de

    fonctionnement

    LSP Q

    Ressource

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    La pompe centrifugeLa cavitation de la pompe

    Phnomne

    Lorsqu'une pompe aspire un liquide plus rapidement que la ressource ne peut lui fournir, elle

    cre une dpression dans la conduite d aspiration.

    Dpression

    Risques

    Lorsque cette dpression est trop forte (approche du vide absolu), le liquide se vaporise dans laconduite, juste avant l'entre de la pompe. Lorsque ces bulles arrivent et touchent la roue ellesredeviennent liquide par de multiples micro-explosions (molculaires) perant progressivementla roue et la dtruisant.

    Solutions

    Dtection : mesure de bruit ou de vibrations par des sondes fixes sur la pompe.

    Prvention : mesure de la dpression en entre de pompe par un pressostat.Rgler le seuil de grande vitesse (HSP) de l'Altivar. Le phnomne est plusprsent grande vitesse car les pertes de charge augmentent.

    Ressource

    La pompe centrifuge

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    La pompe centrifugeLa cavitation de la pompe

    Le NPSH

    La courbe du NPSH requis est fournie par le constructeur de pompe. Le NPSH est la pression

    minimale ncessaire en entre de pompe pour viter le phnomne de cavitation.

    NPSH

    (mCE)

    6

    4

    2

    0

    0 50 100

    Q (m3.h-1)

    NPSH

    (Net Positive Suction Head)Les pertes de charge

    augmentent proportionnellement

    au carr de la vitesse du fluide

    et donc du dbit rduisant

    d'autant la capacit d'aspiration

    de la pompe (en relatif). De ce

    fait, une cavitation interviendratoujours et d'abord grande

    vitesse. Le front de la zone de

    cavitation avancera vers les

    petits dbits jusqu'au point de

    fonctionnement o le

    phnomne de cavitation sera

    visible. Le rglage du seuil de

    grande vitesse HSP d'un Altivarpeut rsoudre temporairement

    ce problme.

    HMT

    P

    Point de

    fonctionnementZone de

    cavitation

    Exemple de rglage de HSP Q Front de la zone de cavitation

    Q m3.h-1

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    L offre produits associe hors AltivarLes dmarreurs/ralentisseurs lectroniques

    Dmarrage en douceur : LH4N1, LH4N2, ATS46

    Suppression des pointes de courant : LH4N2, ATS46

    Ralentissement contrl : LH4N2, ATS46

    Contrle total du couple moteur : ATS46

    Suppression des coups de bliers : LH4N2, ATS46

    Dtection du dsamorage de la pompe : ATS46

    Dtection de la fin de dmarrage de la pompe : ATS46 Dtection de l'inversion du sens de rotation des phases : ATS46

    Protection du moteur par relais thermique intgr : ATS46

    Protection du moteur des pompes immerges, classe de dmarrage 2 s : ATS46

    Encombrement rduit : LH4

    Cblage simplifi : LH4

    Mesure de surtension ou de sous-tension rseau : LH4, ATS46 PS : en gnral, plus les puissances desmoteurs sont importantes, plus l'emploi de

    dmarreur/ralentisseur est rel.Pass 50 kW, le prix de l'ATS46 est rembourspar le cot des transformateurs, des cbles,des contacteurs, etc.

    LH4N1

    LH4N2

    ATS46

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    L offre produits associe, hors AltivarLes pressostats, vacuostats

    Rgulation de pression avec pressostat analogique 4-20 mA : XML-E

    Consommation < 20 mA

    Dtection d'un seuil de pression : FSG, XMP, XML-A

    Pour : commande signalisation

    protection

    Rgulation de pression en tout ou rien (2 seuils rglables) : XML-B

    FSG

    IP40

    XMP

    IP65

    XML.A

    IP66

    XML.B1/500 bars

    XML.E1/600 bars

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    L offre produits associe hors AltivarLes relais de mesure

    Sens de rotation des phases : RM3TR1

    Absence de phase : RM3TR1

    Mesure de niveau par mesure de rsistance : RM3LG, RM3LA

    Electrode de niveau : LA9-RM201

    Dtection de dsamorage de pompe (sous-charge) : RM3JA1

    Permutation de pompes chaque dmarrage : CA2-SKE20

    PS : les temporisateurs RE3, RE4, RE5 et les programmateurs sont utiles sur certaines applications de pompage.

    RM3TR1

    RM3LG

    RM3JA1

    CA2 SKE20

  • 8/13/2019 mtier pompage

    33/34

    DAS CI - AF/LG/CL - 12/99 - FR

    33

    Application : la distribution d eau potable

    P1 P2 P3P

    Pompes

    Vanne

    motorise

    Chteau d'eau

    Surpresseur

    Surpresseur incendie

  • 8/13/2019 mtier pompage

    34/34

    DAS CI - AF/LG/CL - 12/99 - FR

    34

    Applications : la distribution d eau brute

    et le relevage d eaux uses

    Station de relvement eaux uses

    Coffret lectrique

    Forages

    P

    Irrigation Arrosage

    Distribution

    Pompes

    immerges