04-Techno Pompes centrifuges.pdf

Raffinage-Pétrochimie-Chimie-Ingénierie ———

Perfectionnement Technique Maîtrise Module 2 : ÉCOULEMENT DE POMPAGE DES FLUIDES

TECHNOLOGIE DES POMPES CENTRIFUGES

I - PRÉSEN PRÉSENTAT TATION ION D’UNE D’UNE POMPE POMPE CENTRIF CENTRIFUGE UGE ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ........ ........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 1 1 - Présentati Présentation on extérieur extérieuree ............... ....................... ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ............1 ....1 2 - Description ption d’une d’une pompe pompe monocell monocellulai ulaire re........ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ .......... 2

II - ÉLÉMENTS ÉLÉMENTS MÉCANIQUES MÉCANIQUES ..... ........... ........... ........... ........... .............. .............. ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ...... 3 1 2 3 4

-

Accoup Accouplem lement ent entre entre la pompe et la machine machine motrice motrice ........ ............ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ......33 Paliers Paliers et butées butées - Lubrifica Lubrification............ tion.................... ................ ................ ................ ................ ................ .................... .................... ................ ................ ............6 ....6 Ensemble Ensemble assurant assurant la fonction fonction étanchéité......... étanchéité................. ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ............12 ....12 Normalisat Normalisation ion des pompes pompes centrifuge centrifugess ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... .................... ............... ..........19 ..19

III - PRINCIPAUX PRINCIPAUX TYPES DE POMPES POMPES CENTRIFUGE CENTRIFUGESS ..... ........... ........... ........... ............ .............. .............. ........... ........... ........... ........ ... 20 1 2 3 4 5 6

-

Pompes Pompes process process à aspiration aspiration axiale.......... axiale.................. ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ............20 ....20 Pompes Pompes proces processs à tubulu tubulures res vertic verticale aless et par parall allèles èles dites “Top “Top Top”.......... Top”.............. ........ ........ ........ ........ ........ ........ ......20 ..20 Pompes Pompes “in-line” “in-line” ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ................ ................ ................ ............21 ....21 Pompes Pompes multicell multicellulair ulaires es horizonta horizontales les ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ............21 ....21 Pompes Pompes verticales............ verticales.................... ................ ................ ................ ................ ................ .................... .................... ................ ................ ................ ................. ..............22 .....22 Planches Planches de diverses diverses pompes pompes ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..................... ................ ................ ..............22 ......22

MT POM - 00861_B_F - Rév. 5

29/05/2007

1

I-

PRÉS PRÉSEN ENTA TATI TION ON D’UN D’UNEE POM POMPE PE CENT CENTRI RIFU FUGE GE 1-

PRÉS PR ÉSEENT NTAATION TION EX EXTTÉR ÉRIIEU EURE RE Le schéma ci-dessous montre de manière schématique l'environnement d'une pompe centrifuge monocellulaire en porte à faux  entraînée par un moteur électrique.

Vanne de sectionnement aspiration

depuis pipe rack vers pipe rack Ligne de refoulement Vanne de sectionnement refoulement

Filtre Ligne d'évent Manomètre

Clapet anti-retour Divergent Manomètre Volute Patte d'appui

Ligne d'aspiration

Contacteur moteur

Réduction excentrée Ligne de purge Purge du larmier Béquille Égout eau huileuse

Pompe

Accouplement

   B    9    0    3    T    D

Moteur Châssis électrique

Groupe de pompage Il s'agit d'une pompe “process” à aspiration axiale (AA), type de pompe très couramment utilisé, rencontré très couramment dans les pomperies des services mouvements des raffineries ou des dépôts pétroliers et sur les circuits d'eau.

a - Description de la pompe représentée ci-dessus La tubulure d'aspiration est horizontale et de même axe que l'axe de rotation de la pompe. La tubulure de refoulement  est d'axe vertical et se trouve dans le plan de la volute. La pompe repose par l'intermédiaire de pattes d'appuis   sur deux socles, eux-mêmes solidaire du châssis. Le plan de supportage sur les socles passe par l'axe de la pompe. Cette disposition permet de conserver à chaud, l'alignement obtenu à froid entre pompe et moteur électrique. Elle est préconisée par l'API (American Petroleum Institut) pour les produits chauds et inflammables. Il est prévu par ailleurs à l'arrière de la pompe, sous le corps de palier, une béquille permettant la  libre dilatation axiale de la machine.

