Quelle est la différence entre une pompe centrifuge et une pompe à flux axial vertical ?

Dans le monde de la manipulation des fluides, les pompes jouent un rôle crucial dans le déplacement des liquides d'un point à un autre. Les pompes centrifuges et les pompes à flux axial vertical sont deux types de pompes couramment utilisées dans diverses industries. Bien que toutes deux servent au transfert de fluides, elles diffèrent considérablement dans leur conception, leur fonctionnement et leur application.

Sens d'écoulement

L'une des différences fondamentales entre les pompes centrifuges et les pompes à flux axial vertical réside dans le sens d'écoulement du fluide à travers la pompe. Cette distinction n'est pas seulement une question de conception, mais influence considérablement les caractéristiques de performance de la pompe et son adéquation à diverses applications.

Les pompes centrifuges, comme leur nom l'indique, utilisent la force centrifuge pour déplacer le fluide. Dans ces pompes, le fluide entre dans la pompe au centre d'une turbine rotative. Lorsque la turbine tourne, elle transmet de l'énergie cinétique au fluide, le projetant vers l'extérieur dans une direction radiale. Ce mouvement radial du fluide est ensuite converti en pression lorsque le fluide sort de la turbine et pénètre dans le boîtier de la pompe. Le boîtier est généralement conçu en forme de spirale, appelée volute, ce qui contribue à augmenter encore la pression et à guider le fluide vers la sortie de refoulement.

En revanche, les pompes à flux axial vertical déplacent le fluide dans une direction axiale, parallèlement à l'arbre de la pompe. Dans ces pompes, la turbine est conçue davantage comme une hélice, avec des pales qui poussent le fluide le long de l'axe de rotation. Lorsque la turbine tourne, elle crée une zone de basse pression devant elle, aspirant le fluide, et une zone de haute pression derrière elle, poussant le fluide vers l'extérieur.

Le sens d'écoulement axial de ces pompes est particulièrement avantageux pour déplacer de grands volumes de fluides à des pressions de refoulement relativement faibles. Cela rend les pompes à flux axial idéales pour des applications telles que la lutte contre les inondations, les systèmes d'irrigation et la circulation d'eau de refroidissement dans les centrales électriques, où l'exigence principale est de déplacer une grande quantité de fluide plutôt que de générer des pressions élevées.

Tête

Le concept de « hauteur manométrique » dans les systèmes de pompage fait référence à la hauteur équivalente totale à laquelle un fluide est pompé, en tenant compte de facteurs tels que la pression, la vitesse et l'élévation. Il s'agit d'un paramètre crucial dans le choix de la pompe et la conception du système, car il est directement lié à la quantité d'énergie nécessaire pour déplacer le fluide. Les pompes centrifuges et les pompes à flux axial vertical diffèrent considérablement dans leur capacité à générer une hauteur manométrique, ce qui influence leur adéquation à différentes applications.

Les pompes centrifuges sont connues pour leur capacité à générer des hauteurs manométriques élevées. Cette capacité découle de leur conception, qui convertit efficacement l'énergie cinétique transmise par la roue rotative en énergie de pression. Lorsque le fluide est projeté vers l'extérieur par la roue, il gagne en vitesse. Cette vitesse est ensuite convertie en pression lorsque le fluide décélère dans le corps de la pompe. La forme en spirale du corps (volute) contribue également à cette conversion de pression.

Les pompes à flux axial vertical, en revanche, sont généralement conçues pour des applications à faible hauteur manométrique. La conception à flux axial est plus efficace pour déplacer de grands volumes de fluide, mais moins efficace pour générer des pressions élevées. Dans ces pompes, le fluide se déplace parallèlement à l'arbre de la pompe et la pression est générée principalement par l'accélération du fluide plutôt que par l'action centrifuge.

La hauteur manométrique générée par les pompes à flux axial vertical est généralement inférieure à celle des pompes centrifuges, allant généralement de quelques mètres à environ 20 mètres dans les modèles à un étage. Bien que cela puisse sembler limitatif, il est important de noter que de nombreuses applications nécessitent le déplacement de grands volumes de fluide contre des hauteurs manométriques relativement faibles, et dans ces scénarios, les pompes à flux axial vertical excellent.

Par exemple, dans les applications de contrôle des crues, l'exigence principale est de déplacer rapidement un grand volume d'eau, souvent avec seulement une petite différence d'altitude. De même, dans les systèmes de refroidissement des centrales électriques, l'accent est mis sur la circulation de grandes quantités d'eau plutôt que sur la génération de pressions élevées. Dans ces cas, la capacité de charge plus faible des pompes à flux axial vertical n'est pas une limitation mais plutôt une caractéristique qui permet un fonctionnement efficace.

Débit

Le débit, qui désigne le volume de fluide qu'une pompe peut déplacer dans un laps de temps donné, est un autre facteur crucial qui distingue les pompes centrifuges des pompes à flux axial vertical. Cette caractéristique influence considérablement l'adéquation de la pompe à différentes applications et joue un rôle clé dans la conception du système et le choix de la pompe.

