Pompe contre tuyau, partie 3

Les parties 1 et 2 de cette chronique ont été publiées respectivement dans les numéros de février et de mars de Pumps & Systems.

Normalement, la tuyauterie d'aspiration de la pompe sera au moins une taille plus grande que la buse d'aspiration de la pompe. Les pompes parallèles présenteront des exigences pour des tailles de tuyaux encore plus grandes. Il s'agit principalement de répondre aux exigences de vitesse et de perte de charge nette d'aspiration positive disponible (NPSHa). Une exception peut être une conduite d'aspiration auto-amorçante où les utilisateurs sont plus préoccupés par le temps nécessaire pour amorcer la pompe. Plus la ligne d'aspiration est grande, plus il y a d'air à évacuer, ce qui se traduit par un temps supplémentaire pendant lequel la pompe fonctionne sans débit de liquide. Un temps d'amorçage excessif n'est pas une condition souhaitée car la recirculation surchauffe le fluide de la chambre d'amorçage et le joint mécanique peut ne pas être correctement lubrifié ou éventuellement surchauffer en fonction de la conception de la pompe individuelle.

Il existe d'autres problèmes, outre la mauvaise taille du tuyau d'aspiration, qui se traduisent par une friction excessive et des profils d'écoulement tourbillonnant déséquilibrés. La meilleure pratique consiste à réduire ou à éliminer les turbulences et les profils de vitesse d'écoulement irréguliers. Notez que les pompes à double aspiration sont encore plus sensibles à ces problèmes que les autres modèles. Les problèmes les plus courants sont les suivants :

Un commentaire concernant l'intégrité de la tuyauterie et les connexions associées (bride) : Veuillez noter qu'elles doivent être étanches à l'air, en particulier sur les applications d'ascenseur. Reconnaître que la pression à l'intérieur du tuyau sera inférieure à la température ambiante (pensez au vide). Ce n'est pas parce que le liquide ne s'échappe pas que l'air ne peut pas s'infiltrer dans le tuyau.

Cette section fait spécifiquement référence au côté aspiration de la pompe car nous conserverons les pratiques d'augmentation de la taille du tuyau côté refoulement dans une autre colonne. J'ai été témoin de nombreuses discussions/arguments houleux et longs à ce sujet. J'aborderai brièvement le sujet.

Il y a deux points principaux, puis je poserai une troisième idée en tant que changement de paradigme. La première est de savoir s'il convient ou non d'utiliser un réducteur concentrique du côté aspiration de la pompe, et la seconde est de savoir si, en cas d'utilisation d'un réducteur excentrique, le côté plat doit être positionné ?

Les réducteurs concentriques n'ont pas été utilisés dans une large mesure sur la tuyauterie d'aspiration de pompe horizontale, apparemment en raison de problèmes d'entraînement d'air et du blocage de débit qui en résulte. Sachez que les poches d'air agissent comme des blocages et restreignent le débit comme si une vanne ou un orifice partiellement fermé était placé dans la conduite. Je crois que les réducteurs concentriques sont parfaitement acceptables dans les tuyauteries verticales car le problème d'emprisonnement d'air est généralement annulé par l'orientation et la géométrie en plus d'être balayé par la vitesse du fluide. Un sujet plus controversé est l'incorporation de réducteurs concentriques dans le plan horizontal sur la conduite d'aspiration des pompes. Je soulignerai que j'ai observé de nombreuses applications réussies de réducteurs concentriques sur l'approche de l'aspiration de la pompe. Les utilisateurs ne rencontrent pas de problèmes d'emprisonnement d'air, bien que dans la plupart des cas, un évent manuel ou une soupape de purge d'air automatique (ARV) soit installé au cas où l'air ou le gaz aurait besoin d'être évacué.

Cette philosophie de changement de paradigme avec des réducteurs concentriques horizontaux est que la vitesse du liquide dans le tuyau facilite la transportabilité de tout air et gaz non condensables. L'avantage supplémentaire du choix du réducteur concentrique est que le profil de vitesse du liquide en aval du réducteur est symétrique contrairement à celui d'un réducteur excentrique. Je suis d'accord qu'hypothétiquement, la vitesse globale du liquide peut transporter (balayer) tout air et gaz non condensables le long du flux au lieu d'être piégé à la transition. Avant de prendre cette décision, effectuez une analyse de dynamique des fluides computationnelle (CFD). De plus, je suggère d'éviter l'utilisation de réducteurs concentriques dans les situations où la pompe est à une altitude plus élevée que la source d'alimentation d'aspiration et/ou les propriétés du liquide sont connues pour inclure l'entraînement d'air, de vapeurs et de gaz non condensables.