00861_B_F

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1

I-

PRÉS PRÉSEN ENTA TATI TION ON D’UN D’UNEE POM POMPE PE CENT CENTRI RIFU FUGE GE 1-

PRÉS PR ÉSEENT NTAATION TION EX EXTTÉR ÉRIIEU EURE RE Le schéma ci-dessous montre de manière schématique l'environnement d'une pompe centrifuge monocellulaire en porte à faux  entraînée par un moteur électrique.

Vanne de sectionnement aspiration

depuis pipe rack vers pipe rack Ligne de refoulement Vanne de sectionnement refoulement

Filtre Ligne d'évent Manomètre

Clapet anti-retour Divergent Manomètre Volute Patte d'appui

Ligne d'aspiration

Contacteur moteur

Réduction excentrée Ligne de purge Purge du larmier Béquille Égout eau huileuse

Pompe

Accouplement

   B    9    0    3    T    D

Moteur Châssis électrique

Groupe de pompage Il s'agit d'une pompe “process” à aspiration axiale (AA), type de pompe très couramment utilisé, rencontré très couramment dans les pomperies des services mouvements des raffineries ou des dépôts pétroliers et sur les circuits d'eau.

a - Description de la pompe représentée ci-dessus La tubulure d'aspiration est horizontale et de même axe que l'axe de rotation de la pompe. La tubulure de refoulement  est d'axe vertical et se trouve dans le plan de la volute. La pompe repose par l'intermédiaire de pattes d'appuis   sur deux socles, eux-mêmes solidaire du châssis. Le plan de supportage sur les socles passe par l'axe de la pompe. Cette disposition permet de conserver à chaud, l'alignement obtenu à froid entre pompe et moteur électrique. Elle est préconisée par l'API (American Petroleum Institut) pour les produits chauds et inflammables. Il est prévu par ailleurs à l'arrière de la pompe, sous le corps de palier, une béquille permettant la  libre dilatation axiale de la machine.

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2-

DESC DE SCRI RIPT PTIO ION N D’UN D’UNEE POM POMPE PE MONO MONOCE CELLU LLULA LAIR IREE •

Corp Corpss de de pom pompe pe-v -volu olute te-r -rou ouee

Une pompe centrifuge communique au liquide qui la traverse, l’énergie permettant d’assurer le débit compte tenu du circuit sur lequel elle est placée. Cette énergie est créée dans la partie principale de la pompe : roue ou impulseur et volute. La roue est montée sur un arbre  entraîné par une machine motrice (moteur électrique principalement ou turbine à vapeur). Le corps de pompe  reçoit les tubulures d’aspiration et de refoulement. Il comprend la volute qui est un canal ouvert à section croissante. Des bagues d’étanchéité  limitent le retour (fuite interne) du liquide sous pression, qui se trouve dans la volute, vers l’aspiration. •

Corp Corpss de garn garnit itur uree - Gar Garni nitu ture re

Le liquide se trouvant à l’intérieur de la pompe est toujours une pression différente de la pression atmosphérique il a donc toujours tendance à créer une fuite vers l’extérieur s’il est à une pression supérieure à la pression atmosphérique ou à autoriser une pénétration de l’air dans le cas d’une pression inférieure à la pression atmosphérique si un système d’étanchéité n’était pas installé à la sortie de l’arbre, du corps de pompe. Un ensemble de tresses monté dans un presse-étoupe a longtemps été la solution utilisée à cette fin. Actuellement les garnitures mécaniques sont installées sur presque toutes les pompes et sur la plupart des produits. Selon le produit véhiculé et les fuites tolérables, ce système de garniture peut être plus ou moins complexe : arrosage, quench, liquide ou gaz de barrage, garnitures simple ou double, etc. •

Corps de de pa palie lier 

La rotation de l’arbre est produite par la machine d’entraînement. Le guidage en rotation est généralement assuré par des roulements. Le corps de palier, qui reçoit les roulements, est conçu pour  permettre leur lubrification et éventuellement leur refroidissement ainsi que celui de l’huile. Refoulement

