Types de pompes à turbine verticale et leurs principes de fonctionnement

Les pompes à turbine verticale sont largement utilisées pour l'approvisionnement en eau municipale, les systèmes de refroidissement industriels, l'irrigation, le contrôle des inondations, la lutte contre les incendies et le captage d'eau brute des rivières, des lacs, des réservoirs et de la mer.

Ils sont particulièrement utiles lorsque le niveau d’eau change de manière significative ou lorsque la pompe doit puiser l’eau d’un puits profond, d’un réservoir, d’un réservoir ou d’une source souterraine. L'élément de pompage reste en dessous du niveau de l'eau, tandis qu'un arbre vertical et un tuyau de colonne transportent la puissance vers le bas et déplacent le liquide pompé vers le haut.

Si vous comparez différents types de pompes à turbine verticale ou si vous essayez de comprendre les principes de fonctionnement des pompes à turbine verticale, les éléments les plus importants à prendre en compte sont la conception hydraulique, le nombre d'étages, la disposition de l'installation et le liquide pompé.

A pompe à turbine verticaleest un type de pompe verticale à arbre long-avec sa roue immergée dans le liquide pompé. Le moteur est normalement installé au-dessus du sol de montage ou de la tête de refoulement. La puissance du moteur est transmise via un arbre vertical à la turbine sous le niveau de l’eau.

Le liquide pénètre par le bas de la pompe, traverse la turbine et le bol du diffuseur, puis s'écoule vers le haut à travers le tuyau de la colonne. Au sommet de la pompe, le liquide est dirigé vers la canalisation de refoulement via une tête de refoulement ou un coude.

Les pompes verticales à arbre long-LC sont disponibles sous forme de pompes suspendues à un-étage ou à plusieurs étages et peuvent être configurées dans des configurations VS1 ou VS6.

Une pompe à turbine verticale typique comprend :

• Un moteur vertical et un support moteur
• Une tête de refoulement ou un coude de refoulement
• Un arbre de tête, des arbres de ligne et un arbre de turbine
• Accouplements d'arbres
• Tuyaux de colonne
• Roulements d'arbre de transmission et supports de roulements
• Bols diffuseurs
• Une ou plusieurs roues
• Une cloche d'aspiration ou une crépine d'entrée

La pompe étant installée verticalement, elle nécessite relativement peu d’espace au sol. Le nombre de tubes de colonne et de sections de puits peut également être ajusté pour s'adapter à différentes profondeurs d'installation.

Le processus de fonctionnement de la pompe à turbine verticale peut être divisé en cinq étapes de base : transmission de puissance, entrée de liquide, transfert d'énergie, récupération de pression et décharge.

1. Le moteur entraîne l’arbre vertical

Lorsque le moteur démarre, le couple est transféré via l'accouplement à l'arbre de tête, aux arbres de ligne et à l'arbre de la roue. Ce système d’arbre entraîne la roue immergée.

Des roulements positionnés le long de l'arbre le soutiennent et limitent le mouvement radial. Un alignement correct de l'arbre et une lubrification des roulements sont essentiels, en particulier sur les pompes ayant de grandes profondeurs de réglage.

2. La turbine immergée aspire le liquide

La turbine est installée en dessous du niveau d'eau minimum de fonctionnement. Étant donné que l'élément de pompage est déjà immergé, la pompe ne nécessite normalement pas le même système d'amorçage sous vide que celui utilisé par une pompe centrifuge conventionnelle-montée en surface.

Le liquide entre verticalement par la cloche d’aspiration ou l’ouverture d’entrée. Pour les installations de réservoir ouvert-, une crépine peut être installée pour empêcher les plus gros débris de pénétrer et d'endommager les passages de la turbine ou du diffuseur.

3. La turbine ajoute de l’énergie au liquide

Lorsque la turbine tourne, elle transfère l’énergie mécanique du moteur au liquide. Cela augmente la vitesse et la pression du liquide.