Les pompes à flux axial vertical sont généralement conçues pour gérer des débits plus élevés que les pompes centrifuges de taille similaire. Cette capacité découle de leur conception à flux axial, qui permet un chemin plus direct et moins restreint pour le fluide à travers la pompe. Dans une pompe à flux axial vertical, les pales de la turbine sont conçues pour déplacer un grand volume de fluide le long de l'axe de l'arbre de la pompe. Cette conception minimise les changements de direction d'écoulement et réduit les turbulences, permettant un mouvement efficace de grandes quantités de fluide.

La capacité de débit élevé des pompes à flux axial vertical les rend idéales pour les applications où le déplacement de grands volumes de fluide est la principale exigence. Par exemple, dans les systèmes de contrôle des inondations, ces pompes peuvent déplacer rapidement d'énormes quantités d'eau pour éviter les inondations. Dans les systèmes d'irrigation, elles peuvent distribuer efficacement l'eau sur de grandes surfaces. Dans les systèmes de refroidissement des centrales électriques, les pompes à flux axial vertical sont souvent utilisées pour faire circuler de grands volumes d'eau de refroidissement.

Il n'est pas rare que les grandes pompes à flux axial vertical puissent gérer des débits de plusieurs dizaines de milliers de gallons par minute, voire plus. Cette capacité de volume élevé est particulièrement précieuse dans les scénarios où un transfert rapide de fluide est essentiel, comme dans les situations de contrôle d'urgence des inondations ou dans les processus industriels qui nécessitent une circulation continue de fluide à volume élevé.

Les pompes centrifuges, bien que capables de gérer une large gamme de débits, sont généralement conçues pour des débits inférieurs à ceux des pompes à flux axial vertical de taille similaire. La conception à flux radial des pompes centrifuges, bien qu'efficace pour générer de la pression, peut introduire plus de résistance à l'écoulement par rapport à la conception axiale. Cela est dû au fait que le fluide doit changer de direction lorsqu'il entre dans la pompe axialement puis sort radialement.

NPSH

La hauteur d'aspiration positive nette (NPSH) est un concept crucial dans le fonctionnement d'une pompe, relatif à la pression minimale requise à l'entrée de la pompe pour éviter la cavitation. La cavitation est un phénomène où des bulles de vapeur se forment dans le liquide en raison de la basse pression, puis s'effondrent, ce qui peut endommager la pompe. Il est essentiel de comprendre les exigences NPSH des différents types de pompes pour garantir un fonctionnement fiable et efficace de la pompe.

Les pompes à flux axial vertical ont généralement des exigences de NPSH inférieures à celles des pompes centrifuges. Cette caractéristique est l'un des principaux avantages des pompes à flux axial vertical dans certaines applications.

Le faible NPSH requis par les pompes à flux axial vertical est principalement dû à leur conception. Dans ces pompes, la roue est souvent positionnée à proximité ou en dessous de la surface de l'eau, ce qui fournit naturellement une hauteur d'aspiration positive. Cette disposition minimise le risque de cavitation en garantissant qu'il y a toujours une pression suffisante à l'entrée de la pompe.

La conception à flux axial contribue également à réduire les exigences de NPSH. Le fluide entre dans la pompe parallèlement à l'arbre et maintient cette direction à travers la roue. Ce chemin d'écoulement rectiligne entraîne une perte de charge moindre à l'entrée par rapport au chemin d'écoulement plus complexe des pompes centrifuges, où le fluide doit changer de direction d'axiale à radiale.

Les exigences NPSH plus faibles des pompes à flux axial vertical les rendent particulièrement adaptées aux applications où la hauteur d'aspiration disponible est limitée. Par exemple, dans les systèmes de contrôle des crues ou d'irrigation où la pompe doit fonctionner avec une immersion minimale, les pompes à flux axial vertical peuvent fonctionner efficacement sans risque de cavitation.

Les pompes centrifuges, en revanche, ont généralement des exigences NPSH plus élevées. Cela est dû à plusieurs facteurs liés à leur conception et à leur fonctionnement. Dans une pompe centrifuge, le fluide pénètre axialement au centre de la roue, puis est accéléré radialement vers l'extérieur. Ce changement de direction et les vitesses élevées impliquées peuvent entraîner des zones de basse pression localisées, augmentant le risque de cavitation.

Fabricants de pompes à flux axial vertical

Lorsqu'il s'agit de sélectionner une pompe à flux axial vertical, le choix d'un fabricant réputé est essentiel pour garantir la fiabilité, l'efficacité et les performances à long terme. Tianjin Kairun est l'un de ces fabricants qui s'est forgé une solide réputation dans le secteur.

Pour ceux qui recherchent des pompes à flux axial vertical, Tianjin Kairun répond aux demandes de renseignements et est prêt à vous aider à sélectionner la pompe adaptée à des applications spécifiques. Vous pouvez nous contacter à l'adresse catherine@kairunpump.com pour plus d'informations sur nos produits et services.

Références:

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

2. Gülich, J. F. (2020). 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.