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Royaume du Maroc
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ORMVA de Tafilalet
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 Subdivision SER
     Erfoud




                            Réalisé par : Mohamed OURAHOU




                     Janvier 2003
2

                                    CARACTERISTIQUES DES POMPES


       Dans le domaine hydro-agricole, les stations de pompage sont actuellement les plus
    adoptées.

          Ces pompes sont utilisées en :

               -    irrigation traditionnelle, pour prélever de l’eau dans une rivière, ou pour
                    alimenter une zone de colline ;
               -    irrigation par aspersion ou en goutte à goutte ;
               -    assainissement superficiel, pour évacuer les eaux des sones basses ;
               -    drainage profond pour permettre l’assèchement.

Dans ces deux derniers cas , on parle de « station d’exhaure ».

    I-         Différents types de pompe

          On rencontre deux types de pompes :

                    -         Turbopompes ;
                    -         Pompes volumétriques.

  pompe                 Principe de fonctionnement                     Avantages                          Types
                                                           Les plus employées :
                                                           -    Appareils      rotatifs  ne
                                                                                              Selon le type de rotor et son
                                                           comportant aucune liaison
                   Une roue munie d’aube ou d’ailette,                                        mode d’action :
                                                           articulée ;
                   animée d’un mouvement de rotation                                          - Pompes centrifuges utilisées
                                                           - Entraînement par un moteur
Turbo-             fournit au fluide l’énergie cinétique                                      pour les hauteurs élevées ;
                                                           électrique ou thermique ;
pompes             dont une partie est transformée en                                         - Pompe hélices utilisées pour
                                                           - Encombrement moindre ;
                   pression par réduction de vitesse                                          élever des débits importants à
                                                           Economie sur les bâtiments
                   dans le récupérateur.                                                      de faibles hauteurs ;
                                                           d’abris ;
                                                                                              - Pompes hélico-centrifuges
                                                           - Frais d’entretien peu élevés.

                   L’énergie et fournie par les                                               - Pompes rotatives ;
                                                           - Limitées au pompage des
                   variations successives d’un volume                                         - Pompes à piston ;
                                                           fluides visqueux
Volumétrique       raccordé alternativement à l’orifice                                       - Pompes à rotor excentré
                                                           - Elever des faibles débits à
                   d’aspiration et à l’orifice de                                             - Pompes à rotor oscillant
                                                           des pressions élevées
                   refoulement                                                                - …etc.

    II-        Eléments de base pour le calcul et le choix de la pompe

          II.1- Hauteur Manométrique Totale d’élévation (HMT)

        La HMT est la différence de pression en mCE entre les orifices d’aspiration et de
    refoulement (figure n° 1)

          Généralement :                       HMT = Hgéom + Jasp + Jref

          II.2- Hauteur maximale d’aspiration (pompes centrifuges)

        Pour un bon fonctionnement de la pompe, il faut que la pression absorbée à l’ouïe
    d’aspiration se maintienne à une valeur supérieure à la tension de vapeur du liquide.

       Pour les eaux à température inférieure à 20 °C ; la tension de vapeur est d’environ
    0.20 m
3
      Pratiquement, les possibilités d’aspiration d’une pompe seront déterminées grâce au
    NPSH (Net Pression Section Head).
.
                  a- NPSH disponible

        C’est la valeur de pression absolue sur l’axe de la bride d’aspiration de la pompe
    compte tenu des dispositions prises à l’aspiration (diamètre des conduites, présence du
    clapet, …).

        D’après le théorème de Bernoulli :

                                          Zo + Po/℮g = Z1 + P1/ ℮g + Ja
        Ainsi :
                                            NPSHdisp = 10 – (Ha + Ja)

        Avec : Ha : hauteur géométrique d’aspiration ;
               Ja : pertes de charges en aspiration.

                  b- NPSH requis

       Le NPSH requis est déterminé par le constructeur par essai de la pompe et illustré
    sous forme d’une courbe (figure n° 2).

       Le NPSH requis doit être inférieur de quelques décimètres à NPSH disponible. Ainsi,
    pour les pompes centrifuges la hauteur géométrique d’aspiration devra être inférieur à
    7,00 m.

        II.3- Vitesse de rotation

        Si la vitesse de rotation d’une pompe centrifuge passe n1 à n2 tours on a :

                                              Q2 = (n2 / n1) Q1

                                              H2 = (n2 / n1)² H1

                                              P2 = (n2 / n1)3 P1

        Q         : Débit véhiculé ;
        H         : Hauteur géométrique totale ;
        P         : Puissance absorbée.

        II.4- Vitesse spécifique

                                           Ns = Q1/2 x C x N / H3/4

        C         : coefficient = 52 ;
        N         : vitesse de rotation en t/mn ;
        Q         : débit en m3/s ;
        H         : Hauteur Manométrique Totale en m.



         Cavitation : lorsque la pression absolue à l’entrée de la pompe atteint une valeur proche de la tension de
    vapeur correspondant à la température du liquide, elle se transforme des bulles de vapeur créant localement
    de très hautes pressions spécifiques pouvant causer des destructions (désamorçage de la pompe)
4


       II.5- Courbes caractéristiques d’une pompe

              a- Courbe NPSH (figure n° 3)

              b- Courbe débit-Hauteur (figures n° 3 et 4)

              c- Courbe de rendement (rendement optimum) (figures n° 3 et 4)

       Pour les pompes centrifuges on a :

                         Basse pression          Haute pression
      Caractéristiques                                                     Grands débits
                            (H < 5 m)              (H > 20 m)
      Q (l/s)              3         25        2        25      100     150      1000     2500
      rendement           0.56      0.78      0.53     0.81    0.84     0.86     0.90     0.91

       Pour les pompes hélices, il varie de 85 % à 90 %.


              d- Courbe de puissance (figures n° 3 et 4)

                                     P(cv) = ℮ g Q H / ( 75 µ )

                                    P(Kw) = ℮ g Q H / ( 102 µ )


       P      : puissance absorbée par la pompe en CV ;
       Q      : débit en l/s ;
       H      : hauteur manométrique totale en m ;
       µ      : Rendement de la pompe.

       II.6- Point de fonctionnement d’une pompe (figure n° 5)

       Pour que le point de fonctionnement soit rationnellement déterminé, il doit se situer
au droit du rendement maximum de la pompe. A ce point, la HMT de la pompe est prise
égale à la somme de la hauteur géométrique et des pertes de charge totales au niveau des
conduites.

       II.7- Couplage des pompes

                a- Couplage en série (figure n° 6)

       Il est mis en application sur les pompes multicellulaires. Pour un débit donné :

                                           H(p1+p2) = Hp1 + Hp2

                b- Couplage en parallèle (figure n° 6)

       Il est recommande de ne coupler en parallèle que les pompes identiques pour que la
charge se répartissent uniformément entre les différentes pompes :

                                           Q(p1+p2) = Qp1 + Qp2
5

    II.8- Pertes de charges

    Elles sont dues aux :

               -   frottement du fluide sur les parois des conduites ;
               -   changement de la section ;
               -   changement de direction.

    Pour déterminer les pertes de charges, on utilise la formule de Coolebrock (fig n°7) :

                                         J = ‫ ג‬v² / (2 g D)

    Avec :         1 / √ 2 - = ‫ ג‬log [ k / (3,7 D) + 2,51 / (Re √ ‫]) ג‬

•          Vitesses admissibles dans les conduites, (P. centrifuges).

    1- Conduite d’aspiration

                   Ø ≤ 250 mm                      V = 1 à 1,2 m / s.

                   Ø > 250 mm                      V = 1,2 à 1,6 m / s.

    2- Conduite de refoulement

                   Ø ≤ 250 mm                      V = 1,5 à 2 m / s.