La conception de la turbine détermine la façon dont le liquide se déplace à travers la pompe et si l'unité est la mieux adaptée à une hauteur de chute élevée, moyenne ou à un débit élevé-et une hauteur de chute faible-.

4. Le diffuseur récupère la pression

Après avoir quitté la turbine, le liquide pénètre dans le bol du diffuseur. Le diffuseur guide le flux et convertit une partie de sa vitesse en pression.

Dans une pompe à turbine verticale à plusieurs étages, le liquide entre ensuite dans la roue suivante et reçoit une nouvelle augmentation d'énergie. Chaque étage supplémentaire augmente la hauteur totale que la pompe peut produire.

5. Le tuyau de la colonne transporte le liquide vers le haut

Le liquide sous pression monte à travers le tuyau de la colonne. Il entre ensuite dans la tête de refoulement ou le coude et quitte la pompe par une sortie horizontale reliée au système de tuyauterie externe.

En termes simples, voici comment fonctionne une pompe à turbine : le moteur entraîne une roue immergée à travers un arbre vertical, la roue et le diffuseur augmentent la pression du liquide et l'ensemble colonne transporte le liquide vers la surface.

Pompe à turbine verticale à un étage-

Une pompe-à un étage est dotée d'une turbine et d'un bol diffuseur. Il comporte moins de composants internes et est normalement utilisé lorsque la hauteur de refoulement requise est faible ou modérée.

Ses principaux avantages comprennent :

• Une construction relativement simple
• Installation et maintenance plus faciles
• Moins de composants d'assemblage de bol
• Bonne adaptation aux applications à haut-débit et à hauteur de tête faible-à-moyenne-

Pompe à turbine verticale multicellulaire

Une pompe multicellulaire est dotée de deux ou plusieurs roues et bols diffuseurs disposés en série. Le liquide gagne de l'énergie supplémentaire à mesure qu'il traverse chaque étape, permettant à la pompe de générer une hauteur totale plus élevée.

Les pompes à turbine verticale multicellulaires sont couramment utilisées pour :

• Extraction d'eau de puits-profonds
• Remplissage du réservoir surélevé
• Eau de process industriel
• Systèmes de lutte contre l'incendie à haute-pression
• Transfert d'eau-sur de longues distances
• Applications nécessitant une pression de refoulement plus élevée

L'ajout d'étages augmente principalement la hauteur de chute plutôt que le débit. Le nombre final d'étages doit être sélectionné en fonction du point de service requis, de la vitesse de la pompe, du NPSH disponible, du niveau d'eau minimum, des pertes dans les tuyaux de colonne et de la puissance du moteur.

1. Pompe centrifuge verticale à arbre long-

La pompe centrifuge verticale à arbre long-est l'une des conceptions de turbine verticale les plus courantes. Le liquide entre près du centre de la roue et se déplace vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge avant de passer dans le diffuseur et le tuyau de la colonne.

Ses principales caractéristiques comprennent :

• Configurations à un-étage et à plusieurs étages
• Une large gamme de têtes disponibles
• Longueurs d'arbre et de colonne réglables
• Aptitude à l'eau propre, à l'eau de circulation, à l'eau de refroidissement, à l'eau de pluie et à certains liquides industriels

Les points de service disponibles peuvent couvrir des débits d'environ 50 à 8 400 m³/h et des hauteurs de chute de 10 à 300 m. Le modèle final doit être sélectionné en fonction du débit requis, de la hauteur dynamique totale, des propriétés du liquide, de la profondeur de prise et des conditions d'installation.

2. Pompe à débit mixte vertical-

Une pompe à débit mixte-produit à la fois un débit radial et axial. Le liquide quitte la roue selon un angle plutôt que de se déplacer principalement vers l'extérieur, comme dans une pompe centrifuge, ou presque complètement le long de l'arbre, comme dans une pompe à débit axial-.