Joint de corps

Roulement Corps de palier

Bagues d'étanchéité arrière

Double volute

Roulements Anneau de lubrification

Impulseur Corps de pompe

Bagues d'étanchéité avant

Arbre

Labyrinthes d'étanchéité

Aspiration Garniture mécanique

Bouchon de purge Corps de garniture

Chemise de garniture

Pompe centrifuge monocellulaire (en porte à faux) 00861_B_F

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   B    4    2    4    T    D

3

II -

ÉLÉM LÉMENTS MÉ MÉCANIQUE QUES 1-

ACCOUP ACCOUPLEM LEMENT ENT ENTRE ENTRE LA LA POMP POMPEE ET ET LA LA MACH MACHINE INE MOTRIC MOTRICEE Un accouplement permet de relier les arbres de deux machines. Il doit pouvoir assurer la transmission de la puissance, à la vitesse de rotation des machines et doit avoir une bonne fiabilité. L’accouplement lorsqu’il est équipé d’une pièce d’espacement peut permettre d’enlever le “mobile” de la pompe sans déplacer le corps de pompe et le moteur.

Tuyauterie de refoulement

Roue Corps de pompe

Corps de garniture

L>a+b

Corps de palier

Accouplement avec pièce intermédiaire

Moteur

Tuyauterie d'aspiration b

a

Chassis

Massif    B    2    3    0    1    T    D

Les axes des arbres des différentes machines formant la “ligne d’arbre” doivent être alignées avec une bonne précision (de l’ordre de 0,05 mm) pour éviter une réduction de la durée de vie de l’ensemble des machines, due à des surcharges ou à des forces cycliques. Les changements de température et d’efforts pendant le fonctionnement modifient en permanence cet alignement. Il est donc indispensable de relier les arbres au moyen d’un accouplement pouvant accepter de légers défauts d’alignement des axes de rotation.

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4

Il est utilisé, pour cela, divers types d’accouplements dits flexibles. Les plus courants sont les accouplements : -

à doigts de type “pneu” à ressort à dentures à lamelles

• Accouplements à doigts

• faible puissance et jusqu’à 3000 tr/min • forte puissance et basse vitesse • sim ple, bon marché

• Accouplements type “pneu” 

• simple à monter  • difficile à aligner  • même application que ci-dessus

   A    6    3    3    T    D

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• Accouplements à ressort 

• très résistant • faible vieillissement • bien adapté aux vitesses et puissance de pompes centrifuges (jusqu’à 200 kW) • nécessite un graissage (1 à 2 fois par an).

Origine Flexacier

   A    7    3    3    T    D

• Accouplements à dentures

• très résistant • adapté aux grandes vitesses et fortes puissances • montage délic at • doit être lubrifié (en continu) ou graissé (1 à 2 fois par an)

   A    8    3    3    T    D

Origine FLEXIDENT • Accouplements à lamelles

• accepte les vitesses élevées • pas d’usure mais fatigue si désalignement trop important • montage aisé • fonctionnement à sec • coût relativement élevé

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2-

PALIERS ET BUTÉES - LUBRIFICATION Pour permettre sa rotation dans un corps de machine, le rotor doit être supporté par des paliers. Ces paliers encaissent outre le poids du rotor, les efforts radiaux provenant de la transmission, la charge due à l’effet de la pression sur les roues et les forces liées à des défauts mécaniques (balourd par  exemple). La pression du liquide sur les surfaces des pièces en mouvement, notamment les impulseurs, génère des forces que les paliers et la butée doivent reprendre. Ces forces sont très liées aux conditions d’exploitation . Elles sont souvent plus grandes à bas débit qu’à la valeur nominale. La disposition des paliers dépend de la conception de la machine. La solution “porte à faux” est économiquement intéressante mais charge particulièrement le palier intérieur. Cette conception se trouve appliquée sur les machines courantes, mais toujours équipées de paliers à roulement.

Force radiale

Paliers

Refoulement Résultante sur palier arriére

Corps de palier Butée

Aspiration Roue

Butée

Résultante

Emplacement des roulements

Roue en porte à faux

   B    2    1    5    T    D

Disposition de roue en porte à faux

La solution “doubles paliers indépendants”  est indispensable pour les machines multicellulaires et pour des machines à une roue lorsqu’on désire une bonne fiabilité avec des exigences d’exploitation importantes quelques fois désignées par “service sévère” : pompes chaudes, grosses machines (> 200 kW).

