Vitesse spécifique de la pompe centrifuge
La vitesse spécifique est un concept développé pour les turbines à eau en 1915, qui a ensuite été appliqué aux pompes centrifuges (Stepanoff, 1948). La vitesse spécifique est un moyen de « normaliser » les performances de ces machines hydrauliques.
L'équation couramment utilisée pour la vitesse spécifique est la suivante :
Lorsque j'ai été initié à la vitesse spécifique, je dois admettre que je n'ai pas été impressionné. Il m'a semblé que le concept pouvait être utile aux concepteurs de pompes, mais je n'y voyais aucune valeur pour l'utilisateur final. J'ai appris plus tard que le concept est essentiel pour le concepteur et, parce qu'il indique la forme de la tête, les courbes de puissance et d'efficacité et l'efficacité maximale réalisable, il est également précieux pour les utilisateurs finaux.
L'une des définitions de la vitesse spécifique est qu'il s'agit de la vitesse à laquelle une pompe modélisée fonctionnerait pour produire une tête d'un pied lors du pompage d'un gallon par minute, mais je trouve cette définition maladroite.
Je préfère le considérer comme un numéro d'index. En Europe, la vitesse spécifique est parfois appelée le "numéro de forme", et je préfère ce nom. Il indique les formes des courbes de performance et détermine également, dans une large mesure, la forme du profil de la roue.
Une roue à faible vitesse spécifique a un profil mince (les haubans sont rapprochés) et un grand diamètre extérieur (OD) par rapport au diamètre de l'oeil. Une roue avec une vitesse spécifique élevée a un profil gras (les carénages sont éloignés) et a un diamètre d'oeil qui est plus proche du diamètre extérieur de la roue.
La figure 1 aide à illustrer le concept. Le tableau a été développé il y a des années par le groupe Worthington et est largement utilisé par l'industrie. Notez que les valeurs de vitesse spécifique, en unités américaines, sont tabulées au bas du graphique. Les petits dessins sous le graphique montrent les profils des roues qui correspondent aux numéros de vitesse spécifiques.
Figure 1
Les petites courbes de performance en haut du graphique illustrent les formes typiques des courbes de performance correspondant aux valeurs de vitesse spécifique. A noter que les pompes à faible vitesse spécifique ont une courbe de tête plate, avec parfois un léger statisme à l'arrêt (capacité nulle). Un tel affaissement ne rend pas la pompe instable. La courbe de puissance est raide. Il augmente considérablement de l'arrêt au meilleur point d'efficacité (BEP).
Dans le milieu de gamme des valeurs NS, la courbe de tête monte continuellement jusqu'à l'arrêt, et la courbe de puissance change peu de l'arrêt au BEP. Lorsque NS dépasse environ 5 000, la pente de la courbe de puissance s'inverse, la valeur maximale étant à l'arrêt, et la courbe de tête est très raide, la valeur d'arrêt étant jusqu'à trois fois la valeur BEP. (Ne démarrez pas l'un de ces types avec la soupape de décharge fermée.)
Dérivation
Pour ceux qui souhaitent voir une dérivation de NS, ce qui suit est proposé. J'utilise ce qu'on appelle la "loi de modélisation" ou "loi type" ou "loi d'affacturage". Cette "loi" est utilisée lorsqu'un concepteur souhaite "modéliser" une pompe en une pompe de taille différente.
La résultante est la vitesse spécifique. Lorsqu'une pompe est modélisée à partir d'une autre, les deux pompes ont la même vitesse spécifique.
Le rendre sans unité
On dit communément que la vitesse spécifique est sans unité, mais ce n'est normalement pas le cas. Aux États-Unis, avec les unités ci-dessus, il n'est pas sans unité. Il peut être rendu sans unité, cependant, en convertissant la vitesse en radians/seconde, la capacité en pieds cubes/seconde et en multipliant la tête par la constante gravitationnelle "g".
Les valeurs NS sur le graphique de Worthington vont de 500 à 15 000. Quelles seraient les valeurs si nous devions convertir en nombres sans unité ? Nous devons diviser N par 9,55 pour convertir en radians/seconde. Q doit être divisé par 449 pour être converti en pi3/seconde et H doit être multiplié par 32,2.
Y a-t-il une signification aux efficacités maximales se produisant lorsque le NS sans unité est de 1,0 ? Je ne sais pas, mais cela semble être une heureuse coïncidence.
Références
Stepanoff, AJ, Pompes centrifuges et axiales, John Wiley & Sons, New York, 1948.
Stepanoff, AJ, Pumps and Blowers - Two-Phase Flow, John Wiley & Sons, New York, 1965.
Remarques
Une turbine à réaction est, fondamentalement, juste une pompe centrifuge fonctionnant à l'envers, le fluide étant poussé vers l'arrière à travers elle.
S'il s'agit d'une roue à double aspiration, ne divisez pas par 2. Avec une vitesse spécifique d'aspiration, nous divisons la capacité par 2, mais pas pour une vitesse spécifique (de refoulement)