Les pompes à débit mixte-sont souvent sélectionnées pour :

• Applications-à haut débit
• Têtes faibles-à-moyennes
• Drainage municipal
• Irrigation agricole
• Systèmes d'eau en circulation
• Contrôle des inondations et transfert d’eau

Il s'agit d'une option intermédiaire pratique lorsqu'une pompe à débit axial-ne peut pas produire suffisamment de hauteur d'élévation, mais qu'une conception centrifuge serait inutilement restrictive pour le débit requis.

3. Pompe à débit axial vertical-

Une pompe à débit axial vertical-utilise une turbine de type hélice-. Le liquide se déplace principalement dans la direction de l'arbre de la pompe et les pales rotatives génèrent la force axiale nécessaire pour le déplacer à travers les aubes directrices et le passage de refoulement.

Les pompes à débit axial-sont conçues pour des débits très importants à des hauteurs de chute relativement faibles. Les applications courantes incluent :

• Drainage des crues
• Grands systèmes d'irrigation
• Pompage des eaux pluviales
• Transfert d'eau de rivière et de lac
• Eau en circulation dans une centrale électrique
• Autres tâches de pompage à haut-débit et faible-hauteur de tête

Bien qu'une pompe à flux axial vertical-peut également utiliser une installation verticale et un arbre long, ce n'est pas exactement la même chose qu'une pompe à turbine verticale conventionnelle. Pour un site Web en anglais-, les pompes à flux axial vertical et les pompes à turbine verticale doivent être présentées comme des termes de produit distincts afin que les clients puissent identifier la conception hydraulique correcte.

4. Pompes axiales et tubulaires submersibles-

Une pompe submersible à débit axial- combine le moteur et la pompe dans une seule unité sous-marine. Une pompe tubulaire submersible est installée directement à l’intérieur d’un tuyau ou d’un passage d’écoulement afin que l’eau se déplace à travers l’ensemble complet de la pompe.

Leurs principaux avantages sont :

• Capacité de débit élevée à faible hauteur
• Pas de système d'arbre long-classique
• Disposition compacte de la station de pompage
• Plusieurs options d'installation
• Adapté aux eaux pluviales, au contrôle des inondations, à l'irrigation et aux grands projets de transfert d'eau-

Selon le site, ces pompes peuvent être installées dans un puits vertical, sur une fondation, en angle ou directement à l'intérieur d'une canalisation.

Les pompes submersibles à flux axial-et tubulaires ne doivent normalement pas être regroupées dans la catégorie des pompes à turbine verticale standard. Ils sont mieux présentés comme des solutions associées pour les projets de pompage à haut débit-.

Type d'eau propre-

Une pompe à eau propre-standard est utilisée pour l'eau ou les liquides ayant des propriétés physiques et chimiques similaires à celles de l'eau. Les applications typiques incluent l'approvisionnement en eau municipale, la prise d'eau industrielle, l'eau de refroidissement et l'irrigation agricole.

Abrasion-Type résistant

Une pompe résistante à l'abrasion-est conçue pour les liquides contenant des sédiments ou des particules abrasives, tels que l'eau de rivière contenant du sable, l'eau de calcaire, l'eau de cendre ou les liquides qui ont tendance à cristalliser.

En fonction des conditions de fonctionnement, la turbine, les bols du diffuseur, les bagues d'usure, les manchons d'arbre et d'autres pièces en contact avec le fluide peuvent être fabriqués à partir de matériaux plus-résistants à l'usure.

Corrosion-Type résistant

Les pompes résistantes à la corrosion-sont utilisées pour l'eau de mer, les liquides acides ou alcalins et les eaux usées industrielles corrosives.

La sélection des matériaux doit être basée sur la composition du liquide, la concentration, la température, la teneur en chlorure et le mécanisme de corrosion attendu. Les matériaux disponibles peuvent inclure l'acier inoxydable, l'acier inoxydable duplex et d'autres alliages résistants à la corrosion-.

