Combien de temps puis-je faire fonctionner ma pompe à sec ?
Toute personne familiarisée avec les pompes industrielles à entraînement magnétique (entraînement magnétique) a été interrogée sur le fonctionnement à sec de la pompe. Après tout, un lave-vaisselle et une machine à laver à la maison le font tout le temps. Il existe des matériaux de roulement qui permettent cela, n'est-ce pas ? Bien sûr, un "oui" mitigé, mais il est temps d'examiner de plus près le fonctionnement à sec.
IMAGE 1 : Composant de roulement en carbure de silicium cassé (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Magnatex Pumps, Inc.)
La marche à sec, sauf au sens littéral, est un abus de langage. Les pompes industrielles sont mécaniquement scellées ou sans joint et peuvent souffrir des résultats de ce que l'industrie a surnommé le « fonctionnement à sec ». Cet article se concentrera sur la configuration de la pompe à entraînement magnétique avec des composants de roulement en carbure de silicium (SiC), qui est l'un des deux types de pompes centrifuges rotodynamiques sans joint.
Les pompes à entraînement magnétique ont des roulements lubrifiés par le produit qui nécessitent la présence de liquide pour un fonctionnement correct. Ces paliers hydrodynamiques (simples) dépendent d'une barrière fluide séparant les composants du palier qui devient un coin lorsqu'il y a un mouvement relatif entre les deux surfaces. Lorsque cette barrière fluide est rompue, les deux surfaces se touchent et peuvent endommager les composants. Cet effet peut être cumulatif, entraînant une défaillance des composants lorsque les limites sont atteintes.
Lorsque la pompe perd son aspiration, elle doit être arrêtée immédiatement. Les composants SiC peuvent être endommagés en quelques secondes. L'utilisation d'un moniteur de puissance pour détecter lorsque la charge du moteur a soudainement changé, comme lorsque la pompe perd son aspiration, protégera les principaux composants de la pompe. Un fonctionnement continu sans liquide adéquat à l'aspiration peut rapidement entraîner de graves dommages aux composants SiC.
Pour une longue durée de vie, la pompe nécessite uniquement qu'il y ait du liquide disponible, un fonctionnement dans la plage de débit de la pompe de la courbe et dans les limites de conception de la pompe. Veuillez noter qu'il est préférable de démarrer la pompe contre une vanne de refoulement partiellement fermée (environ un quart ouverte). La vanne d'aspiration doit toujours être ouverte lors du fonctionnement et uniquement fermée lorsque la pompe doit être isolée pour des raisons de maintenance.
Composants de roulement SiC et conditions de perturbation du système
Le matériau de roulement SiC ne tolère pas les chocs mécaniques, ce qui se produit lorsqu'il n'y a pas suffisamment de liquide de lubrification entre les surfaces des composants du roulement, ce qui entraîne un contact entre les composants. Il existe plusieurs situations pendant le fonctionnement du système qui peuvent produire de telles conditions.
fonctionnement de la pompe vannes fermées
pression insuffisante à l'aspiration de la pompe (hauteur d'aspiration positive nette insuffisante disponible [NPSHa]) provoquant une cavitation
périodes de fonctionnement prolongées dans des conditions de débit extrêmement faible
périodes de fonctionnement prolongées dans des conditions de débit élevé avec une faible résistance à la pression au refoulement — fonctionnement « hors courbe » ou au-delà de la plage de débit maximum
cyclage excessif du débit du système d'un débit à un autre
température excessive qui provoque la vaporisation du liquide pompé (flux de lubrification) au niveau des surfaces des composants du roulement - ou pression interne insuffisante du système pour maintenir le fluide pompé à l'état liquide lorsqu'il passe à travers la pompe
mise sous tension du moteur sans liquide dans la pompe, y compris brièvement pour vérifier la rotation
entrée d'aube de turbine bouchée au niveau de l'œillet d'aspiration
Du SiC fritté spécialement traité est disponible auprès d'un certain nombre de fournisseurs pour fournir des capacités de fonctionnement à sec améliorées en cas de perturbation du système. Certains fabricants utilisent des revêtements qui adhèrent au substrat SiC, tandis que d'autres utilisent des méthodes d'infusion qui intègrent mécaniquement le revêtement dans le matériau de base. Tous ces éléments sont appelés revêtements de type diamant (DLC) dans l'industrie. Ces traitements réduisent sensiblement le coefficient de frottement de surface par rapport à celui du SiC fritté standard. Moins de frottement pendant les perturbations du système et d'autres conditions de fonctionnement à sec génèrent moins de chaleur, ce qui réduit le risque de rupture des composants du roulement par contact mécanique ou choc thermique.
