Quelle est la conception d'une pompe à flux axial vertical submersible ?

Les pompes à flux axial vertical submersibles sont des machines hydrauliques spécialisées conçues pour déplacer efficacement de grands volumes d'eau ou d'autres liquides dans diverses applications. Ces pompes sont largement utilisées dans les systèmes d'irrigation, le contrôle des inondations, les usines de traitement des eaux usées et les processus industriels où des débits élevés et des conditions de charge faibles à moyennes sont nécessaires. La conception unique à flux axial vertical de ces pompes leur permet d'être entièrement immergées dans le liquide qu'elles pompent, offrant plusieurs avantages par rapport aux configurations de pompes traditionnelles.

La conception à flux axial vertical se caractérise par sa capacité à déplacer le fluide parallèlement à l'arbre de la pompe, en utilisant des roues de forme spéciale pour créer une poussée axiale. Cette conception permet à la pompe de traiter de grands volumes d'eau avec une consommation d'énergie minimale, ce qui en fait un choix idéal pour les applications qui nécessitent un fonctionnement continu et une efficacité élevée. La nature submersible de ces pompes contribue également à leur encombrement compact et à leurs niveaux de bruit réduits, car l'ensemble de l'unité fonctionne sous la surface du liquide.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement des pompes submersibles à flux axial vertical repose sur la conversion de l'énergie mécanique de rotation en énergie cinétique et potentielle du fluide pompé. Comme leur nom l'indique, ces pompes fonctionnent avec leur arbre orienté verticalement et l'ensemble de l'unité immergée dans le liquide. Le processus commence lorsque le moteur électrique, situé au sommet de l'ensemble de la pompe, commence à faire tourner l'arbre.

L'arbre rotatif est relié à une turbine, qui est le composant clé responsable du déplacement du fluide. Lorsque la turbine tourne, elle crée une zone de basse pression à l'entrée de la pompe, attirant l'eau dans la pompe. La conception unique de la turbine à flux axial, avec ses pales en forme d'hélice, accélère l'eau axialement, c'est-à-dire parallèlement à l'arbre. Cette accélération confère de l'énergie cinétique à l'eau, augmentant sa vitesse lorsqu'elle se déplace dans la pompe.

Lorsque l'eau s'écoule dans la turbine, elle est guidée par des aubes fixes appelées diffuseur. Le diffuseur joue un rôle crucial dans la conversion de l'énergie cinétique de l'eau en mouvement rapide en énergie de pression. Il augmente progressivement la zone d'écoulement, ce qui réduit la vitesse de l'eau tout en augmentant simultanément sa pression. Cette augmentation de pression permet à la pompe de surmonter la résistance de la tête et de déplacer l'eau vers des altitudes plus élevées ou à travers un système de tuyauterie.

L'eau sous pression sort ensuite de la pompe par la buse de refoulement, qui est généralement située au-dessus de la surface de l'eau. Le fonctionnement continu de ce processus permet à la pompe à flux axial vertical submersible de déplacer efficacement de grands volumes d'eau, ce qui la rend idéale pour les applications nécessitant des débits élevés avec des augmentations de pression relativement faibles.

Considérations de conception

La conception des pompes submersibles à flux axial vertical nécessite une prise en compte minutieuse de divers facteurs pour garantir des performances, une efficacité et une durabilité optimales. Les ingénieurs doivent tenir compte des exigences spécifiques de l'application, telles que le débit souhaité, la pression de refoulement et les caractéristiques du fluide pompé. Voici quelques considérations de conception clés :

Taille et forme de la turbine : La turbine est le cœur de la pompe et sa conception influence considérablement les performances de la pompe. Dans les pompes à flux axial, la turbine ressemble généralement à une hélice avec des pales soigneusement profilées. La taille de la turbine affecte directement le débit, les turbines plus grandes étant généralement capables de déplacer plus d'eau. La forme des pales est optimisée pour fournir le transfert d'énergie le plus efficace au fluide tout en minimisant les turbulences et la cavitation. Les ingénieurs utilisent des simulations avancées de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour affiner la conception de la turbine afin d'obtenir une efficacité maximale.