Paliers

Butée

Paliers

Butée

Roue Roue entre deux paliers

Machine multicellulaire

Disposition de roue entre paliers

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   B    2    1    5    T    D

7

a - Paliers et butées à roulement Les roulements sont des équipements relativement bon marché, faciles à installer et à changer. Leur  utilisation est cependant limitée à des vitesses de rotation de 3000 à 4000 tr/min au maximum et ne sont donc pas adaptés aux grosses machines, à vitesse de rotation élevée. Sur les machines industrielles, la durée de vie souhaitée des roulements est de 3 à 5 ans de marche continue. Les roulements rencontrés le plus couramment dans les machines tournantes en pétrochimie sont les suivants.

   C    3    4    5    T    D

   B    5    1    5    T    D

Roulement à rouleaux cylindriques pour palier seulement

Roulement à billes à gorge profonde pour palier et butée

   C    4    4    5    T    D

Roulement à contact oblique (utilisé par paire) pour palier et butée

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   C    6    4    5    T    D

Roulement à 2 rangées de billes à conctact oblique

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8

Des roulements permettant le pivotement sont utilisés dans des cas où il est difficile de garantir la coaxialité précise des deux paliers, particulièrement lorsque ceux-ci sont éloignés et qu’ils ne sont pas montés rigidement sur un même châssis. (grosses pompes à basse vitesse).

   C    8    4    5    T    D

   C    7    4    5    T    D

Roulement à rotule à billes pour palier

Roulement à rotule à rouleaux pour palier et butée

b - Paliers et butées à coussinet et à patins Dans le cas où les roulements ne peuvent plus être utilisés, les machines sont équipées de paliers à film d’huile, qui sépare l’arbre tournant et le palier fixe. En principe, il n’y a plus de contact entre les surfaces et donc pratiquement plus d’usure, ce qui laisse espérer une plus grande durée de vie. Cette séparation par un film d’huile ne peut se faire que si une vitesse minimale de rotation existe entre les surfaces. Lors du démarrage alors que le contact entre les surfaces est inévitable, la prévention de l’usure des surfaces se fait grâce à un revêtement antifriction (régule, métal blanc, bronze, …) déposé sur un support interchangeable appelé coussinet. Le coussinet peut être en une seule partie, en deux parties afin de faciliter le montage ou composés d’éléments indépendants appelés patins. Ce type d’équipement doit être toujours bien lubrifié, car : - la rupture du film entraîne immédiatement la panne - l’échauffement du palier en marche normale doit être limitée à environ 50-60°C

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• Paliers

Jeu entre l'arbre et le palier (très exagéré)

 Coussinet

Film d'huile

Zone de charge séparation par film d'huile

   D    4    2    7    T    D

Palier à coussinet • Butées

Lorsque les butées à billes ne peuvent être utilisées pour des questions de charge, les pompes sont alors équipées de butée hydrodynamique. La plupart des butées sont constituées de patins, ce qui donne une bonne capacité de charge axiale. Une butée simple est représentée ci-dessous (butée “Mitchell”). Collet de butée Patin

Arbre

   A    1    2    7    T    D

Butée à patins (Mitchell) 00861_B_F

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c - Équipements de lubrification Pour assurer le fonctionnement des paliers, la lubrification des pièces en contact (billes sur bagues, arbre sur palier, …) est essentielle. Elle est assurée par un système de lubrification à l’huile ou à la graisse. La lubrification à l’huile a également pour rôle d’évacuer la chaleur créée par le frottement du palier  ou/et apportée par la machine (convection par l’arbre, rayonnement sur le palier). Cet aspect d’évacuation de chaleur peut être complète par un refroidissement du palier par ventilation ou par  circulation d’eau de refroidissement. La température maximale acceptable pour éviter une dégradation du lubrifiant est de l’ordre de 70-80°C. Dans le cas des roulements, la quantité d’huile nécessaire pour assurer la lubrification est très faible. La graisse peut satisfaire un tel fonctionnement si la charge sur les roulements reste faible et qu’il n’y a pas d’apport de chaleur.