Pompe de type can-ou type baril-

Une pompe à turbine verticale de type canette-a un corps extérieur entourant l'ensemble bol et colonne. Cette disposition améliore les conditions d'aspiration et est souvent utilisée pour les condensats, les produits pétroliers et les liquides qui nécessitent de meilleures performances de cavitation.

Il est également utile lorsque le site ne dispose pas de puits humide ouvert et que la pompe doit être connectée à un système de tuyauterie fermé ou à un récipient sous pression.

Pompe à turbine verticale de type-pour eaux usées

Une pompe à arbre long-verticale de type pour eaux usées-doit être conçue autour du passage des solides, de la protection des roulements et de la résistance à l'usure.

Un tube entourant l'arbre peut être utilisé pour isoler les roulements de l'arbre et de l'arbre de ligne du liquide pompé. De l'eau de rinçage externe propre peut ensuite être fournie aux roulements pour empêcher les eaux usées et les particules abrasives de pénétrer dans les jeux des roulements.

Pour les eaux usées contenant de gros solides ou de longues fibres, le type de turbine, la taille du passage, la crépine d'entrée, les matériaux et la conception anti-colmatage - doivent être soigneusement vérifiés.

Turbine et diffuseur

La roue transfère l’énergie mécanique au liquide. Le diffuseur contrôle le débit sortant de la roue et convertit la vitesse en pression.

La turbine et le diffuseur doivent être adaptés à la plage de débit, de hauteur, de vitesse et d'efficacité requise. Cela s'applique aux pompes à un-étage et à plusieurs étages.

Arbre vertical et accouplements

L'arbre transmet la puissance du moteur au niveau du sol à la roue immergée. Sur les installations plus profondes, l'arbre est divisé en plusieurs sections reliées par des accouplements filetés ou à manchon.

Cette construction en sections rend la pompe plus facile à fabriquer, à transporter, à installer et à entretenir.

Roulements d'arbre de ligne

Des roulements d'arbre de ligne sont installés à intervalles le long de l'arbre pour contrôler le mouvement radial et maintenir la stabilité de l'ensemble rotatif.

Le matériau du roulement et la méthode de lubrification dépendent du liquide pompé. Les pompes à eau propre- peuvent utiliser le liquide pompé pour la lubrification. Les applications de traitement des eaux usées peuvent nécessiter un tube enveloppant et une alimentation externe en eau lubrifiante propre.

Palier de butée

La pompe produit une poussée axiale pendant le fonctionnement et l'ensemble rotatif possède également son propre poids. Ces charges doivent être supportées par une butée.

Le roulement de butée peut être installé dans le support du moteur, ou la pompe peut utiliser un moteur vertical avec un roulement de butée intégré.

Joint d'arbre et manchons

Le joint d'arbre situé au sommet de la pompe peut utiliser une garniture ou un autre dispositif d'étanchéité sélectionné pour le projet.

Des manchons remplaçables sont généralement installés au niveau des positions d'étanchéité et de roulement. Ces manchons protègent l'arbre principal de l'usure et sont moins coûteux à remplacer que l'arbre lui-même.

Avant de sélectionner une pompe à turbine verticale, confirmez les conditions de fonctionnement suivantes.

1. Débit et hauteur requis

La hauteur dynamique totale doit inclure la portance statique, le frottement des tuyaux, les pertes dans les raccords, les pertes dans les vannes et la pression requise au point de refoulement. La sélection d'une pompe uniquement en fonction de la différence de niveau d'eau peut conduire à un point de service incorrect.

2. Niveaux d'eau minimum et maximum

Le niveau de fonctionnement minimum détermine l'immersion requise de la turbine et affecte les performances de cavitation, la formation de vortex et le fonctionnement stable.

Le niveau d'eau maximum est également important pour vérifier la hauteur de refoulement, les fondations, la longueur de l'arbre et les dispositions de maintenance.

3. Profondeur de réglage de la pompe

La profondeur de réglage détermine le nombre de sections d'arbre, de tubes de colonne et de roulements d'arbre de ligne. Un réglage plus profond impose également des exigences plus élevées en matière d'alignement de l'arbre, de contrôle des vibrations et de précision d'installation.