En ce qui concerne l'équipement de pompage et les roulements lubrifiés par le produit, personne ne recommande que la pompe fonctionne sans que du liquide ne la traverse. Il reste un peu de liquide résiduel lorsque l'unité perd son aspiration, mais qui sera rapidement expulsé des côtés des composants du roulement avec un fonctionnement continu. La vaporisation du liquide peut se produire rapidement, selon la taille de la pompe.
Les temps de fonctionnement à sec définitifs nécessiteraient des tests spécifiques de la taille de la pompe et des conditions de service en question. Pour les petites pompes de moins de 2 chevaux (hp), les tests ont montré que le temps de fonctionnement à sec est de quelques minutes et peut être étiré à plus d'une heure pour les plus petites pompes avec les roulements revêtus de DLC. Plus la puissance absorbée par la pompe est élevée, plus la période de temps avant que des dommages ne se produisent dans le système de roulement est courte. Pour les pompes plus grosses dans la gamme de plus de 50 ch, bien que les revêtements DLC soient toujours utiles, le temps avant que des dommages ne se produisent reste assez court. La mise sous tension du moteur pour vérifier la rotation d'une pompe sans roulements revêtus de DLC ou sans liquide dans l'unité entraînera probablement des dommages aux roulements. Les dommages causés par le fonctionnement à sec apparaîtront initialement comme des composants SiC fissurés ou ébréchés. Lorsque le liquide disparaît et que les composants céramiques rotatifs entrent en contact avec des composants fixes, le SiC peut se briser et se briser en petits morceaux. Un fonctionnement continu endommage davantage de composants de la pompe tels que l'arbre, le carter arrière, le couvercle du carter et la roue, qui sont tous des pièces coûteuses. Ce type de dommage à la pompe est évitable.
Encore une fois, il est recommandé que la pompe soit protégée par un moniteur de puissance et que le point de déclenchement de faible puissance soit réglé à un niveau représentant la première indication que l'aspiration a été perdue. Le réglage de la temporisation du point de déclenchement bas à moins de 2 à 3 secondes peut empêcher le déclenchement de la pompe lorsqu'une grosse bulle de vapeur/d'air s'échappe à travers la pompe sans perdre l'aspiration. Essayer de faire fonctionner plus longtemps pour vider la ligne d'aspiration de produit entraînera des dommages à la pompe qui sont plus coûteux que la petite quantité de produit qui peut rester dans la ligne d'aspiration. Un moniteur de puissance correctement réglé permettra au propriétaire de la pompe d'économiser de l'argent dans plusieurs comptes d'entreprise.
Les pompes à moteur en conserve, l'autre type centrifuge sans joint, utilisent généralement des matériaux de roulement plus souples, notamment du carbone, qui sont plus lubrifiants, mais susceptibles de s'user. Ceux-ci nécessitent un système de surveillance des roulements pour éviter d'endommager les composants.
Avec les pompes à garniture mécanique, les faces d'étanchéité fonctionnent sur un film hydrodynamique similaire et nécessitent le même type de lubrification. Ils ne fonctionneront pas à sec longtemps sans dommage non plus.
La plupart des dommages aux pompes à entraînement magnétique peuvent être évités. La meilleure réponse à la question du titre est de ne pas faire fonctionner la pompe à sec.