Forme du diffuseur : Le diffuseur, situé immédiatement après la roue, joue un rôle crucial dans la conversion de l'énergie cinétique de l'eau en énergie de pression. Sa conception doit compléter la roue pour assurer une transition d'écoulement en douceur et une conversion d'énergie efficace. La forme et le nombre d'aubes du diffuseur sont soigneusement calculés pour minimiser les pertes et optimiser la récupération de pression. Un diffuseur bien conçu peut améliorer considérablement l'efficacité globale de la pompe.

Matériau du boîtier : Le boîtier de la pompe, également appelé carter, doit être construit à partir de matériaux capables de résister à la nature corrosive et érosive des fluides pompés, ainsi qu'aux pressions impliquées. Les matériaux courants comprennent la fonte, l'acier inoxydable et, dans certains cas, des alliages ou des composites spécialisés. Le choix du matériau dépend de facteurs tels que la composition chimique du fluide, les températures de fonctionnement et la présence de particules abrasives. La conception du boîtier doit également faciliter l'entretien et la réparation tout en garantissant une étanchéité à l'eau pour protéger les composants internes.

Puissance du moteur : Le moteur électrique qui entraîne la pompe doit être dimensionné de manière appropriée pour répondre aux conditions de débit et de hauteur requises. Les moteurs sous-dimensionnés peuvent entraîner de mauvaises performances et une panne prématurée, tandis que les moteurs surdimensionnés entraînent une consommation d'énergie inutile et des coûts plus élevés. Les ingénieurs calculent la puissance du moteur requise en fonction de la puissance hydraulique nécessaire pour déplacer le fluide, en tenant compte de l'efficacité de la pompe et du moteur. De plus, le moteur doit être conçu pour fonctionner de manière fiable dans un environnement immergé, avec des mécanismes d'étanchéité et de refroidissement appropriés.

D’autres considérations de conception importantes incluent :

Conception de l'arbre : l'arbre de la pompe doit être suffisamment solide pour transmettre la puissance du moteur à la roue tout en résistant à la déflexion et aux vibrations.

Roulements et joints : Ces composants doivent être sélectionnés pour résister aux conditions de fonctionnement immergées et offrir une fiabilité à long terme.

Conception d'entrée : l'entrée de la pompe doit être façonnée pour assurer une entrée d'eau en douceur et minimiser le risque de formation de vortex, ce qui peut réduire l'efficacité et causer des dommages.

Système de refroidissement : Un refroidissement adéquat du moteur et des roulements est essentiel pour un fonctionnement à long terme, souvent obtenu grâce au flux du fluide pompé lui-même.

Compatibilité des matériaux : Tous les composants doivent être compatibles avec le fluide pompé pour éviter la corrosion ou la dégradation dans le temps.

En considérant soigneusement ces facteurs de conception, les ingénieurs peuvent créer des pompes à flux axial vertical submersibles qui offrent une efficacité élevée, une fiabilité et une longue durée de vie dans des applications exigeantes.

Fournisseur de pompes à flux axial verticales submersibles

Tianjin Kairun a mis en place un système d'assurance qualité complet qui couvre tous les aspects de notre production de pompes à flux axial vertical submersibles, du développement et de la conception initiaux à la fabrication, aux tests et au service après-vente. Cette approche holistique garantit que chaque pompe répond aux normes de qualité et de performance les plus élevées.

Avant de quitter l'usine, une pompe est soumise à des tests complets pour vérifier ses caractéristiques de performance, notamment le débit, la pression et l'efficacité. Ce processus de test permet de garantir que chaque pompe fonctionnera comme prévu une fois installée sur le terrain.

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Références:

1. Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P., & Heald, C. C. (2008). Pump Handbook (4th ed.). McGrawHill Education.

2. Gülich, J. F. (2014). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

3. Tuzson, J. (2000). Centrifugal Pump Design. John Wiley & Sons.

4. Lobanoff, V. S., & Ross, R. R. (2013). Centrifugal Pumps: Design and Application (2nd ed.). Elsevier.

5. Nelik, L. (1999). Centrifugal and Rotary Pumps: Fundamentals with Applications. CRC Press.