Usure des pompes centrifuges
Les pompes centrifuges sont parfois utilisées dans des environnements où le produit pompé contient des solides en suspension. Alors que certaines pompes sont spécifiquement conçues pour la manipulation de solides ou les applications de boues, les pompes centrifuges normales ne contiennent pas de fonctionnalités pour empêcher la dégradation des performances due à l'impact des solides.
Il existe quelques signes clés indiquant qu'une pompe centrifuge conventionnelle souffre d'usure érosive et abrasive. Voici les stratégies d'évaluation et d'atténuation à considérer et à appliquer lorsque cela se produit.
Les particules sont un problème dans une pompe centrifuge en raison de la façon dont la machine ajoute de la vitesse au liquide lorsqu'il passe dans les canaux de la roue. En général, plus la vitesse à l'extrémité de la roue est élevée, plus l'énergie transmise à toute particule en suspension dans le liquide est importante. Cette énergie peut alors endommager tout ce qu'elle impacte.
Image 1. La vitesse des particules est directement associée à la vitesse de pointe de la roue. (Images avec l'aimable autorisation d'Hydro, Inc.)De manière générale, la perte de matière par érosion est déterminée par la vitesse de la particule au cube (Equation 1).
Équation 1 :
Érosion = XC3
C est la vitesse de la particule
X est un coefficient basé sur le liquide
être pompé
La vitesse de la particule est directement associée à la vitesse de pointe de la roue (Image 1). L'abaissement de la vitesse de pointe d'une machine a un impact significatif sur la vitesse des particules et, par conséquent, sur l'énergie érosive.
Vitesse de pointe= πD2n/60
En particulier, cela affecte les particules sortant de la roue avec l'impact à grande vitesse sur les lèvres de la volute de la pompe, provoquant des dommages érosifs.
Lorsqu'une particule à haute énergie passe de la roue à aubes sur la lèvre de la volute, un modèle de dommage très particulier se produit. Les dommages sont généralement concentrés à l'intersection de la lèvre de la volute du carter et de la paroi latérale du carter. Les particules qui impactent le centre de la lèvre de la volute sont emportées dans le flux de courant moyen et le temps de contact avec la lèvre est limité (Image 2).
Image 2. Illustration de l'usure au niveau de la lèvre de la volute
Les particules qui impactent la lèvre de la volute près de la paroi latérale sont influencées par l'interface à double couche limite qui existe entre la lèvre et la paroi latérale. Ces particules ne passent pas rapidement dans le flux de courant moyen et commencent à tourner (image 3).
Image 3. Représentation du mouvement des particules illustrant l'écoulement près du mur par rapport à l'écoulement à mi-chemin
D'autres zones sont également sensibles à l'usure et sont généralement associées au jeu fin de l'anneau de la bague d'usure. Il existe deux types d'usure abrasive/érosive qui augmentent le jeu de la bague d'usure et détériorent les performances de la pompe.
Image 4 (à gauche). Les particules traversent le jeu de la bague d'usure sous l'effet de la pression différentielle et leur forme et leur direction impactent les surfaces de la bague d'usure, ce qui augmente les jeux. Image 5 (à droite). Si les jeux de la bague d'usure sont inférieurs à la taille maximale des particules, la matière est retirée du jeu.Les bagues d'usure jouent également un rôle important dans une autre forme courante d'usure qui se produit dans les parois latérales de la volute. L'une des principales fonctions des bagues d'usure est de fournir un espace annulaire restrictif entre différents régimes de pression à l'intérieur d'une pompe centrifuge. En raison de cette fonction, un côté de la bague d'usure fonctionne à une pression plus élevée que l'autre. La pression différentielle à travers l'anneau annulaire entraîne le fluide à travers le jeu de la bague d'usure.
Cet effet a des propriétés de rigidification qui améliorent la dynamique rotorique de la machine. Dans un environnement érosif, cela peut provoquer un schéma d'usure particulier. Lorsque le liquide sortant de l'espace annulaire de la bague d'usure est projeté dans le passage à basse pression transportant des particules d'énergie plus élevée, les particules heurtent avec lui la paroi latérale du carter et coupent la limite de pression. C'est ce qu'on appelle les dommages du vortex de Taylor.
Tactiques pour limiter l'usure
Limiter les vitesses de pointe sur les services où des particules peuvent être présentes dans le fluide pompé limite les dommages. Si la vitesse de pointe ne peut pas être limitée, choisissez une machine qui a un jeu de pointe élevé entre le diamètre extérieur de la roue et la lèvre de la volute. Cela donne au temps/distance/vitesse la possibilité d'agir sur n'importe quelle particule, réduisant ainsi leur vitesse avant qu'elles n'impactent le boîtier.
Modifier les lèvres de la volute. En profilant les lèvres de la volute en forme de fer à cheval, il est possible de limiter l'usure constatée à l'intersection entre la lèvre et la paroi latérale du carter. Le grand rayon lisse sur la lèvre signifie que la conséquence de la double couche limite qui retient les particules et les fait tourner en raison du flux qui passe est minimisée car les particules sont forcées dans le flux d'écoulement moyen par la géométrie du rayon et ne peut pas être coincé dans les intersections d'angle (Image 6).
Image 6. Modification de la lèvre de la volute pour atténuer les dommages
Les revêtements peuvent être utiles pour lutter contre l'usure par abrasion, mais cela nécessite un œil habile pour s'assurer que le bon type de revêtement est appliqué dans les bonnes zones en fonction d'une évaluation des dommages observés. Un revêtement avec une force de liaison élevée et une dureté élevée lorsqu'il est appliqué en conjonction avec les autres techniques mentionnées dans cet article peut réussir à limiter les dommages.
Les particules présentes dans les liquides des pompes centrifuges peuvent causer des dommages et une dégradation des performances. Certains dommages sont toujours inévitables, mais l'utilisation de modifications de la géométrie, combinées à des revêtements durs, augmente la durée de vie et la fiabilité de la pompe.