Pompes à turbine verticale: conception des cuvettes, de l'arbre de transmission et de la colonne décrit une pompe centrifuge multistage suspendue verticalement dans un puits, un puisard, une cuve ou une fosse humide, avec les roues immergées et le moteur monté au niveau du sol.
Contrairement à une pompe centrifuge horizontale, qui aspire le liquide via une conduite d'aspiration, une pompe à turbine verticale est descendue directement dans le liquide, éliminant le problème de relevage d'aspiration. C'est le choix standard pour un puits profond, un puisard sous niveau du sol ou une grande fosse ouverte.
L'extrémité hydraulique (partie immergée) est l'ensemble de cuvettes: des cuvettes moulées, chacune contenant une roue et des aubes de diffuseur, boulonnées en une colonne d'étages.
Chaque étage ajoute de la hauteur manométrique de la même manière que dans toute machine centrifuge étagée, de sorte qu'un important abaissement du niveau peut être compensé en ajoutant des cuvettes plutôt qu'en changeant le diamètre de la roue. Les roues sont fermées ou semi-ouvertes, montées sur un arbre commun avec clavette.
Une cloche d'aspiration ou une crépine en bas protège la roue du premier étage des débris. Parce que les cuvettes sont situées sous la surface du liquide, la pompe fonctionne toujours en aspiration noyée sous pression positive, ce qui explique son domination dans les services de puits profonds et de puisards.
Deux montages de transmission de puissance partagent la même conception de cuvettes :
Les unités à arbre de transmission conviennent aux installations accessibles à grand débit telles que les postes de pompage pour eau d'incendie et eau de refroidissement. Les unités submersibles dominent pour les puits profonds ou déviés.
Le tuyau de colonne transporte le liquide jusqu'à la surface et, dans les conceptions à arbre de transmission, l'arbre et les enveloppes des paliers, en longueurs adaptées à la profondeur d'installation. La tête de refoulement en haut redirige le flux vers le réseau de tuyauterie et sert de support au moteur.
Une différence critique avec les pompes horizontales est l'endroit où l'effort axial est absorbé. L'effort hydraulique descendant de tous les étages, plus le poids de l'ensemble tournant, est supporté par un unique palier d'effort axial dans l'entraînement (unités à arbre de transmission) ou dans le moteur (unités submersibles).
Il est dimensionné pour la charge d'effort complète, est généralement le composant limitant la durée de vie, et son chargement est étroitement suivi dans la surveillance d'état.
| Service | Emplacement type | Configuration | Critère de conception principal |
|---|---|---|---|
| Alimentation en eau de puits profond | Tubage du puits | Moteur submersible, petites cuvettes | Diamètre du forage, abaissement du niveau, présence de sable |
| Fosse de puisard / eaux pluviales | Fosse sous le niveau du sol | Arbre de transmission, lubrifié par le produit | Gestion des solides, niveau variable |
| Eau incendie | Réservoir ou cuve | Arbre de transmission, lubrifié à l'huile | Fiabilité, conformité NFPA 20 |
| Eau de refroidissement | Structure d'admission | Arbre de transmission, grand débit | Débit élevé à hauteur modérée |
Parce que la roue du premier étage est immergée, la hauteur nette d'aspiration positive disponible (voir NPSH: hauteur nette d'aspiration positive ) est déterminée par la profondeur de liquide au-dessus de l'œil de la roue, et non par un calcul de relevage d'aspiration.
Le fabricant spécifie une submersion minimale pour maintenir la NPSH disponible au-dessus de la NPSH requise et prévenir la formation de vortex, qui aspire de l'air dans la cloche et provoque bruit, vibration et érosion de type cavitation.
La profondeur d'installation équilibre la submersion minimale, l'abaissement prévu et une marge au-dessus du fond pour éviter les sédiments. Dans les puits, la pompe est installée sous le niveau d'eau dynamique au maximum d'abaissement, à l'écart du crépine du puits.
Les pompes à turbine verticale et les pompes centrifuges horizontales (voir centrifuge vs pompe à déplacement positif ) utilisent toutes deux un étagement rotodynamique mais résolvent l'aspiration différemment. Une pompe horizontale a besoin d'une aspiration noyée ou d'un relevage d'aspiration dans sa marge NPSH, au niveau du sol à côté de la source.
Une pompe à turbine verticale évite le relevage d'aspiration en immergeant le premier étage, au prix d'un ensemble plus haut et d'un accès moins commode pour l'alignement d'arbre (voir alignement d'accouplement ).
Pour un puits profond ou un réservoir avec de fortes variations de niveau, la turbine verticale est généralement la seule option pratique.
Les pompes à turbine verticale présentent des modes de défaillance différents des machines horizontales: usure des paliers de l'arbre de transmission, surcharge du palier d'effort axial, usure des cuvettes due au sable ou aux particules, et, sur les unités submersibles, détérioration de l'isolant des câbles.
Parce que l'ensemble tournant est caché sous le niveau du sol, les mesures de vibration, de température du palier d'effort et du courant moteur ont plus de valeur diagnostique que sur une pompe accessible.
Enregistrer l'historique des opérations de retrait et d'inspection dans un GMAO (CMMS) permet de maintenir les jeux entre bagues d'usure et les remplacements du palier d'effort axial selon un calendrier documenté plutôt que de réagir après coup.
Fabrico relie les dossiers d'actifs de la pompe, de l'entraînement et de l'ensemble colonne aux historiques d'inspection et d'ordres de travail en un seul endroit. Réservez une démo Fabrico pour voir comment cela s'adapte à une flotte de pompes à turbine verticale.
Une pompe à arbre de transmission a un entraînement situé au-dessus du niveau du sol relié à l'ensemble de cuvettes immergées par un arbre traversant le tuyau de colonne, lubrifié à l'huile ou par le produit pompé. Une pompe submersible a un moteur étanche monté avec les cuvettes, n'ayant qu'un câble d'alimentation vers la surface.
Le fabricant spécifie une profondeur de submersion minimale au-dessus de la cloche d'aspiration, dérivée de la NPSH requise au débit de conception et des exigences de suppression de vortex. La profondeur d'installation doit maintenir le niveau de liquide au-dessus de cette minimale même au maximum d'abaissement.
L'effort hydraulique descendant de chaque étage, plus le poids de l'arbre et des roues, agit vers le bas sur l'ensemble tournant. Un unique palier d'effort axial, dans l'entraînement ou le moteur submersible, supporte cette charge et est généralement le composant le plus étroitement surveillé.
Si le niveau descend en dessous de la submersion minimale, l'entraînement d'air et la formation de vortex se produisent d'abord, et la poursuite du fonctionnement provoque des dommages de type cavitation et peut déclencher la protection anti-niveau bas avant d'atteindre un véritable fonctionnement à sec.
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