Dans les systèmes de transport de boues, la hauteur manométrique de la pompe est l'un des paramètres clés utilisés pour déterminer la pompe à boues appropriée.

Beaucoup de gens réduisent la hauteur de refoulement à la capacité d'une pompe à aspirer une boue, mais la réalité est plus complexe. La hauteur de refoulement représente l'énergie absorbée par une unité de masse de liquide lors de son passage dans la pompe. Dans un système de transport réel, la hauteur de refoulement nécessaire dépend du niveau du liquide, des pertes de charge dans la canalisation, des conditions de pression et des conditions de fonctionnement du système.

Il est également important de noter que les fabricants de pompes à boues fournissent généralement des courbes de performance basées sur les performances en eau claire . Or, le fluide transporté est généralement une boue contenant des particules solides. Par conséquent, une courbe de performance en eau claire ne peut être considérée comme représentative des performances finales de la pompe dans des conditions réelles de fonctionnement avec de la boue.

Cet article explique le concept de base de la hauteur manométrique d'une pompe à boues, le calcul de cette hauteur manométrique, la lecture des courbes de performance en eau claire et les principaux facteurs à prendre en compte lors du choix d'une pompe à boues pour une utilisation réelle.

1. Qu'est-ce qu'une tête de pompe à boues ?

La hauteur manométrique de la pompe est l'énergie gagnée par une unité de poids de liquide lorsqu'il traverse la pompe, et elle est normalement exprimée en mètres de colonne de liquide (m).

En fonction de la hauteur manométrique totale à l'entrée et à la sortie de la pompe, la hauteur manométrique de la pompe peut être exprimée comme suit :

H = H₂ − H₁

Où:

• H — Hauteur de refoulement (m)

• H₂ — Hauteur manométrique totale à la sortie de la pompe (m)

• H₁ — Hauteur manométrique totale à l'entrée de la pompe (m)

Par conséquent, la hauteur de refoulement de la pompe n'est pas simplement égale à la hauteur de refoulement verticale.

Dans un système de transport de boues réel, l'énergie que la pompe doit fournir est également liée aux pertes de charge par frottement, aux pertes de charge locales et aux pertes de charge dues à la vitesse de sortie dans les canalisations d'entrée et de sortie.

2. Comment les hauteurs hydrauliques totales d'entrée et de sortie sont-elles déterminées ?

D'après les données techniques des pompes à boues, la hauteur manométrique totale à l'entrée peut être déterminée à partir des conditions de la conduite d'entrée, notamment des facteurs suivants :

• Perte de charge par frottement dans la conduite d'entrée (m)

• Perte de charge locale totale dans la conduite d'entrée (m)

• Hauteur du niveau de liquide à l'entrée

Pour une pompe horizontale , la hauteur du niveau de liquide à l'entrée est mesurée entre l'axe de l'arbre de la pompe et le niveau du liquide à l'aspiration. Si le niveau de liquide est inférieur à l'axe de l'arbre de la pompe, la valeur est négative.

Pour une pompe verticale , le point de référence est l'extrémité extérieure du bord d'entrée de la roue. Si le niveau du liquide est inférieur à ce bord, la valeur est négative.

De même, la hauteur manométrique totale à la sortie est déterminée par :

• Perte de charge par frottement dans la conduite de sortie (m)

• Perte de charge locale totale dans la conduite de sortie (m)

• perte de charge due à la vitesse de sortie

• Hauteur du niveau de liquide à la sortie

Pour une pompe horizontale , la hauteur du niveau de liquide à la sortie est mesurée depuis l'axe de l'arbre de la pompe jusqu'au niveau du liquide refoulé.

Pour une pompe verticale , la mesure s'effectue depuis l'extrémité extérieure du bord d'entrée de la pale de la roue jusqu'au niveau du liquide de refoulement.

D'un point de vue ingénierie, cela signifie que le calcul de la hauteur manométrique de la pompe ne peut se fonder uniquement sur la différence d'altitude . Il est indispensable de prendre en compte l'ensemble des conditions hydrauliques à l'entrée et à la sortie de la pompe.