4. Propriétés du liquide

Le fournisseur de pompes doit connaître la température, la densité, la corrosivité, la concentration en solides, la taille des particules et si le liquide contient des fibres ou des matériaux cristallisants.

5. Disposition d'installation

L'installation peut utiliser un puits humide ouvert, un puits en béton, une boîte en acier, un baril à pression ou un autre agencement. L'élévation des fondations, la géométrie de l'admission, l'espace d'accès et les conditions de levage doivent être confirmés avant la sélection de la pompe.

6. Type de pompe hydraulique

Pour un service-de hauteur de refoulement plus élevée, une pompe à turbine verticale à plusieurs étages est souvent l'option la plus pratique. Pour un service à haut-débit et à faible-hauteur de tête, une pompe tubulaire à débit axial-, à débit mixte- ou submersible peut être une meilleure solution.

7. Matériaux et lubrification des roulements

L'eau propre, l'eau de mer, les eaux usées industrielles et les liquides contenant des solides abrasifs nécessitent différents matériaux pour les pièces en contact avec le fluide, les matériaux de roulement, la protection de l'arbre et les systèmes de lubrification.

8. Moteur et système de contrôle

Le moteur et le contrôleur doivent correspondre à l'alimentation électrique disponible, à la méthode de démarrage, au contrôle de vitesse requis et à la fréquence de fonctionnement. Un variateur de fréquence-peut être utile lorsque la demande du système change de manière significative.

Les pompes à turbine verticale offrent plusieurs avantages pratiques :

• La turbine immergée élimine normalement le besoin d’amorçage sous vide
• La pompe peut gérer les changements de niveaux d’eau
• L'installation verticale permet d'économiser de l'espace au sol
• Des étapes supplémentaires peuvent être utilisées pour produire une hauteur de chute plus élevée
• Les longueurs de l'arbre et de la colonne peuvent être ajustées pour différentes profondeurs de réglage
• Une large gamme de conceptions et de matériaux hydrauliques est disponible
• La pompe peut être configurée pour l'approvisionnement en eau, le drainage, l'irrigation, la lutte contre les incendies, l'eau de refroidissement et les tâches de prise d'eau industrielle.

Une pompe à turbine verticale et une pompe pour puits profonds sont-elles identiques ?

Leurs applications se chevauchent, mais il ne s’agit pas toujours du même type de pompe.

Une pompe pour puits profonds est généralement compacte et possède un diamètre extérieur relativement petit. Ses plages de débit, de hauteur et de puissance de moteur disponibles sont généralement inférieures. Ces pompes sont couramment utilisées pour l’irrigation agricole, l’approvisionnement en eau domestique, l’abreuvement du bétail et les petits systèmes d’extraction des eaux souterraines.

Certaines pompes économiques pour puits profonds utilisent des turbines en plastique-techniques pour réduire le poids et les coûts de fabrication. Leur prix d'achat est donc souvent inférieur. En fonction de l'alimentation électrique disponible, les utilisateurs peuvent choisir une version électrique standard ou un ensemble de pompage alimenté par l'énergie solaire-.

Une pompe à turbine verticale est généralement destinée à des tâches municipales et industrielles plus exigeantes. Il est couramment utilisé pour les grands systèmes d'approvisionnement en eau-, l'eau de circulation industrielle, l'eau de refroidissement, la lutte contre les incendies, le drainage minier, la prise d'eau de mer et les grands projets d'irrigation.

Les pompes à turbine verticale sont disponibles dans une gamme beaucoup plus large de tailles, de débits, de hauteurs et de puissances de moteur. Ils peuvent être construits sous forme d'unités à un-étage ou à plusieurs étages, et la longueur de l'arbre et de la colonne peut être ajustée pour correspondre à la profondeur de réglage requise.