Entrée de la graisse

Couvercle Chicanes

Roulement

Flasque extérieure

Ressort de charge

Sortie de la graisse

   A    5    2    7    T    D

Système de graissage d'un roulement (moteur électrique)

Dans le cas de roulements chargés, de paliers à coussinets ou sur des machines chaudes, l’apport de chaleur est tel qu’il faut l’évacuer en faisant circuler de l’huile. Cette circulation peut être assurée par  un système interne (bague ou disque montés sur l’arbre) et être associé à un système de refroidissement du palier. Si le débit doit être encore plus important il faut prévoir un équipement de circulation forcée avec réservoir indépendant du palier, pompe de circulation, échangeur, etc.

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Palier - butée

Niveau d'huile    B    5    5    0    T    D

   A    6    1    5    T    D

Huile

Système à bain d’huile

Bagues de projection

Bagues de lubrification

Palier à coussinet lisse équipé de bagues de lubrification

   A    8    1    5    T    D

Huile

Systèmes de lubrification autonome

Réservoir à niveau constant Niveau maximum Niveau dans le palier

   B    6    5    0    T    D

Contrôle du niveau dans le système à bain d’huile et à circulation autonome par réservoir à niveau constant

Échangeur Soupape de sécurité de pression

Filtre Butée Palier

Crépine  u i le  Re to ur d ' h

Caisse à huile

Équipement pour circulation forcée 00861_B_F

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   A    3    2    7    T    D

   A    9    1    5    T    D

12

3-

ENSEMBLE ASSURANT LA FONCTION ÉTANCHÉITÉ a - Rôle du dispositif d’étanchéité Le schéma ci-dessous montre, dans le cas simple d’une pompe monocellulaire dont la roue est en porte à faux, la position de la garniture d’étanchéité qui doit réduire autant que possible les fuites susceptibles de se produire le long de l’arbre.

Garniture d'étanchéité Corps de pompe Arbre

Corps de palier

Fuite possible à étancher Roue Corps de garniture Liquide sous pression

   A    8    9    2    1    T    D

La réduction ou l’annulation des fuites éventuelles de liquide vers l’atmosphère est justifiée pour des raisons évidentes de sécurité (inflammabilité, toxicité) de propreté  et de qualité de fonctionnement de la pompe et des organes qui lui sont associés. Dans la pratique industrielle il existe deux grandes familles de garnitures d’étanchéité ; la première utilise des   tresses  déformables, on parle alors de garniture à tresses, la seconde réalise une étanchéité par  contact entre deux pièces rigides , il s’agit de garnitures mécaniques. Les garnitures mécaniques sont maintenant, de beaucoup, les plus utilisées. Les garnitures à tresses gardent toutefois quelques avantages sur des services particuliers.

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b - Garnitures à tresses Le schéma ci-dessous représente le principe de fonctionnement d’une garniture à tresses encore appelée presse-étoupe. Conduite d'arrosage (F) Lanterne d'arrosage (F) Goujons de serrage (F) Clavettes (T)

Fouloir (F)

   A    3    7    1    1    T    D

Roue (T)

Chemise d'arbre (T) Bague de fond (F)

Corps de garniture (F) Anneaux (ou tresses) (F)

(F) Piéces fixes (T) Piéces tournantes

L’ensemble se compose essentiellement : - des tresses ou anneaux  qui frottent sur l’arbre et réalisent ainsi l’étanchéité le long de la partie mobile. Il est à noter une seconde étanchéité sur la partie fixe du corps de garniture - du fouloir  ou chapeau qui permet de comprimer les tresses grâce aux goujons de serrage - de la lanterne d’arrosage  par laquelle on injecte un liquide de refroidissement et de lubrification de la garniture - du corps de garniture  ou boîte à garniture, qui maintient l’ensemble du système Le fouloir exerce, sur les anneaux, une force de compression parallèle à l’axe de la pompe qui provoque une expansion des anneaux à la fois vers l’arbre et vers le corps de garniture, comme cela est représenté sur le schéma ci-après. Les anneaux ainsi écrasés s’opposent à la fuite de liquide grâce au contact obtenu aussi bien entre l’arbre et les anneaux qu’entre ceux-ci et le corps de la garniture. Parallèlement, le frottement de l’arbre et des tresses, outre l’usure progressive qu’il provoque, conduit à un dégagement de chaleur important qu’il est nécessaire d’éliminer pour avoir une bonne tenue de la garniture. Cela exige une circulation de liquide entre l’arbre et les anneaux qui est obtenue par  l’injection d’un liquide d’arrosage ou flushing.