3. Quelle est la différence entre la hauteur manométrique et la pression de la pompe ?

La hauteur manométrique et la pression ne sont pas le même paramètre.

La hauteur manométrique de la pompe est généralement exprimée en mètres de colonne de liquide, tandis que la pression est couramment exprimée en Pa, kPa, bar ou autres unités de pression.

La relation entre la différence de pression et la hauteur manométrique de la pompe peut être exprimée comme suit :

ΔP = ρgH

Où:

• ΔP — Différence de pression

• ρ — Densité du milieu transporté

• g — Accélération gravitationnelle

• H — Tête de pompe

Par conséquent, à hauteur de pompe égale, des fluides de densités différentes engendreront des différences de pression différentes.

Ceci est particulièrement important pour les pompes à boues car la densité des boues est généralement supérieure à celle de l'eau claire.

Il est toutefois important de comprendre que :

Une augmentation de la densité de la suspension ne signifie pas que la hauteur de refoulement de la pompe augmentera proportionnellement.

La densité de la suspension influe principalement sur la pression et la puissance requises, tandis que les performances réelles de la suspension sont également affectées par la concentration en solides, la taille des particules, la viscosité et les caractéristiques des particules.

4. Qu'est-ce que la hauteur manométrique totale dynamique (HMT) ?

La hauteur manométrique de la pompe est la hauteur réellement fournie par la pompe dans des conditions de fonctionnement spécifiques, tandis que la hauteur manométrique totale (HMT) est la hauteur totale requise par le système de transport à un débit spécifique.

En termes simples :

• TDH indique la quantité de pression requise par le système.

• La hauteur manométrique de la pompe indique la hauteur de refoulement qu'elle peut fournir.

Lors du choix d'une pompe à boues, celle-ci doit être capable d'atteindre la hauteur manométrique totale (HMT) requise au débit cible .

5. Quelle est la différence entre les performances en eau claire et les performances réelles en suspension ?

Les courbes de performance en eau claire et les performances réelles en suspension peuvent différer.

L'eau claire est couramment utilisée pour les essais et la vérification des performances des pompes. Par conséquent, les courbes de performance CNSME® sont généralement basées sur les performances en eau claire .

Exprimée en hauteur manométrique, la hauteur manométrique d'une pompe représente principalement l'énergie massique fournie par la pompe. À type de pompe, vitesse et débit constants, une variation de la densité du fluide n'entraîne pas une variation proportionnelle de la hauteur manométrique.

Cependant, lorsque le fluide transporté passe de l'eau claire à une suspension contenant des particules solides, des facteurs tels que la concentration de la suspension, la taille des particules, la viscosité, la forme des particules et les caractéristiques de sédimentation peuvent affecter les performances réelles de la pompe.

En général, lors du pompage de boues à forte concentration ou à particules grossières, la hauteur manométrique et le rendement réels de la pompe peuvent être inférieurs à ceux obtenus avec de l'eau claire. L'abrasivité de la boue, quant à elle, influe principalement sur l'usure et la durée de vie des composants en contact avec le fluide.

Par conséquent, la courbe de performance en eau claire constitue une base importante pour la sélection des pompes à boues, mais elle ne doit pas être considérée directement comme la performance finale de la pompe dans des conditions réelles de fonctionnement avec des boues.

Par exemple, la courbe de performance de la pompe à boues CNSME 4/3 AH est indiquée :

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

Cela signifie que la courbe représente les performances de base de la pompe en conditions d'eau claire, notamment :

• Débit

• Tête

• Vitesse (tr/min)

• Efficacité

• NPSHr

Cependant, le milieu de travail réel est généralement une boue minérale, des résidus miniers ou d'autres boues contenant des particules solides.

Les caractéristiques suivantes de la boue peuvent affecter les performances réelles de la pompe :

• Densité relative de la suspension (Sm)

• Concentration en solides

• Taille des particules solides

• Viscosité

• Forme et caractéristiques des particules

• Caractéristiques de sédimentation

Comparativement à l'eau claire, le pompage d'une boue à forte concentration et à particules grossières peut entraîner une réduction significative de la hauteur manométrique et du rendement réels de la pompe.