                   Ø > 250 mm                      V = 2 à 2,5 m / s.
6


                                            CHOIX DES POMPES

        I-            En fonction des caractéristiques hydrauliques

              •       D’une façon générale :

           Type                                     HMT                               Débit (l/s)
           Hélices                                 < 15 m                              > 100 l/s
           Centrifuges                             > 15 m                            Quelque soit

              Chaque type de pompe est représenté par son constructeur en plage de
           fonctionnement permettant ainsi le bon choix de la pompe en fonction de HMT et du
           débit à pomper (figure n° 8).

              •       En fonction de la vitesse spécifique (figures n° 9)

                   Vitesse spécifique ns                                  Type de pompe
           Ns < 4200                                       Pompes centrifuges à simple aspiration
           4200 < ns < 6000                                Pompes centrifuges à double aspiration
           6000 < ns < 9000                                Pompes à écoulement mixte
           Ns > 9000                                       Pompes à hélice

        II-           En fonction des conditions particulières d’utilisation

              II.1- Pompes à piston et hydrofuges avec hydro éjecteur (figure n° 10)

   Type                  Domaine d’utilisation                  Avantages               Inconvénients
                                                                                   - Coût élevé
                  - Pomper l’eau dans des puits
                                                                                   -       Montage     et
                  profonds
A piston                                                   Rendement élevé         manutention soignée
                  - Se prêtent à l’élévation de
                                                                                   - Non convenues pour
                  modestes quantités d’eau
                                                                                   les eaux chargées
                                                           - Coût plus faible
A    hydro        -   pomper    l’eau  dans    des         - Manutention faible    Rendement faible
éjecteur          profondeurs moyennes et grandes          - Fonctionnement en
                                                           eaux chargées

              II.2- Pompes à ligne d’axe et groupe immergé (figure n° 11)

   Type                Domaine d’utilisation                  Avantages                 Inconvénients
A     ligne       -                                 Moteur installé au niveau      - Prix élevé
d’axe                                               du sol
                  -                                 - Prix faible                  -Problème
                                                    - Ont des diamètres            d’étanchéité.
Immergée                                            radiaux qui permettent de
                                                    les introduire dans des
                                                    forages de 3’’ et 12’’.

              II.3- Pompes centrifuges monocellulaires et multicellulaires (figure n° 12)

     Type                    Domaine d’utilisation                Avantages              Inconvénients
                      Utilisé    pour    des    hauteurs     - Coût faible
Monocellulaire
                      inférieures à 60 m                     -
                      Utilisé    pour    des    hauteurs                             Problème d’entretien
Multicellulaire       supérieures à 90 m (dans les pays                              Coût élevé
                      chauds
7

                  II.4- Pompes centrifuges à axe horizontal et à axe vertical (figure n° 13)

                                  Type                     Domaine d’utilisation
                                                 Au cas de l’alimentation de la pompe en
                            Axe horizontal       charge
                                                 Hauteur d’aspiration < 7 m
                                                 Retenues à fort marnage
                                                 Conviennent       pour    des    vitesses
                            Axe vertical
                                                 spécifiques faibles


           En outre le choix de la pompe doit tenir compte aussi de l’étude économique du
projet :

           -      Montant des investissements ;
           -      Frais des entretiens ;
           -      Génie civil de la station.

           III-       Autres types de pompes

                      III.1- Elévateurs à hélice ou vis d’Archimède (figure n° 14)

        Utilisés pour refouler de très forts débits à une faible hauteur géométrique en
assainissement agricole et urbain ; les eaux peuvent être très chargées de pierres,
bouteilles, …etc.

           Pour déterminer le rendement global de ces stations de relevage on utilise :

                      o   en auge ouverte :

                                             P1 = Q Hgéom / ( 75 μg)

                      o   en conduite fermée

                                             P2= Q Hmano / (75 μm)

           IV.2- Pompage par émulsion ou Air-lift (figure n° 15)

       Utilisé pour des forages en particulier quand l’eau transporte des particules solides
abrasives.

                  •   Position de la tête d’émulseur

                                  0,3 < (submersion / hauteur d’élévation) < 0,7
8

                     FONCTIONNEMENT DES STATIONS DE POMPAGE


   I-        Protection contre les variations de la pression

        I.1- Procédés utilisés pour limiter le coup de bélier

        Dans un réseau d’irrigation, plusieurs causes peuvent entraîner des coups de bélier :

                o   démarrage et arrêt des pompes ;
                o   fermeture d’une vanne de sectionnement ;
                o   fermeture des bornes ;
                o   évacuation de l’air ;
                o   remplissage d’une rampe d’irrigation ;
                o   déboîtage latéral.

       Qui donne naissance à une onde de dépression. Cette onde se réfléchit et se
transforme en une onde de surpression (Coup de bélier). Pour y remédier, il faut :

        -    adopter les robinets à fermeture lente ;
        -    connaître le temps mis par un groupe pour s’arrêter ;
        -    utiliser les artifices pour prolonger le temps d’arrêt (volants, …etc).

        I.2- Procédés utilisés pour limiter les dépressions

                a- volant d’inertie

     Son intérêt réside dans l’augmentation de l’inertie du groupe par un volant, mais reste
néanmoins très prohibitif et à poids énorme.

                b- Réservoir à air

        Le volume du réservoir est déterminé par :
                                    ω             L Qo Vo
                       V=         ------- x -----------------------------------
                                    2g       Po [1- P/Po (1 + log P/Po)]

        V       : volume maximum occupé par l’air à la fin de la détente ;
        L       : longueur de la conduite de refoulement ;
        Qo      : débit initial ;
        Vo      : vitesse initiale dans la conduite ;
        Po      : pression absolue initiale de l’air du réservoir ;
        P       : pression absolue de l’air à la fin de la détente.

       Cette formule n’est valable que pour des débits inférieurs à 30 l/s et une longueur de
la conduite de refoulement inférieur à 1.200 ml.

                c- Cheminée d’équilibre et réservoir surélevé

        Ils sont conçus au départ de la station de pompage, lorsque la hauteur géométrique
est faible.
9

              -   Détermination des caractéristiques du réservoir

       Il doit être calé à la cote qui correspond à la hauteur manométrique totale pour le
débit maximum de la station.

        Le volume servant de régulation est calculé de telle manière que les démarrages et
arrêts des groupes de pompes ne dépassent pas une périodicité déterminée :

                                        V1 = Q t / 4

       t      : durée d’un cycle (durée d’une vidange et d’un remplissage du réservoir).
                En général, t = 40 mn = 2.400 s.

       Q      : débit de la pompe en l/s.



       En outre, on prévoit une tranche d’eau supplémentaire pour chaque pompe pour
vaincre l’inertie de la pompe :

                                              V2 = Q t’

       t’     : temps de démarrage d’une pompe (# 10 s).

       Le volume total de régulation est :

                                        V = Q t / 4 + Q t’

              d- Alimentation de la tuyauterie de refoulement par l’aspiration

       Cette solution s’avère intéressante lorsque :

              -   on dispose de groupes placés de sur-presseurs le long de la conduite
                  principale ;
              -   la conduite de refoulement est horizontale au niveau du réservoir.

              e- clapets d’entrée d’air

      Ces clapets placés aux différents points hauts fonctionnant à la dépression et
permettent d’éviter la cavitation par introduction d’air.