Les réducteurs excentriques sont couramment utilisés pour la transition d'un tuyau d'aspiration de plus grande taille vers la buse d'aspiration de pompe plus petite. Tout le monde me demande dans quel sens positionner le côté plat ? J'offre mes deux cents comme suit et j'ajoute également la mise en garde que "cela dépend". Si la source d'alimentation se trouve (immédiatement) au-dessus de la pompe, le côté plat doit être en bas pour permettre à l'air et au gaz de s'échapper vers la source d'aspiration. Si la source provient du dessous ou d'un long parcours horizontal (plus de 4 à 5 diamètres) avant la pompe, alors le côté plat doit être sur le dessus.

Un détail plus important et souvent négligé est l'angle de la pièce de transition du réducteur excentrique - ou considérez-le comme le taux ou le rapport de réduction. J'ai récemment été témoin de plusieurs installations (avec des problèmes de pompe) où l'angle du réducteur excentrique était élevé et supérieur à 25 à 30 degrés (15 degrés devrait être l'angle maximum). J'ai souvent rencontré ce type de problèmes lorsque la réduction de diamètre s'étend sur plusieurs tailles de tuyaux : par exemple, de 10 pouces à 4 pouces. La pensée erronée est qu'un réducteur est un réducteur et que le concepteur ne se soucie pas de la façon dont cela se produit et du taux de réduction.

Ces cas seraient bien mieux avec une réduction en deux ou trois étapes avec un tuyau droit entre eux ou une transition plus grande (plus longue) plus douce de moins de 15 degrés sur le réducteur. La "règle du pouce" pourrait être de passer d'une taille à la fois, par exemple de 10 à 8 pouces, puis à 6, puis à 4 pouces, ce qui représenterait trois transitions.

Une autre astuce en plus de garder l'angle inférieur à 15 degrés est de considérer le rapport de la réduction. Considérez ce rapport comme (D1 - D2) ÷ L (où D est le diamètre du tuyau et L est la longueur du réducteur).

Enfin, je propose fortement que nous (l'industrie) cessions la pratique consistant à placer des réducteurs excentriques immédiatement à côté de la bride d'aspiration de la pompe. Les réducteurs excentriques créent des profils de vitesse d'écoulement irréguliers aux sorties. Supposons que le côté plat soit en haut pour mon exemple de réducteur excentrique, et ainsi le débit de liquide entrant dans le réducteur près du haut aura une course droite vers la sortie, ce qui ne pose aucun problème. Cependant, le flux entrant dans le réducteur par le bas a un parcours plus long, il doit donc accélérer et, par conséquent, sortir du réducteur à une vitesse plus élevée (reportez-vous à l'équation de Bernoulli pour l'explication de la science et de la conservation de l'énergie). Ma proposition pour une meilleure installation est de placer la sortie du réducteur excentrique à au moins 4 à 6 diamètres de la buse d'aspiration de la pompe et d'utiliser une section de tuyau droite et non obstruée entre le réducteur et la pompe pour permettre au profil de vitesse de se corriger et de se réaligner lui-même à la symétrie.

Quant au tuyau, il ne s'agit pas seulement de la sécurité et de l'efficacité du confinement du fluide lorsqu'il se déplace d'un point à un autre. Plus important encore, il s'agit également de ce qui se passe à l'intérieur du tuyau. La symétrie du profil de vitesse et les facteurs de friction sont ce dont vous devriez également vous préoccuper. Ignorer ou rejeter ces facteurs entraînera des coûts importants pour faire fonctionner et entretenir la pompe à long terme.

Les références

1. Pompes rotodynamiques pour tuyauterie de pompe ANSI/HI 9.6.6 2016

2. Guide de l'utilisateur de la pompe centrifuge (problèmes et solutions) par Sam Yedidiah

3. Pump Handbook 4e édition par Paul Cooper, Igor Karassik, et al

4. Institute for Pumps and Mechanical Seals par William (Bill) J. McNally (SS)

5. Examen de la sélection du réducteur d'aspiration de la pompe…, Vol 56 No. 3 Octobre 2014 du Journal of South African Institution of Civil Engineering, par Ross Mahaffey (PE) et SJ Van Vuuren (PE)

Lisez plus d'articles sur les erreurs courantes de pompage ici.

Jim Elsey est un ingénieur en mécanique avec plus de 50 ans d'expérience dans la conception et l'exploitation, principalement axé sur la fiabilité des équipements rotatifs dans la plupart des applications et marchés industriels du monde entier. Elsey est directeur général de Summit Pumps et membre actif de l'American Society of Mechanical Engineers, de l'American Society of Metals, de la National Association of Corrosion Engineers et de la Naval Submarine League. Elsey est également le directeur de MaDDog Pump Consultants LLC. Il peut être contacté à [email protected].