Pour certaines suspensions à particules fines, l'efficacité de la pompe peut augmenter dans des conditions spécifiques.

Donc:

La courbe de performance en eau claire est un critère important pour le choix d'une pompe à boues, mais elle ne peut pas être considérée directement comme la performance finale dans des conditions réelles de fonctionnement avec des boues.

Le choix effectif de la pompe doit évaluer les performances de la boue en fonction des propriétés spécifiques de celle-ci et des conditions de fonctionnement.

6. Comment lire la courbe de performance d'une pompe à boues 4/3 AH

La courbe de performance de la pompe à boues CNSME 4/3 AH est utilisée ici à titre d'exemple.

La courbe permet aux utilisateurs de comprendre les relations de performance de base d'une pompe à boues.

Débit

L'axe horizontal représente le débit, normalement exprimé en m³/h .

Elle indique la capacité de refoulement de la pompe dans les conditions de fonctionnement correspondantes.

Tête

L'axe vertical représente la hauteur manométrique de la pompe, exprimée en m .

À vitesse égale, le débit et la hauteur manométrique de la pompe sont généralement proportionnels. Lorsque le débit de fonctionnement varie, la hauteur manométrique que la pompe peut fournir varie également.

Par conséquent, il ne faut pas se limiter à la hauteur manométrique maximale d'une pompe. Il convient plutôt de déterminer la hauteur manométrique que la pompe peut fournir au débit requis.

RPM

La courbe de performance contient des données sur les performances de la pompe à différentes vitesses de rotation.

Après avoir déterminé le débit cible et la hauteur manométrique requise, la vitesse de fonctionnement appropriée peut être identifiée à partir de la courbe de performance pour correspondre au point de fonctionnement requis.

Efficacité

Les zones d'efficacité sur la courbe indiquent l'efficacité de la pompe dans différentes conditions de fonctionnement.

Lors de la sélection de la pompe, celle-ci doit fonctionner dans une plage de fonctionnement raisonnable. Il convient de prendre en compte le rendement, l'usure, le NPSH et les éventuelles modifications du système, plutôt que de se focaliser uniquement sur le rendement maximal.

NPSHr

La courbe de performance 4/3 AH comporte des indications telles que :

3 m, 4 m, 6 m, 8 m, 10 m

Ces valeurs correspondent aux données NPSHr (Hauteur d'aspiration positive nette requise) .

Lors de la sélection effective de la pompe, le NPSHr de la pompe doit être comparé au NPSHa disponible dans le système, avec une marge d'ingénierie appropriée pour réduire le risque de cavitation.

NPSHa représente la hauteur d'aspiration nette positive effective disponible du système, tandis que NPSHr représente la hauteur d'aspiration nette positive requise par la pompe dans des conditions de fonctionnement spécifiques.

Performance en eau claire

Un dernier point est particulièrement important :

La courbe de performance 4/3 AH est une courbe de performance en eau claire.

Si l'application réelle implique une suspension minérale à forte concentration, une suspension à particules grossières ou d'autres conditions de suspension particulières, les performances en eau claire indiquées sur la courbe ne doivent pas être directement considérées comme les performances de fonctionnement réelles.

7. Quel est le point de fonctionnement de la pompe ?

Le point de fonctionnement de la pompe est généralement déterminé par :

Débit + Hauteur manométrique

Par exemple, un système de transport de boues peut nécessiter :

• Un débit cible spécifié

• Une hauteur manométrique correspondante à ce débit

Cette combinaison de débit et de hauteur manométrique représente un point de fonctionnement important pour le choix de la pompe.

Dans un système réel, les performances de la pompe doivent correspondre aux exigences du système.

Donc:

La hauteur manométrique maximale d'une pompe n'est pas la même que sa hauteur manométrique de fonctionnement réelle.