       I.3- Procédés utilisés pour limiter les surpressions

       Généralement, on utilise :

              -   réservoirs à air ;
              -   cheminées d’équilibre ;
              -   réservoirs surélevés ;
              -   soupape de sûreté.
10
 II- Dépannage de pompage

                        II.1- La pompe ne débite pas

    Avant tout, s’assurer que l’extrémité de la tuyauterie d’aspiration est suffisamment
immergée, Si cette condition est réalisée :
              Diagnostic                                     Remède
                              Vérifier l’étanchéité de la conduite, des joins de l’aspiration, des
 Amorçage incomplet : la pompe
                              presses étoupes (leur bonne alimentation par la tubulure d’amenée
 n’est pas complètement remplie
                              d’eau), du joint de la vanne de refoulement
 d’eau   après  durée   normale
                              Vérifier le bon fonctionnement de la pompe à vide.
 d’amorçage
                                       Vérifier : vitesse du moteur d’entraînement (tension du courant pour
                                       moteur électrique), tension des courroies, clavetage des poulies,
 Vitesse de rotation insuffisante
                                       clavetage de la roue sur l’arbre de la pompe

                               Vérifier : ouverture et bon fonctionnement de la vanne ou du clapet
 Hauteur manométrique trop forte le refoulement.
                               sur
 (indication du manomètre sur le
                               Obstruction accidentelle dans les conduites ou dans la pompe
 refoulement)                  provoquant des pertes de charge excessives.

                               Cette hauteur qui, théoriquement, pourrait atteindre 10.33 m, ne doit
                               pas dépasser 6 m.
                               Vérifier qu’il n’y ait pas de corps étrangers dans l’aspiration.
 Hauteur d’aspiration trop forte
                               Améliorer l’alimentation (réduire pertes de charges aux crépines) ou
 (indication du manomètre sur
                               l’installation (augmenter diamètre des conduites, la raccourcir si
 l’aspiration)
                               possible)
                               Supprimer clapet de pied et remplacer par amorçage par le vide.

 Poche d’air dans la conduite
 d’aspiration (sifflement d’air à       Rectifier le profil de la conduite d’aspiration qui ne doit pas présenter
 l’ouverture de tout orifice sur le point contrepente.
                                        de
 haut de la conduite)
                                        Vérifier transmission par courroies croisées.
                                        Accident très rare avec les moteurs thermiques (excès d’avance à
 Sens de rotation inversé
                                        l’allumage ou à l’injection) fréquent avec des moteurs électriques
                                        (inversion de phases)

                        II.2- Le débit est insuffisant ou intermittent
        Diagnostic                                                  Remède
 Prises d’air                Vérifier qu’il n’y ait pas formation de vortex
                             Vérifier : vitesse du moteur d’entraînement (tension du courant pour moteur
                             électrique), tension des courroies, clavetage des poulies, clavetage de la roue
 Vitesse insuffisante
                             sur l’arbre de la pompe

                             Vérifier : ouverture et bon fonctionnement de la vanne ou du clapet sur le
                             refoulement.
 HMT exagérée                Obstruction accidentelle dans les conduites ou dans la pompe provoquant des
                             pertes de charge excessives.

                             Cette hauteur qui, théoriquement, pourrait atteindre 10.33 m, ne doit pas
                             dépasser 6 m.
                             Vérifier qu’il n’y ait pas de corps étrangers dans l’aspiration.
 Hauteur    aspiration    trop
                             Améliorer l’alimentation (réduire pertes de charges              aux crépines) ou
 forte
                             l’installation (augmenter diamètre des conduites, la raccourcir si possible)
                             Supprimer clapet de pied et remplacer par amorçage par le vide.

                             Vérifier : paliers, roulements, garnitures, état mécanique de la roue (usure ou
 Incidents mécaniques        bris des aubages)
11

                       II.3- La pression est insuffisante (la pompe tend à barboter)


                Diagnostic                                                Remède
Prises d’air                               Vérifier qu’il n’y ait pas formation de vortex
                                           S’assurer que la manomètre sur le refoulement est bien placé
                                           il ne doit pas être au sommet du corps de la pompe, mais à la
                                           sortie de la pompe.

                                           Vérifier la vitesse, ne pas oublier que la pression varie comme
Vitesse insuffisante                       le carré de la vitesse.

                                      Vérifier immersion de la tuyauterie d’aspiration. Vortes. Prsise
Introduction d’air dans l’eau (la pompe
                                      d’air.
donne une émulsion d’air et d’eau)
                                           Vérifier : paliers, roulements, garnitures, état mécanique de la
Incidents mécaniques                       roue (usure ou bris des aubages)


                       II.4- Excédent de puissance absorbée (le moteur tend à caler ou
                              à chauffer, les consommations d’énergie sont excessives)


                Diagnostic                                              Remède
                                          Ne pas oublier que la puissance absorbée croit comme le cube
                                          de la vitesse, et les pertes de charge comme le carré du débit
Vitesse de rotation en charge trop forte
                                          qui augment lui-même proportionnellement à la vitesse.
                                          Réduire la vitesse d’entraînement ou modifier les polies.
                                          Si cet incident est fortuit : vanner sur le refoulement pour
                                          augmenter la HMT et la ramener à sa valeur nominale.
                                          S’il est constant : réduire la vitesse ou modifier l’installation.
Hauteur d’élévation plus faible que prévue
                                          Toujours situer les conditions réelles d’emploi sur la courbe
                                          caractéristique, ce qui permettra, par exemple, de constater
                                          dans quelle zone de rendement la pompe travaille.
Pour les pompes hélices seules : hauteur  Fermeture accidentelle d’une vanne ou d’un clapet sur le
d’élévation trop exagérée                 refoulement
                                          Vérifier si l’arbre n’est faussé, le blocage des éléments en
                                          rotation, le serrage des presses étoupes, l’alignement de
Incidents mécaniques                      l’arbre du moteur et de la pompe dans l’accouplement direct, la
                                          tension des courroies.


                       II.5- Pertes d’eau excessives aux presses étoupes

                Diagnostic                                       Remède
                                  Vérifier l’état, la qualité, le bourrage et l’alimentation en eau
Pertes d’eau excessives aux presses
                                  des presses étoupes.
étoupes
                                  Vérifier l’état de l’arbre (usure, corrosion)

                       II.6- Pompe bruyante

                Diagnostic                                          Remède
                                          Vérifier la correcte immersion du tuyau d’aspiration ou du
Cavitation : bruits sourds ; la pompe     corps de pompe (plan d’eau, grilles, …)
donne l’impression de travailler à coups. Empêcher la formation du vortex.

                                           Vérifier l’état de l’arbre, des paliers, de la roue, de la
Incidents mécaniques
                                           transmission.
12


II-   Différents positions des pompes centrifuges et des pompes hélices
                                 (Figures n° 16 et 17)
13
                                     MOTEURS ET ALIMENTATION
                                        EN ENERGIE



     Le choix des moteurs est fonction de :

-               La puissance absorbée par les pompes.
-               La nature des sources d’énergie disponibles (thermique ou électrique).
-               Le type de pompe.

I-   Puissance des moteurs

     Elle doit tenir compte de :

            -   Pertes diverses de transmission.
            -   Erreurs éventuelles dans la détermination des pertes de charge.
            -   Couple de démarrage.

     Ainsi, les majorations suivantes sont à prévoir :

            -   De 30 % pour une puissance de 5 CV ;
            -   De 20 % pour une puissance de 5 < P < 25 CV.
            -   De 10 % pour une puissance de P > 25 CV.

         Le rendement d’un moteur est comme suit :

                 - Thermique        : 75 %.
                 - Electrique       : 90 %.

II- Source d’énergie et moteurs

         II.1- Moteur électriques

a-       Choix de type de courant en fonction de la puissance des moteurs.