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Celui-ci est introduit par la lanterne et fuit, comme le montre le schéma ci-dessous, dans deux directions :

Corps de garniture

Arrosage

Lanterne

Fouloir Arbre Liquide à étancher 1

2

Anneaux intérieurs

Anneaux extérieurs

- la fuite repérée ➀ se dirige vers l’intérieur de la pompe ; elle refroidit et lubrifie les anneaux intérieurs - la fuite ➁ se produit vers l’extérieur en lubrifiant et refroidissant les anneaux situés entre la lanterne et le fouloir  Cette seconde fuite doit être faible (5 à 10 gouttes à la minute par exemple) mais elle ne peut être nulle car cela signifierait un arrosage insuffisant qui conduirait à une destruction rapide des anneaux extérieurs et de l’arbre. Ce besoin est accru par le fait que les anneaux extérieurs sont plus fortement comprimés que les anneaux intérieurs. Les garnitures à tresses présentent l’inconvénient d’une fuite permanente, qui n’est d’ailleurs pas gênante s’il s’agit d’eau, mais elles ont l’avantage de pouvoir fonctionner dans des conditions difficiles et de ne perdre leur efficacité que très progressivement. Les anneaux et à moindre degré l’arbre ou la chemise d’arbre, subissent en effet une usure au cours du temps qui conduit à un accroissement de la fuite. Celle-ci est compensée par une intervention consistant à resserrer les boulons du fouloir   pour  maintenir la fuite à un niveau acceptable. Les resserrages successifs aboutissent toutefois quand l’usure est devenue trop importante, à la nécessité de remplacer les anneaux. La bonne opération de ce type de garniture exige un bon arrosage des tresses et donc une fuite permanente que l’on doit surveiller attentivement.

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   B    4    7    1    1    T    D

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c - Les garnitures mécaniques Dans une garniture mécanique, l’étanchéité est réalisée grâce à la création d’un film liquide entre deux faces, l’une fixe appelée le grain, l’autre en rotation appelée la coupelle . L’interface ainsi réalisé, crée un film liquide de barrage dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. Corps de garniture (F)

Liquide d'arrosage (flushing) Joint de chapeau (F) Chapeau (F) Ergot d'immobilisation du grain (F) Joint de grain (F)

Arbre (T) Coupelle (T)

Grain (F) Film de liquide Joint de coupelle (T)

Ressort (T)

   A    3    2    5    T    D

La pression d’appui des deux faces l’une sur l’autre, est réalisée par l’action de la pression du liquide et par la compression du dispositif ressort. Des étanchéités secondaires sont indispensables à la fiabilité : - étanchéité statique  entre la bague fixe et le chapeau - étanchéité secondaire dynamique   (joint pseudo-statique) entre la bague tournante et l’arbre. Cette étanchéité doit permettre la compensation des défauts géométriques, ainsi que des micro-déplacements L’environnement de la garniture mécanique nécessite un certain nombre de circulations auxiliaires afin de pouvoir garantir principalement des fonctions de refroidissement et de sécurité. Ces principaux circuits sont les suivants. • La circulation ou flushing  Chambre de réfrigération du corps de garniture

REFOULEMENT

Corps de garniture Corps de pompe

Circulation de liquide d'arrosage Corps de paliers

Roue

Chapeau Ergot

Grain Arbre 00861_B_F

Chemise

ASPIRATION

Coupelle Ressort Vis pointeau Bague de montage

   A    4    2    5    T    D

Bague de fond

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Afin de limiter l’échauffement du film d’interface, il est établi une circulation : - soit du refoulement vers la boîte de garniture (disposition la plus courante) - soit de la boîte à garniture vers l’aspiration lorsque les niveaux de pression le permettent - soit au moyen d’un liquide externe propre et froid Sur les machines à deux sorties d’arbre, il est préférable de prévoir deux piquages et deux tubulures, que de “parier” sur un hypothétique partage du débit en deux parts égales. • Réfrigération - Réchauffage

Lorsqu’il y a risque de vaporisation aux faces, il est réalisé une circulation de réfrigérant dans une chambre annulaire autour du corps de garniture. Plus rarement, afin d’éviter le figeage pendant les périodes d’arrêt de la pompe, il faut assurer un réchauffage local à l’aide de vapeur, ou quelquefois d’un chapeau réchauffé électriquement; • Le balayage ou Quench

La fuite résiduelle d’une garniture est de quelques centimètres cubes à l’heure. Cette petite fuite va provoquer, selon la nature du produit et sa température des dépôts de particules, de coke, de polymères, des gommes, des cristaux, ou un givrage causé par l’humidité atmosphérique au contact de l’air.

