Pompes de puisard verticales : conception, matériaux et sélection pour le service industriel

Le puisard de traitement d'une usine chimique recueille les eaux de lavage des sols, les fuites d'eau d'étanchéité et un goutte-à-goutte constant d'acide sulfurique dilué provenant d'une station de vannes à proximité. Le niveau du liquide oscille entre un demi-mètre et trois mètres, la composition change à chaque lot et le fond de la pompe se trouve à quatre mètres au-dessus de la surface du liquide. La pompe affectée à cette fosse doit se réamorcer sans opérateur, survivre aux changements de pH et continuer à fonctionner lorsque personne ne la surveille. Une pompe de puisard verticale est construite exactement pour cette tâche : l'extrémité hydraulique reste immergée au fond du puisard, tandis que le moteur reste au-dessus de la fosse, dégagé du liquide et de ses vapeurs.

Cet article explique comment les pompes de puisard verticales sont conçues, quels matériaux les protègent en cas de service corrosif et abrasif et ce qu'il faut vérifier avant l'achat.

Comment fonctionne une pompe de puisard verticale

Une pompe de puisard verticale est une machine à arbre vertical composée d'un moteur, d'une plaque de montage, d'une colonne de refoulement, d'un arbre intermédiaire et d'un boîtier suspendu sous le niveau du sol. Le moteur fait tourner l'arbre, l'arbre entraîne une roue à l'extrémité inférieure et le liquide entre par une crépine avant que la roue ne l'envoie dans la colonne jusqu'à une buse de décharge près du sommet.

Étant donné que la turbine reste immergée, la pompe fonctionne avec une aspiration noyée. Il n'y a pas de hauteur d'aspiration à surmonter, pas de clapet de pied à maintenir amorcé et pas de problème de réamorçage une fois que le niveau de liquide baisse et se rétablit. Le NPSH disponible est réglé en grande partie par la tête de liquide statique au-dessus de l'œil de la turbine, ce qui rend la disposition verticale utile pour les liquides chauds et pour les fosses situées bien en dessous du niveau du sol.

L'arbre est soutenu à intervalles réguliers par des paliers lisses. Les conceptions standard utilisent des roulements en carbone ou en carbure de silicium lubrifiés par le produit et fonctionnant dans le liquide pompé. Lorsque le liquide contient des graviers ou des débris, des roulements intermédiaires rincés à l'eau ou un arbre en porte-à-faux sans roulements immergés, laissez la pompe fonctionner sans lavage des roulements.

Construction et matériaux pour services corrosifs et abrasifs

Les pièces en contact avec le fluide passent toute leur durée de vie soit immergées, soit dans la zone de vapeur au-dessus du puisard, et les deux environnements peuvent se corroder. Spécifiez le boîtier, la turbine, l'arbre, la crépine et la colonne en fonction du profil complet du fluide : plage de pH, teneur en chlorure, température, pression de vapeur et charge en solides.

Boîtier, turbine et colonne

La fonte et la fonte ductile manipulent de l’eau propre à pH neutre. Les qualités inoxydables 304 et 316 constituent la référence commune pour les effluents chimiques contenant des chlorures modérés. Les acides forts, les niveaux élevés de chlorure et les alcalis agressifs nécessitent une construction doublée de CD4MCu, d'alliage 20 ou de fluoroplastique. Lorsque l’abrasion domine, les turbines et les boîtiers en métal dur à haute teneur en chrome durent largement plus longtemps que l’acier inoxydable.

Pour les produits chimiques corrosifs, des configurations telles que le Pompes immergées verticales série FY/HY proposer des options matérielles et hydrauliques adaptées aux acides usés, aux solutions caustiques et aux effluents chimiques mélangés.

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Arbre et roulements intermédiaires

L'arbre supporte des charges de flexion, de torsion et de vibration. L'acier inoxydable martensitique tel que le 2Cr13, ou le 17-4PH à durcissement par précipitation, couvre la plupart des services corrosifs ; les médias sévères nécessitent des alliages à teneur plus élevée en nickel. Les roulements lubrifiés par un produit dans un fluide sale doivent utiliser des faces en carbure de silicium, et lorsque des solides sont présents, un rinçage à l'eau propre ou une conception en porte-à-faux constituent l'option la plus fiable.

Applications courantes des pompes de puisard verticales

Le même problème de pompage en sous-sol apparaît dans toutes les industries de transformation, et une pompe verticale le gère avec le moins de systèmes de support. Les installations typiques comprennent :

• Puisards de traitement chimique, digues de confinement et fosses de neutralisation avec variations de pH d'un lot à l'autre ;
• Réservoirs de désulfuration des gaz de combustion qui déplacent la boue calcaire et les produits de réaction ;
• Fosses à lisier minier, eau de retour du broyeur et transfert sous-verse de l'épaississeur ;
• Stations de relevage des eaux usées municipales et industrielles ;
• Fosses à soufre liquide, où le produit doit être maintenu au-dessus de son point de fusion ;
• Bassins d'effluents de pâtes, papiers et textiles transportant des fibres et des résidus chimiques.