                                                      Puissance minimum en Puissance maximum en
     Nature du courant         Tension en Volt
                                                               Cv                    Cv
                                                              Néant
                                      110                                            30
                                                              Néant
Continu                               220                                           500
                                                                1
                                      440                                   pratiquement illimitée
                                      110
                                                              Néant                    1
                                      220
                                                                ,,                     15
Alternatif monophasé                  115
                                                                ,,                     15
                                      200
                                                                ,,                    200
                                                                                     1000
Alternatif triphasé                   380                       1
Alternatif haute tension           3000 à 5000              200 à 300        pratiquement illimitée
14

        o                      Courant continu :

                               Produit par une dynamo entraînée elle-même par un moteur ;
                               Rendement faible ;
                               Chers et fragiles ;
                               Rejeté dans le coin de l’alimentation d’une seule station de faible
        puissance.
                               Avantage : régulation de débit et variation de vitesse dont ils
        s’accommodent.

        o                      Courant monophasé              : limité aux petites puissances.

        o                      Courant haute tension          : limité aux puissance importantes.

        o                      Courant alternatif triphasé : limité aux puissances de quelques certaines
        de CV.

                 b- Les différents types de moteurs

        Les types de moteur qui se prêtent le mieux à l’entraînement des pompes sont :

        •            Les moteurs asynchrones.
        •            Les moteurs synchrones.

    Type                   Utilisation                          Avantages                          Inconvénients

                                                   - Vitesse rigoureusement constante et - démarre à faible charges,
Synchrones Pour les petites installations          proportionnelle à la fréquence du     peu utilisés pour les
                                                   réseau.                               importantes installations.

                                                   - Leur vitesse en charge est différente
Asynchrones
                                                   de leur vitesse de synchronisme.
   a) Roton
               Pompes à fort couple de                                                       - Entretien des bagues et des
 bobiné au à
               démarrage (pompe à piston)                                                    balais.
   bagues
b) Triphasés à
     cage
              - P. centrifuges de faible puissance                                           - Points d’intensité au
                                                   - Rendement excellent
- Simple cage (utilisation restreinte vu ses                                                 démarrage sont relativement
                                                   - Moteur électrique simple
              mouvements).                                                                   élevés.

                                                                                             - Compte de démarrage
                                                                                             relativement faible

                                                   - Couple de démarrage élevé
- Double cage - Utilisation généralisée
                                                   - Intensité au démarrage faible
15

     b-        Choix d’un type de moteur pour entraînement des pompes

                                                                                          Type de pompe
          Nature du                        Couple de         Courant de   Gamme de         pour lequel le
                         Type de moteur
           courant                         démarrage         démarrage    puissance         moteur est
                                                                                           recommandé
                                                                                        Turbo-pompes
                              Shunt            Normal         Normal        Toutes
                                                                                        Pompes alternatives
           Continu
                                                                                        ou à couple de
                            Compound           Elevé          Normal        Toutes
                                                                                        démarrage élevé

                            Répulsion                                      Petites et   Pompes
                                               Elevé          Normal
           Alternatif        indiction                                     moyennes     volumétriques
          monophasé           Double                                                       Turbo-pompes
                                               Moyen          Normal        Petites
                           alimentation
                                                                                         Turbo-pompes et
                              Cage          Normal ou                                        pompes
                                                              Normal        Toutes
                            d’écureuil        élevé                                       volumètriques
           Alternatif
                                                                                             Pompes
           triphasé
                           Rotor bobiné        Elevé           Faible       Toutes          alternatives

                           Synchrone à                                    Moyennes et
                                               Normal         Normal                       Turbo-pompes
                          vitesse grande                                   grandes


              d- Branchement et démarrage des moteurs

                        d.1- Moteur triphasés à rotor bobiné ou à bogues

     Le démarrage s’effectue à l’aide d’un rhéostat commandé manuellement ou bien à couplage
automatique, il ne pourra être utilisé que pour des installations spéciales ou importantes.

                        d.2- Moteur triphasé à simple et double cage

     On distingue trois modes de démarrage :

                     - Direct ou court-circuit.
                     - Pas résistances statiques.
                     - Par auto transformateur.

     •             Direct ou court-circuit ;

             Le démarrage s’effectue par simple fermeture d’un contacteur. Le moteur se branche en
     étoile ou en triangle :

                          Branchements des moteurs triphasés à démarrage direct
                 Tensions entre phases        Indications de la plaque du moteur
                        en Volt            115/220 V                   220/280 V
                       110 - 130            Triangle                        -
                       190 – 210             Etoile                         -
                       210 – 230                -                       Triangle
                       265 – 400                -                        Etoile
16


•            Démarrage par couple Etoile- Triangle

     Un contacteur spécial permet de réaliser le couplage.

   Premièrement les enroulements du moteur soit couplés en étoile, la tension appliqué à
chaque enroulement est U /√3.

    Deuxièment, les enroulements sont couplés en triangle, chaque enroulement est alimenté
par la tension U.

   L’intérêt : limiter l’intensité et la tension de démarrage au tiers de leurs valeurs en pleine
charge.

     Il faut 6 fils de liaison entre le moteur et l’appareillage (figure n°18).

e-                   Alimentation des moteurs électriques

     Souvent, la station est alimentée à partir d’une ligne moyenne tension (5,5 et 15 KV).

   Les moteurs des groupes de pompage sont généralement en basse tension             220/380 V, du
moins pour les puissances < à 300 CV.

    Donc, il faut prévoir un transformateur pour l’alimentation des moteurs électriques. La
puissance totale des transformateurs en KVA (avec cos Q = 0,85) est :

•            Courant continu                     :        P=UI
•            Courant alternatif monophasé        :        P = U I CosØ
•            Courant alternatif triphasé         :        P = UI √3 CosØ

                                        P(KVA) = P(CV) x 0,736 / 0,85 = 0,865.P(CV).

        Les câbles d’alimentation doivent être largement dimensionnés :


                          Largeur               Dimension (Ampères/mm² de section)

                         100 m                                  3,00- 4,00

                       > 100 m                                 1,50- 2,00



•            Les chutes de tension

                         Chute % = 3,1 x L x J x cos Q / (S x U)

        L        : Largeur de ligne en m.
        J       : Intensité en ampères.
        S       : Section du conducteur en mm2.
        U       : Tension en volt.
        CosØ     : facteur de puissance du moteur.
17
             Il faut toujours avoir L < 600 m pour éviter les chutes importantes et assurer la bonne
      alimentation des moteurs.

             II.1- Moteur thermiques

                     a- Moteurs Diesel.

             Utilisés pour des installations de moyenne on grande importance. Ils sont généralement
      horizontaux.

             La consommation en gasoil varie de 0,15 l/h/CV à 0,25 l/h/CV soi 150 à 250 g/h/CV.

             Dans le but d’amortir les vibrations, le poids du massif de fondation sera d’environ 4 fois
      supérieur à celui du moteur qu’il supporte. En plus il sera désolidarisé du reste du gros œuvre
      par une plaque du matériau antivibratile.

                     b- Moteur à Essence

             En raison de leur consommation en carburant élevée, ces moteurs ne seront utilisés que
      pour des petites installations.

      III- Aspects architecturaux des abris

          III.1- Ventilation

           La salle es pompes doit être projeté de manière à ce que toute la chaleur produite par les
      moteurs soit évacuée à l’extérieur. La différence de température admissible entre l’air à
      l’intérieur et à l’extérieur ne doit pas dépasser :

      -             5 °C en cas de présence permanente du personnel ;
      -             10 °C en cas de présence accidentelle du personnel.

          III.2- Appareils de levage

         Ils sont choisis en fonction du poids des pompes et des moteurs (éléments fournis par les
      constructeurs) :

             - P < 0,5 t            : trépied mobile ;
             - 0,5 < P < 2 t        : monorail ;
             -P>2t                  : pont roulant.

          P : pois à soulever.

          Généralement dans les petites installations on utilise un trépan.

IV-       Autres moteurs

          IV.1- Eoliens à roues multiple à vitesse lent

              Destinés au pompage par pompe à piston pour toutes profondeurs et sont établis
      pour répondre aux exigences d’un service prolongé avec un entretien réduit au minimum.
      Ces machines de type lentes sont prévues pour des dimensions de roues comprises entre
      2,50 et 6,00 m.