Entrée Quench Chapeau de la garniture Chambre circulaire Chemise Coupelle

Grain

   B    7    8    1    1    T    D

Sortie égouttures

Le quench isole la garniture de l’atmosphère en apportant un refroidissement et nettoyage de la fuite.

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d - Les garnitures mécaniques doubles Les garnitures mécaniques sont dites “doubles” lorsqu’elles présentent deux interfaces   où se réalisent l’étanchéité. Généralement, elles sont équipées de deux grains et de deux coupelles. On utilise cette disposition pour différentes raisons : - lorsque le produit pompé ne peut être utilisé pour alimenter le film de lubrification (produit léger proche de sa tension de vapeur, produit abrasif cristallisant, produit givrant, chaud, sous-vide, ou même dans le cas de phase gazeuse, …) - pour former un barrage entre le produit et l’atmosphère (produit nocif, trop forte c’est-à-dire pour des raisons de sécurité

∆P,

…)

• Le montage en tandem ou en cascade

Deux ou plusieurs garnitures mécaniques sont montées l’une derrière l’autre, la première étant en contact avec le fluide à étancher, la seconde (ou les suivantes) étant alimentées par un fluide auxiliaire. Ce type de montage est utilisé pour les fortes pressions à étancher, le montage tandem permettant une diminution du taux de pression auquel est soumise la garniture extérieure.

Arrosage de la garniture intérieure

Pression intermédiaire

Fluide auxilliaire d'étanchéité

Pression à étancher

   A    6    8    1    1    T    D

Garniture intérieure

Garniture exterieure

La garniture en contact avec l’atmosphère, travaillant sous pression sur un produit propre, est souvent plus simple que la garniture côté produit à étancher. La garniture secondaire est alimentée par un circuit fluide auxiliaire à partir d’un récipient dans lequel est régulé la pression. Une fuite éventuelle de produit est alors évacuée vers le récipient collecteur.

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• Le montage double dos-à-dos

Deux garnitures sont montées en opposition, ce qui permet de réaliser l’étanchéité par barrage d’un liquide auxiliaire injecté à une pression légèrement supérieure de 1,5 à 2 bar, par rapport à la pression du liquide à étancher. Ce système est utilisé chaque fois que le produit à étancher est inapte à former un film entre les faces de friction : - produit chargé de particules abrasives - produit très visqueux, polymérisant facilement avec grand risque de vaporisation - produit très dangereux ou corrosif interdisant toute fuite vers l’extérieur 

Quench Circulation du liquide auxillaire Ressorts Chapeau P1 Liquide à étancher

   A    7    8    1    1    T    D

Grain

Coupelle

Garniture intérieure

Bague d'appui P2 > P1 Vis de fixation de la bague d'appui

Coupelle

Grain

Garniture extérieure

Dans le cas de fuite,  la seule possibilité est une fuite du liquide auxiliaire  soit vers l’atmosphère ou vers le liquide véhiculé à l’intérieur de la pompe. Il est à remarquer que face aux nouvelles directives de lutte antipollution et afin de ne pas contaminer  le fluide véhiculé par le fluide auxiliaire au droit de la garniture intérieure, le choix se porte aujourd’hui pour les mêmes cas d’utilisation vers les garnitures doubles en tandem. La fuite résiduelle étant dans ce cas collectée vers le pot tampon.