Lorsque la corrosion et une pression de vapeur élevée apparaissent ensemble (acides chauds, matières organiques chlorées ou déchets chargés de solvants), un pompes chimiques submersibles verticales en porte-à-faux la conception maintient chaque roulement au-dessus du liquide tandis que le boîtier et la turbine sont suspendus dans la fosse.

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Les puisards miniers qui collectent des solides durs qui se déposent nécessitent des machines à lisier telles que le Pompes à lisier immergées verticales en porte-à-faux LJYA , avec des roues à section épaisse à haute teneur en chrome et de larges jeux internes. Pour une gamme plus large d'équipements de traitement du lisier pour usage intensif, voir pompes industrielles pour l'exploitation minière et le traitement des minéraux .

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Considérations clés en matière de sélection

Profondeur d'immersion et longueur de colonne

La longueur de la colonne est fixée par le niveau de liquide le plus profond que la pompe doit atteindre. Les machines standards couvrent environ 1,5 à 6 mètres d'immersion ; les fosses plus profondes nécessitent un arbre plus lourd, des roulements intermédiaires supplémentaires ou un arbre en porte-à-faux de plus grand diamètre pour contrôler la déflexion. Spécifiez la profondeur réelle de la fosse et la plage de niveaux de liquide, pas seulement « une longue pompe ».

NPSH et submersion minimale

Même avec une aspiration inondée, un vortex peut aspirer de l'air dans la turbine si l'immersion est trop peu profonde. Prévoyez environ 0,3 à 0,5 mètre de liquide au-dessus du filtre comme point de départ pratique à débit normal, et ajoutez un déflecteur antivortex dans les puisards étroits ou profonds. Lorsque la fosse est peu profonde par rapport au débit requis, une turbine à faible NPSH avec un oeil d'aspiration plus grand vaut la peine d'envisager.

Manipulation des solides et dégagements internes

La taille, la concentration et la forme des particules déterminent l'ouverture du filtre, le type de turbine et l'épaisseur de coulée. Les roues fermées offrent la meilleure efficacité sur les fluides propres ; les conceptions ouvertes ou semi-ouvertes laissent passer plus de débris ; les boîtiers en métal dur sont spécifiés lorsque les solides sont abrasifs. La crépine doit arrêter les matériaux surdimensionnés sans créer une chute de pression excessive.

Fonctionnement à sec et à faible débit

Les pompes de puisard fonctionnent par intermittence, il est donc difficile d’éviter un fonctionnement à sec de courte durée. Les conceptions en porte-à-faux tolèrent de brèves périodes de fonctionnement à sec car aucun roulement immergé ne peut tomber en panne. Lorsque la pompe est étranglée pendant de longues périodes, un by-pass à débit minimum protège le corps de la surchauffe et maintient les roulements lubrifiés par le produit mouillés.

Pompe de puisard verticale, submersible ou horizontale

L'architecture d'une pompe de puisard verticale diffère des alternatives en termes d'accès pour la maintenance, de protection du conducteur et de capacité en profondeur.

Fonctionnement et entretien

La fiabilité vient du contrôle des modes de défaillance spécifiques aux machines à arbre vertical. L'attention de la maintenance doit se concentrer sur :

• Encrassement des crépines, cause la plus fréquente de perte soudaine de capacité ;
• Vibration sur la colonne et la plaque de montage, qui révèle des roulements usés ou un arbre plié ;
• Continuité de l'eau de rinçage là où les roulements rincés sont installés ;
• Alignement de l'accouplement après toute dépose du moteur ;
• Contrôle du niveau de liquide, de sorte que le moteur et l'accouplement restent à l'écart de l'ouverture du carter.

La plupart des arrêts imprévus sont dus à un fonctionnement à sec qui surchauffe des pièces moulées minces, à un vortex qui aère le flux ou à des particules qui érodent le boîtier. Un verrouillage de niveau, un brise-vortex et une crépine correctement dimensionnée éliminent la plupart des risques. Pour en savoir plus sur la fiabilité en service continu, voir comment les pompes immergées industrielles améliorent l'efficacité opérationnelle .

Choisir une pompe de puisard verticale

Commencez par la fosse, pas par la pompe. Mesurez le niveau de liquide le plus profond, la plage de fonctionnement, la chimie et la charge de solides, puis choisissez la longueur de la colonne, la stratégie de roulement et la classe de matériau à partir de ces chiffres. Une pompe de puisard verticale est le bon choix lorsque le liquide se trouve sous le fond de la pompe, lorsque la hauteur d'aspiration n'est pas pratique ou lorsque le conducteur doit rester en dehors de la zone de vapeur. Son avantage d'aspiration inondée en fait également la première option pour les fluides à faible NPSH et chauds.

Une machine dont la turbine est adaptée au fluide et les roulements adaptés à sa propreté fonctionnera pendant des années entre les révisions. La même logique de sélection s'applique à pompes centrifuges industrielles à service continu — l'hydraulique en premier, les matériaux en second, et la fiabilité mécanique en troisième — détermine quelle configuration verticale offre le coût de vie le plus bas.