             Les tableaux suivants donne les caractéristiques de certains de ces moteurs :
18


   IV.2- Eoliens à roues tripales à vitesse rapide

        Ce type d’éoliens plus sophistiqués sont employés essentiellement pour produire de
l’énergie électrique en entraînant un alternateur ou une dynamo ; la puissance produite
oscille être 10 et 1500 kw. Ils sont aussi utilisés pour entraîner des pompes type hélice (1
m3/s à 3,00 m par exemple).

       Ils sont munis d’une roue en forme d’hélice tripale type aviation dont le diamètre varie
de 6 à 25 m.

   III.3- Pompes à moteur solaire

   L’énergie solaire reçue au niveau du sol est considérable et peut atteindre 1 Kw/m² par
temps clair, et possède des avantages :

                 o   gratuité ;
                 o   production illimitée ;
                 o   répartition indépendante des obstacles te des distances.

       a- Techniques de captage e-t de transformation de l’énergie solaire

       Plusieurs techniques existent, dont classiquement :

          -   les cellules au Silinium transformant directement l’énergie solaire e énergie
              électrique (leur coût est très élevé) ;

          -   la transformation de l’énergie solaire en énergie mécanique au moyen d’un
              cycle à haute température (miroir parabolique) : l’ensemble demande un ciel
              très pur, une orientation chronique et précise des miroirs, des surfaces
              réfléchissantes toujours propres. L’ensemble doit être très résistant au vent.

          Dans les stations de pompage, les techniques décrites ci-dessus ne sont pas
retenues. On utilise :

          -  un appareillage comportant un fluide chauffé par l’eau (elle-même chauffée par
             l’énergie solaire), et qui produit une énergie mécanique au moyen d’un cycle à
             basse température, évaporation, détente, condensation, réinjection. Le fluide
             peut être du butane.
       Les pompes solaires à collecteurs plans se composent de :

          -   une batterie d’insolateurs chauffant de l’eau circulant en circuit fermé. Cette
              batterie peut servir de toit au bâtiment ;

          -   un moteur solaire transformant l’énergie calorifique en énergie mécanique ;

          -   une hydropompe destinée à l’exhaure (presse hydraulique et pompe à piston
              ou pompe verticale) ;

          -   un réservoir de stockage d’eau pompée.
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Pompes