Pour l'eau propre, les eaux usées, l'eau de mer, les liquides corrosifs ou les abrasifs, les pièces en contact avec le fluide peuvent être fournies en fonte, en acier au carbone, en acier inoxydable, en acier inoxydable duplex et dans d'autres matériaux-résistants à l'usure ou à la corrosion-.

Étant donné qu’une pompe à turbine verticale est généralement plus grande, plus complexe et plus configurable, ses coûts d’achat, d’installation et de maintenance sont normalement plus élevés que ceux d’une pompe de puits profond standard.

En règle générale, une pompe de puits profond est souvent le choix le plus économique pour les petits projets d’irrigation des eaux souterraines et agricoles. Une pompe à turbine verticale constitue généralement le meilleur choix lorsque le projet nécessite une capacité plus élevée, une plage de hauteur d'élévation plus large, des matériaux spéciaux, une plus grande fiabilité de fonctionnement ou une configuration d'ingénierie personnalisée-.

L'ajout de plusieurs étages de turbine augmente-t-il le débit ?

Pas nécessairement. L’ajout d’étages de roue en série augmente principalement la hauteur de la pompe. Cela n’augmente pas le débit dans la même proportion.

Le débit réel est déterminé par la conception hydraulique de chaque étage, la vitesse de la pompe, le diamètre de la roue et la résistance du système de tuyauterie.

Une pompe à turbine verticale peut-elle traiter les eaux usées ?

Oui, à condition que la pompe soit conçue pour les conditions réelles des eaux usées.

La roue, la taille du passage, les matériaux en contact avec le fluide, la protection de l'arbre et le système de lubrification des roulements doivent être sélectionnés en fonction de la quantité et de la taille des solides, de la présence de fibres et de l'abrasivité ou de la corrosivité du liquide.

Une configuration d'eau propre-standard ne doit pas être utilisée pour les eaux usées contenant beaucoup de solides ou de matériaux pouvant s'enrouler autour de la turbine.

Une pompe à débit axial vertical-est-elle un type de pompe à turbine verticale ?

Les deux types de pompes sont souvent utilisés dans des projets similaires, mais ils doivent normalement être traités comme des catégories de produits distinctes.

Une pompe à turbine verticale conventionnelle utilise généralement une roue centrifuge ou à flux mixte-. Une pompe à débit axial vertical-utilise une roue de type hélice-pour générer une poussée axiale et est conçue principalement pour des débits très importants à de faibles chutes.

L'utilisation du nom de produit anglais correct aide les acheteurs à comparer la bonne plage de performances et évite toute confusion lors de la sélection de la pompe.

La compréhension des principes de fonctionnement de la pompe à turbine commence par la relation entre la roue immergée, l'arbre vertical, le diffuseur et le tuyau de colonne.

Le moteur transfère la puissance à travers l’arbre jusqu’à la roue. La roue ajoute de l'énergie au liquide, le diffuseur convertit une partie de la vitesse d'écoulement en pression et le tuyau de la colonne transporte le liquide vers le système de décharge.

Chaque type de pompe a une puissance de fonctionnement différente. Une pompe à un seul étage-offre une construction plus simple, tandis qu'une pompe à turbine verticale à plusieurs étages peut produire une hauteur de chute beaucoup plus élevée. Les pompes centrifuges verticales à long-arbre couvrent un large éventail de tâches industrielles, tandis que les pompes tubulaires à débit mixte-, à débit axial- et submersibles sont souvent mieux adaptées aux applications à haut-débit et à faible-hauteur de tête.

Un bon choix de pompe ne doit jamais être basé uniquement sur le nom du produit. Le débit, la hauteur dynamique totale, la variation du niveau d'eau-, la profondeur de prise, les propriétés du liquide, les conditions de cavitation, les matériaux, la conception de l'admission et la disposition de l'installation affectent tous les performances.

Lorsque ces facteurs sont correctement vérifiés, une pompe à turbine verticale peut fournir un fonctionnement stable, efficace et fiable sur une longue durée de vie.