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4-

NORMALISATION DES POMPES CENTRIFUGES L’ensemble des pompes centrifuges, utilisées dans les industries pétrochimiques, est gérée à l’aide d’une série de documents normatifs édités par l’AFNOR, correspondant très souvent aux spécifications de l’ISO et aux USA par l’API, plus spécifiquement pour les pompes centrifuges l’API 610. Ces pompes, selon l’ISO, sont sériées en trois catégories à savoir les classes I, II, III. La classe I étant la plus sévère et la classe III la moins sévère. Le choix d’une classe s’effectue en fonction des prescriptions techniques applicables à l’utilisation de la pompe. L’objet de ces normes est, principalement, de fixer des spécifications minimales de la machine liées à des considérations mécaniques et non économiques. Les pompes de la classe I (la plus sévère) sont spécifiées aujourd’hui dans une norme référencée NF EN ISO 9905 (E 44-152). L’architecture de ce document est la suivante : - présentation d’une série de définitions afférentes aux pompes centrifuges - des prescriptions de construction liées à des objectifs technologiques portant sur la constitution des différents éléments mécaniques (dispositifs d’étanchéité, niveau vibratoire et équilibrage du rotor, accessoires tel que moteur ou accouplement, lignes auxiliaires) - des informations portant sur le niveau des efforts acceptables sur les tubulures d’aspiration et de refoulement - déroulement des procédures d’inspection et des essais lors des épreuves - les conditions d’expédition et de garantie Un document similaire, plus simplifié, existe également sur les pompes de la classe II et est référencé NFE 44151 - ISO 5199. Associé à ces documents de base, quelques normes AFNOR peuvent être utilisées : NFE 44111

:

Pompes monocellulaires à aspiration axiale, à support sous corps de pompe, pour eau (désignation, point de fonctionnement et dimensions)

NF EN 22858 (E 44-121)

:

Pompes centrifuges à aspiration axiale (pression nominale 16 bar) à support sous corps de pompe identique à ISO 2858

NF EN 23-661

:

Dimensio ns rela tives aux socles et à l’i nstallation

NFE 44190

:

Notice de montage et d’installation

NFE 44202

:

Prescriptions relatives à la conception des tuyauteries d’a spiration et de refoulement

NFE 44221

:

Distance entre bout d’arbre pour montage de l’accouplement

NFE 44290

:

Accouplement avec ou sans pièce d’espacement

NF EN 12756 (EN 44170)

:

Garnitures mécaniques : dimensions principales désignation et codes matériaux

NF EN ISO 5198 (E44-402)

:

Classe de précision - Code de fonctionnement hydraulique - Classe de précision

Il est à remarquer qu’historiquement l’API 610 a fortement influencé la rédaction du projet de l’ISO 9905 qui est un document très proche de celui-ci. 00861_B_F

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III - PRINCIPAUX TYPES DE POMPES CENTRIFUGES 1-

POMPES PROCESS À ASPIRATION AXIALE — Élévation —

— Vue de gauche —

Refoulement

Tubulure de refoulement Corps de palier

Niveau de la fixation sur le socle

Aspiration Volute

— Élévation —

socle

— Vue de gauche —

Refoulement

Tubulure de refoulement Axe de rotation

Aspiration Chassis

Patte d'appui

   A    3    1    4    T    D

2 - POMPES PROCESS À TUBULURES VERTICALES ET PARALLÈLES DITES "TOP TOP" — Élévation — Joint radial

— Vue de gauche — Tubulure Tubulure de refoulement d'aspiration

Socle

Corps de palier

Refoulement

Risque de vaporisation au point haut

Refoulement

Aspiration Ligne d'aspiration Aspiration

Aspiration par une ligne au sol

— a • Disposition normale — 00861_B_F

— b • Variante —

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   A    4    1    4    T    D

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3-

POMPES “IN-LINE”

Moteur électrique

Joint radial

Aspiration

Aspiration

Refoulement

Filtre à huile

Démultiplicateur

   A    5    2    4    T    D

Pompes

Différents types de pompes "in line"

Supports    A    6    2    4    T    D

Possibilité d'installation d'une pompe "in line" à joint radial

4-

POMPES MULTICELLULAIRES HORIZONTALES Refoulement

Palier

Aspiration

Palier Plan de supportage

Pompe multicellullaire à joint radial

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   A    7    2    4    T    D

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Canal de liaison

Joint axial horizontal Aspiration Aspiration

Refoulement

   A    5    1    4    T    D

Refoulement Pompe multicellulaire à joint axial

5-

POMPES VERTICALES

Tubulure de refoulement

Moteur électrique

Refoulement

Arbre de la pompe H

Aspiration

Barrel extérieur ou Cuve de charge Niveau réel d'aspiration 1ére roue

Corps de pompe

Ouïe d'aspiration

Pompe verticale "de pied"

6-

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Pompe verticale à barrel extérieur (ou à cuvelage)

PLANCHES DE DIVERSES POMPES (voir planches)

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   A    6    1    4    T    D