  • 1. Royaume du Maroc *** ORMVA de Tafilalet *** Subdivision SER Erfoud Réalisé par : Mohamed OURAHOU Janvier 2003
  • 2. 2 CARACTERISTIQUES DES POMPES Dans le domaine hydro-agricole, les stations de pompage sont actuellement les plus adoptées. Ces pompes sont utilisées en : - irrigation traditionnelle, pour prélever de l’eau dans une rivière, ou pour alimenter une zone de colline ; - irrigation par aspersion ou en goutte à goutte ; - assainissement superficiel, pour évacuer les eaux des sones basses ; - drainage profond pour permettre l’assèchement. Dans ces deux derniers cas , on parle de « station d’exhaure ». I- Différents types de pompe On rencontre deux types de pompes : - Turbopompes ; - Pompes volumétriques. pompe Principe de fonctionnement Avantages Types Les plus employées : - Appareils rotatifs ne Selon le type de rotor et son comportant aucune liaison Une roue munie d’aube ou d’ailette, mode d’action : articulée ; animée d’un mouvement de rotation - Pompes centrifuges utilisées - Entraînement par un moteur Turbo- fournit au fluide l’énergie cinétique pour les hauteurs élevées ; électrique ou thermique ; pompes dont une partie est transformée en - Pompe hélices utilisées pour - Encombrement moindre ; pression par réduction de vitesse élever des débits importants à Economie sur les bâtiments dans le récupérateur. de faibles hauteurs ; d’abris ; - Pompes hélico-centrifuges - Frais d’entretien peu élevés. L’énergie et fournie par les - Pompes rotatives ; - Limitées au pompage des variations successives d’un volume - Pompes à piston ; fluides visqueux Volumétrique raccordé alternativement à l’orifice - Pompes à rotor excentré - Elever des faibles débits à d’aspiration et à l’orifice de - Pompes à rotor oscillant des pressions élevées refoulement - …etc. II- Eléments de base pour le calcul et le choix de la pompe II.1- Hauteur Manométrique Totale d’élévation (HMT) La HMT est la différence de pression en mCE entre les orifices d’aspiration et de refoulement (figure n° 1) Généralement : HMT = Hgéom + Jasp + Jref II.2- Hauteur maximale d’aspiration (pompes centrifuges) Pour un bon fonctionnement de la pompe, il faut que la pression absorbée à l’ouïe d’aspiration se maintienne à une valeur supérieure à la tension de vapeur du liquide. Pour les eaux à température inférieure à 20 °C ; la tension de vapeur est d’environ 0.20 m
  • 3. 3 Pratiquement, les possibilités d’aspiration d’une pompe seront déterminées grâce au NPSH (Net Pression Section Head). . a- NPSH disponible C’est la valeur de pression absolue sur l’axe de la bride d’aspiration de la pompe compte tenu des dispositions prises à l’aspiration (diamètre des conduites, présence du clapet, …). D’après le théorème de Bernoulli : Zo + Po/℮g = Z1 + P1/ ℮g + Ja Ainsi : NPSHdisp = 10 – (Ha + Ja) Avec : Ha : hauteur géométrique d’aspiration ; Ja : pertes de charges en aspiration. b- NPSH requis Le NPSH requis est déterminé par le constructeur par essai de la pompe et illustré sous forme d’une courbe (figure n° 2). Le NPSH requis doit être inférieur de quelques décimètres à NPSH disponible. Ainsi, pour les pompes centrifuges la hauteur géométrique d’aspiration devra être inférieur à 7,00 m. II.3- Vitesse de rotation Si la vitesse de rotation d’une pompe centrifuge passe n1 à n2 tours on a : Q2 = (n2 / n1) Q1 H2 = (n2 / n1)² H1 P2 = (n2 / n1)3 P1 Q : Débit véhiculé ; H : Hauteur géométrique totale ; P : Puissance absorbée. II.4- Vitesse spécifique Ns = Q1/2 x C x N / H3/4 C : coefficient = 52 ; N : vitesse de rotation en t/mn ; Q : débit en m3/s ; H : Hauteur Manométrique Totale en m. Cavitation : lorsque la pression absolue à l’entrée de la pompe atteint une valeur proche de la tension de vapeur correspondant à la température du liquide, elle se transforme des bulles de vapeur créant localement de très hautes pressions spécifiques pouvant causer des destructions (désamorçage de la pompe)
  • 4. 4 II.5- Courbes caractéristiques d’une pompe a- Courbe NPSH (figure n° 3) b- Courbe débit-Hauteur (figures n° 3 et 4) c- Courbe de rendement (rendement optimum) (figures n° 3 et 4) Pour les pompes centrifuges on a : Basse pression Haute pression Caractéristiques Grands débits (H < 5 m) (H > 20 m) Q (l/s) 3 25 2 25 100 150 1000 2500 rendement 0.56 0.78 0.53 0.81 0.84 0.86 0.90 0.91 Pour les pompes hélices, il varie de 85 % à 90 %. d- Courbe de puissance (figures n° 3 et 4) P(cv) = ℮ g Q H / ( 75 µ ) P(Kw) = ℮ g Q H / ( 102 µ ) P : puissance absorbée par la pompe en CV ; Q : débit en l/s ; H : hauteur manométrique totale en m ; µ : Rendement de la pompe. II.6- Point de fonctionnement d’une pompe (figure n° 5) Pour que le point de fonctionnement soit rationnellement déterminé, il doit se situer au droit du rendement maximum de la pompe. A ce point, la HMT de la pompe est prise égale à la somme de la hauteur géométrique et des pertes de charge totales au niveau des conduites. II.7- Couplage des pompes a- Couplage en série (figure n° 6) Il est mis en application sur les pompes multicellulaires. Pour un débit donné : H(p1+p2) = Hp1 + Hp2 b- Couplage en parallèle (figure n° 6) Il est recommande de ne coupler en parallèle que les pompes identiques pour que la charge se répartissent uniformément entre les différentes pompes : Q(p1+p2) = Qp1 + Qp2
  • 5. 5 II.8- Pertes de charges Elles sont dues aux : - frottement du fluide sur les parois des conduites ; - changement de la section ; - changement de direction. Pour déterminer les pertes de charges, on utilise la formule de Coolebrock (fig n°7) : J = ‫ ג‬v² / (2 g D) Avec : 1 / √ 2 - = ‫ ג‬log [ k / (3,7 D) + 2,51 / (Re √ ‫]) ג‬ • Vitesses admissibles dans les conduites, (P. centrifuges). 1- Conduite d’aspiration Ø ≤ 250 mm V = 1 à 1,2 m / s. Ø > 250 mm V = 1,2 à 1,6 m / s. 2- Conduite de refoulement Ø ≤ 250 mm V = 1,5 à 2 m / s. Ø > 250 mm V = 2 à 2,5 m / s.
  • 6. 6 CHOIX DES POMPES I- En fonction des caractéristiques hydrauliques • D’une façon générale : Type HMT Débit (l/s) Hélices < 15 m > 100 l/s Centrifuges > 15 m Quelque soit Chaque type de pompe est représenté par son constructeur en plage de fonctionnement permettant ainsi le bon choix de la pompe en fonction de HMT et du débit à pomper (figure n° 8). • En fonction de la vitesse spécifique (figures n° 9) Vitesse spécifique ns Type de pompe Ns < 4200 Pompes centrifuges à simple aspiration 4200 < ns < 6000 Pompes centrifuges à double aspiration 6000 < ns < 9000 Pompes à écoulement mixte Ns > 9000 Pompes à hélice II- En fonction des conditions particulières d’utilisation II.1- Pompes à piston et hydrofuges avec hydro éjecteur (figure n° 10) Type Domaine d’utilisation Avantages Inconvénients - Coût élevé - Pomper l’eau dans des puits - Montage et profonds A piston Rendement élevé manutention soignée - Se prêtent à l’élévation de - Non convenues pour modestes quantités d’eau les eaux chargées - Coût plus faible A hydro - pomper l’eau dans des - Manutention faible Rendement faible éjecteur profondeurs moyennes et grandes - Fonctionnement en eaux chargées II.2- Pompes à ligne d’axe et groupe immergé (figure n° 11) Type Domaine d’utilisation Avantages Inconvénients A ligne - Moteur installé au niveau - Prix élevé d’axe du sol - - Prix faible -Problème - Ont des diamètres d’étanchéité. Immergée radiaux qui permettent de les introduire dans des forages de 3’’ et 12’’. II.3- Pompes centrifuges monocellulaires et multicellulaires (figure n° 12) Type Domaine d’utilisation Avantages Inconvénients Utilisé pour des hauteurs - Coût faible Monocellulaire inférieures à 60 m - Utilisé pour des hauteurs Problème d’entretien Multicellulaire supérieures à 90 m (dans les pays Coût élevé chauds
  • 7. 7 II.4- Pompes centrifuges à axe horizontal et à axe vertical (figure n° 13) Type Domaine d’utilisation Au cas de l’alimentation de la pompe en Axe horizontal charge Hauteur d’aspiration < 7 m Retenues à fort marnage Conviennent pour des vitesses Axe vertical spécifiques faibles En outre le choix de la pompe doit tenir compte aussi de l’étude économique du projet : - Montant des investissements ; - Frais des entretiens ; - Génie civil de la station. III- Autres types de pompes III.1- Elévateurs à hélice ou vis d’Archimède (figure n° 14) Utilisés pour refouler de très forts débits à une faible hauteur géométrique en assainissement agricole et urbain ; les eaux peuvent être très chargées de pierres, bouteilles, …etc. Pour déterminer le rendement global de ces stations de relevage on utilise : o en auge ouverte : P1 = Q Hgéom / ( 75 μg) o en conduite fermée P2= Q Hmano / (75 μm) IV.2- Pompage par émulsion ou Air-lift (figure n° 15) Utilisé pour des forages en particulier quand l’eau transporte des particules solides abrasives. • Position de la tête d’émulseur 0,3 < (submersion / hauteur d’élévation) < 0,7