Une pompe peut être capable d'atteindre une hauteur manométrique maximale relativement élevée, mais elle peut ne pas être en mesure de fournir la même hauteur manométrique au débit cible.

C’est pourquoi le choix d’une pompe à boues doit prendre en compte à la fois le débit et la hauteur manométrique .

8. Comment choisir une pompe à boues en fonction du débit et de la hauteur manométrique

Le choix d'une pompe à boues peut généralement suivre les étapes ci-dessous.

① Déterminer le débit requis

Premièrement, déterminez la capacité de transport requise du système :

Q = Débit requis

2. Calculer la hauteur manométrique requise.

Calculer la hauteur manométrique requise dans le système en fonction des conditions d'entrée, des conditions de sortie et du réseau de canalisations.

Les principaux facteurs sont les suivants :

• Hauteur du niveau de liquide

• Longueur du pipeline

• Diamètre du tuyau

• Pertes par frottement

• Pertes locales

• Conditions de pression

③ Déterminer le point de fonctionnement

Définir:

Débit + Hauteur manométrique requise

comme critère principal de sélection de la pompe.

④ Effectuer un appariement préliminaire à l'aide de la courbe de performance

Utilisez la courbe de performance du fabricant pour déterminer le type de pompe et la vitesse de fonctionnement capables de couvrir le point de fonctionnement cible.

⑤ Évaluer les performances réelles de la boue

La courbe de performance en eau claire ne peut être utilisée que comme base préliminaire de sélection.

La sélection proprement dite doit également prendre en compte des paramètres de fonctionnement tels que :

• Densité relative de la suspension (Sm)

• Concentration de solides

• Taille maximale des particules

• Viscosité

• Caractéristiques des particules

• Caractéristiques de sédimentation

Ces paramètres sont utilisés pour évaluer les performances de la pompe dans des conditions réelles de boue.

⑥ Confirmer la configuration mécanique

Après avoir déterminé le débit, la hauteur manométrique et les caractéristiques de la suspension, la configuration mécanique de la pompe doit également être confirmée, notamment :

• Turbine

• Composants de la partie humide

• cadre/support de pompe

• Assemblage de roulement

• Arbre

• Configuration de conduite

• Puissance du moteur

Pour les pompes à boues horizontales, le support de pompe et l'ensemble de roulement doivent être adaptés à la capacité de charge mécanique, au diamètre de l'arbre, à la configuration d'entraînement et aux conditions de fonctionnement.

Par conséquent, le support de pompe fait également partie du choix final de la pompe , et ne peut être déterminé uniquement à partir des dimensions d'entrée et de sortie de la pompe.

9. Pourquoi le choix d'une pompe à boues ne peut-il pas être basé uniquement sur la hauteur manométrique ?

« Choisir une pompe dont la hauteur manométrique maximale atteint le nombre de mètres requis » est une approche courante, mais cette méthode ne peut garantir que la pompe répondra aux conditions réelles de fonctionnement.

Les performances d'une pompe à boues sont étroitement liées au débit, à la hauteur manométrique, à la vitesse, aux propriétés de la boue et à la configuration mécanique de la pompe.

Pour des exigences de débit et de hauteur identiques, des concentrations de boue, des tailles de particules et des caractéristiques abrasives différentes peuvent nécessiter des types de pompes, des vitesses de fonctionnement, des turbines et des composants de la partie immergée complètement différents.

Par conséquent, le choix d'une pompe à boues doit prendre en compte :

Débit + Hauteur manométrique + Propriétés de la suspension + Performances de la pompe + Configuration mécanique

plutôt que de choisir une pompe simplement en fonction de sa hauteur manométrique maximale .

10. Quelles données doivent être fournies pour la sélection d'une pompe à boues ?

Si vous avez besoin qu'un fabricant de pompes à boues effectue la sélection de la pompe, il est recommandé de fournir les données de fonctionnement de base suivantes :

Plus les données de fonctionnement sont complètes, plus il est facile pour le fabricant de déterminer le type de pompe approprié, la vitesse de fonctionnement, les composants de la partie hydraulique, le support de pompe et la configuration du moteur .