Pompe à eau submersible à flux axial

Les pompes à eau submersibles à flux axial sont largement utilisées dans les systèmes d'irrigation, le contrôle des inondations, la circulation de l'eau de refroidissement dans les centrales électriques et les installations de traitement des eaux usées. La compréhension du principe de fonctionnement des pompes à eau submersibles à flux axial est essentielle pour les ingénieurs, les techniciens et les opérateurs impliqués dans les systèmes de traitement des fluides.

Fiche d'information sur les paramètres

Portance générée par la roue 

Le principe de fonctionnement principal d'une pompe à eau submersible à flux axial repose sur le concept de génération de portance, similaire à la façon dont une aile d'avion produit une portance dans l'air. Lorsque la turbine tourne dans le fluide, elle crée une différence de pression entre les surfaces supérieure et inférieure de ses pales. Cette différence de pression entraîne une force de levage qui propulse le fluide axialement à travers la pompe.

Les pales de la turbine sont conçues avec une forme et un angle d'attaque spécifiques pour optimiser cette génération de portance. Lorsque la turbine tourne, le fluide est accéléré et guidé le long de l'axe de la pompe. Le mouvement de rotation de la turbine transmet au fluide des composantes de vitesse axiale et tangentielle. La composante axiale est responsable de l'action de pompage, tandis que la composante tangentielle est généralement convertie en énergie de pression supplémentaire par les composants stationnaires de la pompe.

L'efficacité de ce mécanisme de pompage basé sur la portance dépend de divers facteurs, notamment la conception de la turbine, la vitesse de rotation et les propriétés du fluide. En contrôlant soigneusement ces paramètres, les pompes à eau submersibles à flux axial peuvent atteindre des débits élevés avec un apport d’énergie relativement faible, ce qui les rend idéales pour les applications nécessitant le déplacement de grands volumes de fluide.

Fonction de la roue

La turbine est le cœur d'une pompe à eau submersible à flux axial et joue un rôle crucial dans le processus de conversion d'énergie. Lorsque le moteur principal (généralement un moteur électrique) fait tourner la turbine, il transfère de l'énergie mécanique au fluide. Cette énergie est convertie en deux formes : l'énergie de pression et l'énergie cinétique.

Les pales de la turbine sont conçues avec une section transversale en forme de profil aérodynamique, semblable à celle des ailes d'avion. Lorsque le fluide s'écoule sur ces pales en forme de profil aérodynamique, il subit une différence de pression entre les surfaces supérieure et inférieure. Cette différence de pression crée une portance, qui propulse le fluide axialement à travers la pompe.

L'énergie cinétique transmise au fluide se manifeste par une augmentation de la vitesse dans les directions axiale et tangentielle. La composante de vitesse axiale contribue directement au débit de la pompe, tandis que la composante tangentielle est souvent considérée comme une perte qui doit être minimisée ou récupérée.

L'efficacité de la roue à convertir l'énergie mécanique en énergie fluide dépend de plusieurs facteurs, notamment :

1. Géométrie des pales (angle, courbure et épaisseur)

2. Nombre de pales

3. Diamètre de la turbine

4. Vitesse de rotation

5. Propriétés du fluide (viscosité, densité)

Les ingénieurs optimisent ces paramètres pour obtenir les performances de pompe souhaitées tout en minimisant les pertes d'énergie et les risques de cavitation.

La fonction de l'aube directrice

Une fois que le fluide traverse la roue, il possède à la fois des composantes de vitesse axiale et de rotation. Les aubes directrices, également appelées pales de stator ou aubes de diffuseur, jouent un rôle essentiel dans l'optimisation de l'efficacité globale de la pompe à eau submersible à flux axial en s'attaquant à ce flux de rotation.

Les principales fonctions des aubes directrices sont:

1. Redressement du flux : les aubes directrices redirigent le fluide en spirale sortant de la turbine dans une direction plus axiale. Ce redressement du flux réduit les pertes d'énergie associées au flux tourbillonnaire et améliore l'efficacité hydraulique de la pompe à eau submersible à flux axial.

2. Conversion d'énergie : lorsque le fluide traverse les aubes directrices, une partie de son énergie cinétique (principalement la composante rotationnelle) est convertie en énergie de pression. Ce processus de conversion est obtenu grâce à une conception minutieuse de la géométrie des aubes directrices, qui agit efficacement comme un diffuseur.

3. Récupération de pression : en ralentissant le fluide et en élargissant la zone d'écoulement, les aubes directrices aident à récupérer la pression qui serait autrement perdue. Cette récupération de pression contribue à la hauteur manométrique globale générée par la pompe.

4. Stabilité du flux : des aubes directrices bien conçues peuvent aider à stabiliser le flux dans la pompe, réduisant ainsi les turbulences et améliorant les performances globales de la pompe.

L'efficacité des aubes directrices dans l'exécution de ces fonctions dépend de leur conception, notamment de facteurs tels que le nombre d'aubes, leur forme, leur angle et leur espacement. Un alignement correct entre la roue et les aubes directrices est également essentiel pour des performances optimales.

Caractéristiques de performance

Pour garantir un fonctionnement sûr et efficace des pompes à eau submersibles à flux axial, les opérateurs doivent :

1. Éviter un fonctionnement prolongé dans la zone instable de faible débit

2. Toujours démarrer la pompe avec une vanne de refoulement ouverte

3. Surveiller les performances de la pompe et les conditions du système pour maintenir un fonctionnement proche du point de conception

4. Mettre en œuvre des stratégies de contrôle appropriées, telles que des variateurs de vitesse, pour s'adapter aux différentes demandes du système tout en maintenant un fonctionnement efficace