  • 8. 8 FONCTIONNEMENT DES STATIONS DE POMPAGE I- Protection contre les variations de la pression I.1- Procédés utilisés pour limiter le coup de bélier Dans un réseau d’irrigation, plusieurs causes peuvent entraîner des coups de bélier : o démarrage et arrêt des pompes ; o fermeture d’une vanne de sectionnement ; o fermeture des bornes ; o évacuation de l’air ; o remplissage d’une rampe d’irrigation ; o déboîtage latéral. Qui donne naissance à une onde de dépression. Cette onde se réfléchit et se transforme en une onde de surpression (Coup de bélier). Pour y remédier, il faut : - adopter les robinets à fermeture lente ; - connaître le temps mis par un groupe pour s’arrêter ; - utiliser les artifices pour prolonger le temps d’arrêt (volants, …etc). I.2- Procédés utilisés pour limiter les dépressions a- volant d’inertie Son intérêt réside dans l’augmentation de l’inertie du groupe par un volant, mais reste néanmoins très prohibitif et à poids énorme. b- Réservoir à air Le volume du réservoir est déterminé par : ω L Qo Vo V= ------- x ----------------------------------- 2g Po [1- P/Po (1 + log P/Po)] V : volume maximum occupé par l’air à la fin de la détente ; L : longueur de la conduite de refoulement ; Qo : débit initial ; Vo : vitesse initiale dans la conduite ; Po : pression absolue initiale de l’air du réservoir ; P : pression absolue de l’air à la fin de la détente. Cette formule n’est valable que pour des débits inférieurs à 30 l/s et une longueur de la conduite de refoulement inférieur à 1.200 ml. c- Cheminée d’équilibre et réservoir surélevé Ils sont conçus au départ de la station de pompage, lorsque la hauteur géométrique est faible.
  • 9. 9 - Détermination des caractéristiques du réservoir Il doit être calé à la cote qui correspond à la hauteur manométrique totale pour le débit maximum de la station. Le volume servant de régulation est calculé de telle manière que les démarrages et arrêts des groupes de pompes ne dépassent pas une périodicité déterminée : V1 = Q t / 4 t : durée d’un cycle (durée d’une vidange et d’un remplissage du réservoir). En général, t = 40 mn = 2.400 s. Q : débit de la pompe en l/s. En outre, on prévoit une tranche d’eau supplémentaire pour chaque pompe pour vaincre l’inertie de la pompe : V2 = Q t’ t’ : temps de démarrage d’une pompe (# 10 s). Le volume total de régulation est : V = Q t / 4 + Q t’ d- Alimentation de la tuyauterie de refoulement par l’aspiration Cette solution s’avère intéressante lorsque : - on dispose de groupes placés de sur-presseurs le long de la conduite principale ; - la conduite de refoulement est horizontale au niveau du réservoir. e- clapets d’entrée d’air Ces clapets placés aux différents points hauts fonctionnant à la dépression et permettent d’éviter la cavitation par introduction d’air. I.3- Procédés utilisés pour limiter les surpressions Généralement, on utilise : - réservoirs à air ; - cheminées d’équilibre ; - réservoirs surélevés ; - soupape de sûreté.
  • 10. 10 II- Dépannage de pompage II.1- La pompe ne débite pas Avant tout, s’assurer que l’extrémité de la tuyauterie d’aspiration est suffisamment immergée, Si cette condition est réalisée : Diagnostic Remède Vérifier l’étanchéité de la conduite, des joins de l’aspiration, des Amorçage incomplet : la pompe presses étoupes (leur bonne alimentation par la tubulure d’amenée n’est pas complètement remplie d’eau), du joint de la vanne de refoulement d’eau après durée normale Vérifier le bon fonctionnement de la pompe à vide. d’amorçage Vérifier : vitesse du moteur d’entraînement (tension du courant pour moteur électrique), tension des courroies, clavetage des poulies, Vitesse de rotation insuffisante clavetage de la roue sur l’arbre de la pompe Vérifier : ouverture et bon fonctionnement de la vanne ou du clapet Hauteur manométrique trop forte le refoulement. sur (indication du manomètre sur le Obstruction accidentelle dans les conduites ou dans la pompe refoulement) provoquant des pertes de charge excessives. Cette hauteur qui, théoriquement, pourrait atteindre 10.33 m, ne doit pas dépasser 6 m. Vérifier qu’il n’y ait pas de corps étrangers dans l’aspiration. Hauteur d’aspiration trop forte Améliorer l’alimentation (réduire pertes de charges aux crépines) ou (indication du manomètre sur l’installation (augmenter diamètre des conduites, la raccourcir si l’aspiration) possible) Supprimer clapet de pied et remplacer par amorçage par le vide. Poche d’air dans la conduite d’aspiration (sifflement d’air à Rectifier le profil de la conduite d’aspiration qui ne doit pas présenter l’ouverture de tout orifice sur le point contrepente. de haut de la conduite) Vérifier transmission par courroies croisées. Accident très rare avec les moteurs thermiques (excès d’avance à Sens de rotation inversé l’allumage ou à l’injection) fréquent avec des moteurs électriques (inversion de phases) II.2- Le débit est insuffisant ou intermittent Diagnostic Remède Prises d’air Vérifier qu’il n’y ait pas formation de vortex Vérifier : vitesse du moteur d’entraînement (tension du courant pour moteur électrique), tension des courroies, clavetage des poulies, clavetage de la roue Vitesse insuffisante sur l’arbre de la pompe Vérifier : ouverture et bon fonctionnement de la vanne ou du clapet sur le refoulement. HMT exagérée Obstruction accidentelle dans les conduites ou dans la pompe provoquant des pertes de charge excessives. Cette hauteur qui, théoriquement, pourrait atteindre 10.33 m, ne doit pas dépasser 6 m. Vérifier qu’il n’y ait pas de corps étrangers dans l’aspiration. Hauteur aspiration trop Améliorer l’alimentation (réduire pertes de charges aux crépines) ou forte l’installation (augmenter diamètre des conduites, la raccourcir si possible) Supprimer clapet de pied et remplacer par amorçage par le vide. Vérifier : paliers, roulements, garnitures, état mécanique de la roue (usure ou Incidents mécaniques bris des aubages)
  • 11. 11 II.3- La pression est insuffisante (la pompe tend à barboter) Diagnostic Remède Prises d’air Vérifier qu’il n’y ait pas formation de vortex S’assurer que la manomètre sur le refoulement est bien placé il ne doit pas être au sommet du corps de la pompe, mais à la sortie de la pompe. Vérifier la vitesse, ne pas oublier que la pression varie comme Vitesse insuffisante le carré de la vitesse. Vérifier immersion de la tuyauterie d’aspiration. Vortes. Prsise Introduction d’air dans l’eau (la pompe d’air. donne une émulsion d’air et d’eau) Vérifier : paliers, roulements, garnitures, état mécanique de la Incidents mécaniques roue (usure ou bris des aubages) II.4- Excédent de puissance absorbée (le moteur tend à caler ou à chauffer, les consommations d’énergie sont excessives) Diagnostic Remède Ne pas oublier que la puissance absorbée croit comme le cube de la vitesse, et les pertes de charge comme le carré du débit Vitesse de rotation en charge trop forte qui augment lui-même proportionnellement à la vitesse. Réduire la vitesse d’entraînement ou modifier les polies. Si cet incident est fortuit : vanner sur le refoulement pour augmenter la HMT et la ramener à sa valeur nominale. S’il est constant : réduire la vitesse ou modifier l’installation. Hauteur d’élévation plus faible que prévue Toujours situer les conditions réelles d’emploi sur la courbe caractéristique, ce qui permettra, par exemple, de constater dans quelle zone de rendement la pompe travaille. Pour les pompes hélices seules : hauteur Fermeture accidentelle d’une vanne ou d’un clapet sur le d’élévation trop exagérée refoulement Vérifier si l’arbre n’est faussé, le blocage des éléments en rotation, le serrage des presses étoupes, l’alignement de Incidents mécaniques l’arbre du moteur et de la pompe dans l’accouplement direct, la tension des courroies. II.5- Pertes d’eau excessives aux presses étoupes Diagnostic Remède Vérifier l’état, la qualité, le bourrage et l’alimentation en eau Pertes d’eau excessives aux presses des presses étoupes. étoupes Vérifier l’état de l’arbre (usure, corrosion) II.6- Pompe bruyante Diagnostic Remède Vérifier la correcte immersion du tuyau d’aspiration ou du Cavitation : bruits sourds ; la pompe corps de pompe (plan d’eau, grilles, …) donne l’impression de travailler à coups. Empêcher la formation du vortex. Vérifier l’état de l’arbre, des paliers, de la roue, de la Incidents mécaniques transmission.
  • 12. 12 II- Différents positions des pompes centrifuges et des pompes hélices (Figures n° 16 et 17)
