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Refoulement de liquide avec pompes à canal latéral

La terre est entourée d'une enveloppe d'air qui est soumise à des fluctuations de pression liées aux conditions météorologiques et qui a une pression moyenne de 1 bar (10 N/cm2) au niveau de la mer. Tous les corps à la surface de la terre et donc aussi tous les liquides sont exposés à cette pression atmosphérique.

Si cette pression atmosphérique est réduite par un dispositif technique, la différence de pression qui en résulte est capable d'élever une colonne de liquide jusqu'à une certaine hauteur. Cette hauteur est indiquée en m Fl.S (mètre de colonne de liquide). En ce qui concerne l'eau comme moyen de pompage avec une densité de 1000 kg/m3 , cela signifie qu'avec un vide de 100% (ce qui n'est bien sûr pas techniquement possible), la hauteur de la colonne d'eau serait théoriquement de 10 m.

Les bonnes pompes auto-amorçantes à canal latéral atteignent une hauteur d'aspiration d'environ 7 - 8 m, en raison des pertes mécaniques et des fuites.

Principes de fonctionnement des pompes

Les pompes sont divisées en deux types superposés :

• pompes volumétriques non auto-amorçantes (exemple : pompe centrifuge)
• pompes hydrauliques auto-amorçantes (exemple pompe à piston)

Pompes selon le principe du déplacement positif

Une pompe de ce type est constituée d'un carter contenant une roue montée en rotation et entraînée par un moteur électrique. Cependant, le corps avec la roue doit être rempli avec le fluide à pomper avant que la pompe ne puisse fonctionner. Ceci peut être réalisé en installant la pompe géométriquement plus bas que le niveau de liquide du fluide à pomper. Le liquide remplirait alors automatiquement le corps de pompe avant même que la pompe ne soit mise en marche.

Si, en raison d'autres critères, la pompe doit être réglée plus haut que le niveau de liquide, un remplissage unique du côté aspiration de la pompe avec le fluide à pomper est nécessaire avant la mise en service.

Lorsque la pompe fonctionne, le fluide liquide est pressé contre la paroi du corps de pompe par les forces centrifuges résultantes et s'échappe par la sortie de pression de la pompe.

Pompes hydrauliques auto-amorçantes

Une pompe auto-amorçante est capable de purger la conduite d'aspiration dans une certaine mesure pendant le fonctionnement sans mesures supplémentaires, ce qui permet de démarrer le refoulement du fluide liquide. Les pompes hydrauliques auto-amorçantes sont par exemple des pompes à piston. Mais là aussi, la capacité d'aspiration est limitée par les inévitables espaces d'air entre le piston et la paroi du cylindre. C'est pourquoi il est conseillé, surtout lorsqu'une pompe à piston ne fonctionne pas pendant une longue période, de remplir d'abord le côté aspiration de la pompe avec le fluide à pomper. Le liquide agit alors comme une sorte de joint entre le piston et la paroi du cylindre. Cela permet d'augmenter considérablement la capacité d'aspiration.

Particularités des pompes à canal latéral

Une roue munie d'aubes dirige le fluide à pomper à travers des interstices et des ouvertures dans un canal latéral situé dans le corps. Lorsque la roue tourne, le liquide traverse les aubes de la roue et le canal latéral plusieurs fois par tour. Si le liquide se trouve dans la roue, il doit nécessairement aussi assumer la vitesse circonférentielle de la roue. Si le liquide est dirigé dans le canal latéral, sa vitesse ralentit considérablement. Ce changement constant de vitesse dans la roue et le canal latéral modifie également la pression dans la roue et le canal latéral.

Fond physique

Dans un milieu en écoulement, son énergie totale est composée de l'énergie de vitesse (énergie cinétique), de l'énergie de pression et de l'énergie de position ou d'altitude. La somme de ces trois énergies partielles est constante en tout point du milieu en écoulement. Mathématiquement, cette loi de la nature est résumée dans l'équation énergétique :

W12/2 + g * h1 + P1/ρ = W22/2 + g * h2 + P2/ρ = const.

Dans cette équation de l'énergie (aussi appelée équation de Bernoulli), la

• énergie spécifique de vitesse = W2/2 (en Nm/kg)
• énergie spécifique de la hauteur = g * h (en Nm/kg)
• énergie de pression spécifique = P/ρ (en Nm/kg)

Conclusions de cette analyse énergétique et résultats pour la pompe à canal latéral

Si la vitesse du fluide en écoulement augmente, sa pression diminue en même temps, car l'énergie totale est constante.
Lorsque la roue tourne, le fluide en écoulement dans la roue a une vitesse élevée car il doit assumer la vitesse périphérique de la roue. Dans le canal latéral, par contre, la vitesse diminue fortement. Cela signifie que la pression du fluide en écoulement dans la roue est plus faible que dans le canal latéral en raison de la vitesse plus élevée.

Lorsque la vitesse du fluide en écoulement diminue, sa pression augmente en même temps, également en raison de la constance de l'énergie totale.

Avantages de la pompe à canal latéral

De grandes hauteurs de transport peuvent être atteintes. Le transport est possible sans aucun problème même dans des conditions défavorables. La pompe à canal latéral est particulièrement adaptée aux substances à faible point d'ébullition, comme le gaz liquide, qui passent de l'état liquide à l'état gazeux même à basse pression.
Les pompes à canal latéral sont insensibles au phénomène désagréable de la cavitation.

Conclusion

L'effet de la modification de la vitesse du fluide en écoulement à la transition de la roue à aubes au canal latéral peut être encore augmenté en les connectant en série. La disposition de plusieurs roues avec des canaux latéraux en aval améliore les propriétés positives des pompes à canaux latéraux.

Les pompes à canal latéral sont adaptées aux grandes hauteurs de refoulement en raison de la pression plus élevée dans les canaux latéraux.

Les pompes à canal latéral sont utilisées de préférence pour le pompage de fluides à faible ébullition tels que les gaz liquides. Les pompes à canal latéral ne posent aucun problème lors du passage de l'état liquide à l'état gazeux de ces fluides et inversement.