Qu’est-ce qu’une pompe à débit axial ?
Une pompe à débit axial est une pompe dans laquelle le flux refoulé par la roue est sur un plan cylindrique concentrique avec l’arbre principal.
Un arbre rotatif est équipé d’un certain nombre de roues qui transmettent l’énergie de pression et de vitesse au fluide par l’action de levage des pales. L’énergie de vitesse du fluide sortant parallèlement à l’arbre est ensuite convertie en énergie de pression par une aube directrice fixe.
Les pompes à débit axial sont utilisées dans des utilisations où des débits élevés et une faible pression sont nécessaires, comme pour le drainage et l’irrigation.
Utilisations des pompes à débit axial
En raison de leurs faibles pertes aérodynamiques, de leur petite taille et de leur relative facilité de manipulation, les pompes à débit axial sont utilisées dans une grande variété d’utilisations industrielles.
Les exemples incluent l’eau de refroidissement dans les centrales électriques, les condenseurs dans les turbines à vapeur, les systèmes d’eau et d’égouts, l’eau et les autres eaux de circulation et eaux usées dans l’industrie chimique. D’autres utilisations comprennent le drainage des rivières, l’irrigation, le secteur de l’alimentation et des boissons, le pétrole et le gaz, et l’industrie minière.
Principe des pompes à débit axial
Les pompes à débit axial sont classées parmi les turbopompes. Elles sont constituées d’un arbre cylindrique rotatif avec des ailettes disposées radialement, qui créent une force centrifuge lorsque la roue tourne à grande vitesse.
La forme de la roue est similaire à celle des ailes d’un avion. Dans les pompes à débit axial, les aubes sont fixées à la roue et tournent. La force de levage agissant sur la roue crée une force d’écoulement axial et évacue le liquide.
Structure des pompes à débit axial
Les pompes à débit axial sont généralement composées d’un corps, d’une roue, d’aubes fixes, d’une broche, de roulements et d’une garniture d’arbre.
1. Corps
Le corps abrite le rotor, qui se compose de la roue et de l’arbre, et possède une structure résistante à la pression pour distribuer efficacement le liquide.
2. Roue
Une roue possède plusieurs pales qui tournent pour expulser le liquide. Les pales fixes transforment le flux tourbillonnant en une direction axiale et convertissent l’énergie de la vitesse en pression.
3. Axe
L’axe est la partie de la roue à aubes à laquelle la roue à aubes est attachée et qui tourne, et transmet la puissance nécessaire à la roue à aubes.
4. Palier
Le palier supporte l’axe et la roue et est un composant important pour un fonctionnement stable de la pompe et reçoit la poussée du fonctionnement de la pompe.
5. Joint d’arbre
La garniture d’arbre permet d’étancher les fuites d’eau par la pénétration de l’arbre et du corps.
Caractéristiques des pompes à débit axial
Les pompes peuvent être classées en trois grandes catégories : les pompes turbo, les pompes volumétriques et les autres types de pompes. Les pompes de type turbo sont elles-mêmes divisées en types centrifuges, pompes à débit axial et pompes à débit axial. Les pompes à débit axial, qui font partie des pompes de type turbo, présentent les caractéristiques suivantes par rapport aux autres types de pompes :
- Elles peuvent fonctionner à des vitesses élevées, ce qui les rend compactes et légères.
- La variation de la hauteur de refoulement par rapport à la variation du débit est importante et la plage de fonctionnement est étroite.
- L’inconvénient est que la puissance de l’arbre de serrage est plus de deux fois supérieure à la puissance nominale. Les vibrations augmentent pendant le serrage et ne sont normalement pas utilisées.
- Le rendement de la pompe est légèrement inférieur à celui de la pompe à flux diagonal.
- Les pompes à flux axial conviennent principalement aux utilisations avec des débits élevés et de faibles hauteurs de refoulement.
Comment choisir une pompe à débit axial
Les principaux facteurs déterminant les spécifications de la pompe sont le débit et la pression. La pression peut être convertie dans la même unité d’énergie potentielle, m, et est appelée hauteur de charge ou hauteur manométrique. En fonction du débit et de la pression, les critères de sélection du type de pompe turbo à utiliser sont généralement les suivants
- Si le débit est faible mais qu’une hauteur manométrique élevée est nécessaire, il convient de choisir des pompes centrifuges.
- Si le débit est élevé et la hauteur manométrique faible, il faut choisir une pompe à débit axial.
- Si le débit est relativement élevé et qu’une certaine hauteur de refoulement est nécessaire, il faut choisir une pompe à débit semi-axial.
Autres informations sur les pompes à débit axial
Cavitation dans les pompes
Les pompes peuvent être confrontées à un problème connu sous le nom de cavitation. À l’entrée de la roue de la pompe, la vitesse élevée du fluide augmente l’énergie de vitesse, ce qui réduit la pression d’entrée, c’est-à-dire la pression statique.
Si la pression à l’entrée de la roue tombe en dessous de la pression de vapeur saturée de l’eau à cette température, l’eau se transforme en vapeur et des bulles se forment. Ce phénomène est la cavitation.
Si la pompe continue à fonctionner de cette manière, des ondes de choc sont générées lorsque les bulles se forment et se dissipent de manière répétée. Les ondes de choc frappent les surfaces des pales de la roue, provoquant une érosion progressive des surfaces. Il s’agit de l’érosion par cavitation.
Si la cavitation se poursuit, les bulles ne se dissipent pas et la zone d’aspiration se couvre de bulles, rendant impossible le fonctionnement de la pompe. Même s’il existe une marge suffisante pour que la cavitation se produise au débit nominal de la pompe, la cavitation se produira toujours dans la plage des faibles débits. La cavitation peut être évitée en augmentant le débit minimum de fonctionnement ou en utilisant une vitesse de pompe variable.