  • 13. 13 MOTEURS ET ALIMENTATION EN ENERGIE Le choix des moteurs est fonction de : - La puissance absorbée par les pompes. - La nature des sources d’énergie disponibles (thermique ou électrique). - Le type de pompe. I- Puissance des moteurs Elle doit tenir compte de : - Pertes diverses de transmission. - Erreurs éventuelles dans la détermination des pertes de charge. - Couple de démarrage. Ainsi, les majorations suivantes sont à prévoir : - De 30 % pour une puissance de 5 CV ; - De 20 % pour une puissance de 5 < P < 25 CV. - De 10 % pour une puissance de P > 25 CV. Le rendement d’un moteur est comme suit : - Thermique : 75 %. - Electrique : 90 %. II- Source d’énergie et moteurs II.1- Moteur électriques a- Choix de type de courant en fonction de la puissance des moteurs. Puissance minimum en Puissance maximum en Nature du courant Tension en Volt Cv Cv Néant 110 30 Néant Continu 220 500 1 440 pratiquement illimitée 110 Néant 1 220 ,, 15 Alternatif monophasé 115 ,, 15 200 ,, 200 1000 Alternatif triphasé 380 1 Alternatif haute tension 3000 à 5000 200 à 300 pratiquement illimitée
  • 14. 14 o Courant continu :  Produit par une dynamo entraînée elle-même par un moteur ;  Rendement faible ;  Chers et fragiles ;  Rejeté dans le coin de l’alimentation d’une seule station de faible puissance.  Avantage : régulation de débit et variation de vitesse dont ils s’accommodent. o Courant monophasé : limité aux petites puissances. o Courant haute tension : limité aux puissance importantes. o Courant alternatif triphasé : limité aux puissances de quelques certaines de CV. b- Les différents types de moteurs Les types de moteur qui se prêtent le mieux à l’entraînement des pompes sont : • Les moteurs asynchrones. • Les moteurs synchrones. Type Utilisation Avantages Inconvénients - Vitesse rigoureusement constante et - démarre à faible charges, Synchrones Pour les petites installations proportionnelle à la fréquence du peu utilisés pour les réseau. importantes installations. - Leur vitesse en charge est différente Asynchrones de leur vitesse de synchronisme. a) Roton Pompes à fort couple de - Entretien des bagues et des bobiné au à démarrage (pompe à piston) balais. bagues b) Triphasés à cage - P. centrifuges de faible puissance - Points d’intensité au - Rendement excellent - Simple cage (utilisation restreinte vu ses démarrage sont relativement - Moteur électrique simple mouvements). élevés. - Compte de démarrage relativement faible - Couple de démarrage élevé - Double cage - Utilisation généralisée - Intensité au démarrage faible
  • 15. 15 b- Choix d’un type de moteur pour entraînement des pompes Type de pompe Nature du Couple de Courant de Gamme de pour lequel le Type de moteur courant démarrage démarrage puissance moteur est recommandé Turbo-pompes Shunt Normal Normal Toutes Pompes alternatives Continu ou à couple de Compound Elevé Normal Toutes démarrage élevé Répulsion Petites et Pompes Elevé Normal Alternatif indiction moyennes volumétriques monophasé Double Turbo-pompes Moyen Normal Petites alimentation Turbo-pompes et Cage Normal ou pompes Normal Toutes d’écureuil élevé volumètriques Alternatif Pompes triphasé Rotor bobiné Elevé Faible Toutes alternatives Synchrone à Moyennes et Normal Normal Turbo-pompes vitesse grande grandes d- Branchement et démarrage des moteurs d.1- Moteur triphasés à rotor bobiné ou à bogues Le démarrage s’effectue à l’aide d’un rhéostat commandé manuellement ou bien à couplage automatique, il ne pourra être utilisé que pour des installations spéciales ou importantes. d.2- Moteur triphasé à simple et double cage On distingue trois modes de démarrage : - Direct ou court-circuit. - Pas résistances statiques. - Par auto transformateur. • Direct ou court-circuit ; Le démarrage s’effectue par simple fermeture d’un contacteur. Le moteur se branche en étoile ou en triangle : Branchements des moteurs triphasés à démarrage direct Tensions entre phases Indications de la plaque du moteur en Volt 115/220 V 220/280 V 110 - 130 Triangle - 190 – 210 Etoile - 210 – 230 - Triangle 265 – 400 - Etoile
  • 16. 16 • Démarrage par couple Etoile- Triangle Un contacteur spécial permet de réaliser le couplage. Premièrement les enroulements du moteur soit couplés en étoile, la tension appliqué à chaque enroulement est U /√3. Deuxièment, les enroulements sont couplés en triangle, chaque enroulement est alimenté par la tension U. L’intérêt : limiter l’intensité et la tension de démarrage au tiers de leurs valeurs en pleine charge. Il faut 6 fils de liaison entre le moteur et l’appareillage (figure n°18). e- Alimentation des moteurs électriques Souvent, la station est alimentée à partir d’une ligne moyenne tension (5,5 et 15 KV). Les moteurs des groupes de pompage sont généralement en basse tension 220/380 V, du moins pour les puissances < à 300 CV. Donc, il faut prévoir un transformateur pour l’alimentation des moteurs électriques. La puissance totale des transformateurs en KVA (avec cos Q = 0,85) est : • Courant continu : P=UI • Courant alternatif monophasé : P = U I CosØ • Courant alternatif triphasé : P = UI √3 CosØ P(KVA) = P(CV) x 0,736 / 0,85 = 0,865.P(CV). Les câbles d’alimentation doivent être largement dimensionnés : Largeur Dimension (Ampères/mm² de section) 100 m 3,00- 4,00 > 100 m 1,50- 2,00 • Les chutes de tension Chute % = 3,1 x L x J x cos Q / (S x U) L : Largeur de ligne en m. J : Intensité en ampères. S : Section du conducteur en mm2. U : Tension en volt. CosØ : facteur de puissance du moteur.
  • 17. 17 Il faut toujours avoir L < 600 m pour éviter les chutes importantes et assurer la bonne alimentation des moteurs. II.1- Moteur thermiques a- Moteurs Diesel. Utilisés pour des installations de moyenne on grande importance. Ils sont généralement horizontaux. La consommation en gasoil varie de 0,15 l/h/CV à 0,25 l/h/CV soi 150 à 250 g/h/CV. Dans le but d’amortir les vibrations, le poids du massif de fondation sera d’environ 4 fois supérieur à celui du moteur qu’il supporte. En plus il sera désolidarisé du reste du gros œuvre par une plaque du matériau antivibratile. b- Moteur à Essence En raison de leur consommation en carburant élevée, ces moteurs ne seront utilisés que pour des petites installations. III- Aspects architecturaux des abris III.1- Ventilation La salle es pompes doit être projeté de manière à ce que toute la chaleur produite par les moteurs soit évacuée à l’extérieur. La différence de température admissible entre l’air à l’intérieur et à l’extérieur ne doit pas dépasser : - 5 °C en cas de présence permanente du personnel ; - 10 °C en cas de présence accidentelle du personnel. III.2- Appareils de levage Ils sont choisis en fonction du poids des pompes et des moteurs (éléments fournis par les constructeurs) : - P < 0,5 t : trépied mobile ; - 0,5 < P < 2 t : monorail ; -P>2t : pont roulant. P : pois à soulever. Généralement dans les petites installations on utilise un trépan. IV- Autres moteurs IV.1- Eoliens à roues multiple à vitesse lent Destinés au pompage par pompe à piston pour toutes profondeurs et sont établis pour répondre aux exigences d’un service prolongé avec un entretien réduit au minimum. Ces machines de type lentes sont prévues pour des dimensions de roues comprises entre 2,50 et 6,00 m. Les tableaux suivants donne les caractéristiques de certains de ces moteurs :
  • 18. 18 IV.2- Eoliens à roues tripales à vitesse rapide Ce type d’éoliens plus sophistiqués sont employés essentiellement pour produire de l’énergie électrique en entraînant un alternateur ou une dynamo ; la puissance produite oscille être 10 et 1500 kw. Ils sont aussi utilisés pour entraîner des pompes type hélice (1 m3/s à 3,00 m par exemple). Ils sont munis d’une roue en forme d’hélice tripale type aviation dont le diamètre varie de 6 à 25 m. III.3- Pompes à moteur solaire L’énergie solaire reçue au niveau du sol est considérable et peut atteindre 1 Kw/m² par temps clair, et possède des avantages : o gratuité ; o production illimitée ; o répartition indépendante des obstacles te des distances. a- Techniques de captage e-t de transformation de l’énergie solaire Plusieurs techniques existent, dont classiquement : - les cellules au Silinium transformant directement l’énergie solaire e énergie électrique (leur coût est très élevé) ; - la transformation de l’énergie solaire en énergie mécanique au moyen d’un cycle à haute température (miroir parabolique) : l’ensemble demande un ciel très pur, une orientation chronique et précise des miroirs, des surfaces réfléchissantes toujours propres. L’ensemble doit être très résistant au vent. Dans les stations de pompage, les techniques décrites ci-dessus ne sont pas retenues. On utilise : - un appareillage comportant un fluide chauffé par l’eau (elle-même chauffée par l’énergie solaire), et qui produit une énergie mécanique au moyen d’un cycle à basse température, évaporation, détente, condensation, réinjection. Le fluide peut être du butane. Les pompes solaires à collecteurs plans se composent de : - une batterie d’insolateurs chauffant de l’eau circulant en circuit fermé. Cette batterie peut servir de toit au bâtiment ; - un moteur solaire transformant l’énergie calorifique en énergie mécanique ; - une hydropompe destinée à l’exhaure (presse hydraulique et pompe à piston ou pompe verticale) ; - un réservoir de stockage d’eau pompée.