Un débit d'eau en circulation de 1 450 m3/h à 48 m de hauteur, avec seulement 3,6 m de NPSH disponible à la bride d'aspiration, met fin à la plupart des sélections à aspiration unique avant l'étape de devis. La machine qui survit à cette tâche est normalement une pompe centrifuge à double aspiration : un corps, une roue, deux œillets d'aspiration et une courbe de performance d'aspiration qu'une roue à un seul œil ne peut pas égaler à la même vitesse.
Ce guide est destiné aux personnes qui approuvent cette décision : les ingénieurs d'usine qui remplacent une unité qui ne cesse de se déclencher en cas de faible pression d'aspiration, les équipes de projet dimensionnant un nouveau circuit et les responsables de maintenance qui héritent de tout ce qui a été commandé. Il couvre ce que la conception change réellement, où se situe le seuil de rentabilité d'une pompe d'aspiration finale, quelles cinq entrées fixent le numéro de modèle, et les choix de matériaux et de tuyauterie qui décident si la pompe atteint sa première révision prévue.
Qu'est-ce qu'une pompe centrifuge à double aspiration
Une pompe centrifuge à double aspiration est une pompe centrifuge dont la roue aspire le liquide des deux côtés d'un seul moyeu, divisant le débit total en deux flux égaux qui fusionnent à nouveau à la sortie du boîtier.
Pompe centrifuge à double aspiration : une pompe rotodynamique avec une roue, deux œillets d'aspiration opposés alimentés par une branche d'entrée commune et un boîtier qui collecte les flux fusionnés au niveau de la buse de refoulement. Hydrauliquement, elle se comporte comme deux pompes à aspiration unique en parallèle partageant un arbre et un jeu de roulements.
Cette comparaison parallèle relève de la logique de conception et non d’une ligne marketing. Chaque œil gère la moitié du débit total, donc la vitesse d'entrée à chaque œil est à peu près la moitié de ce qu'une turbine équivalente à aspiration unique verrait pour le même service. Une vitesse d'entrée plus faible signifie un NPSH plus faible requis, c'est pourquoi les fines marges d'aspiration cessent d'être un problème une fois la roue doublée.
Les compromis sont réels et doivent être comparés avant l’ouverture des prix. Un carter à double aspiration est plus grand et plus lourd, il porte deux joints d'arbre au lieu d'un, et le joint fendu doit être usiné, scellé et serré correctement. Pour un droit de transfert de 5 m3/h, rien de tout cela n'est justifié ; pour une boucle d'eau de refroidissement continue de 900 m3/h, la masse supplémentaire du boîtier est rentabilisée uniquement par la fiabilité de l'aspiration.
Pourquoi la conception à double aspiration du boîtier divisé annule la poussée axiale
La poussée axiale dans une pompe à double aspiration s'annule, car les deux yeux de la roue sont assis dos à dos sur le même arbre et la pression agissant sur un carénage du rotor est reflétée par la pression agissant sur l'autre.
Dans une pompe à aspiration unique, la pleine pression de refoulement pousse contre le carénage arrière de la roue et produit une force qui va de plusieurs centaines à plusieurs milliers de newtons selon la taille et la tête. Cette force doit être gérée avec des trous d'équilibrage, un tambour d'équilibrage ou une butée délibérément surdimensionnée, et chacune de ces pièces introduit son propre modèle d'usure et son propre mode de défaillance. Avec les œillets opposés, la charge axiale résiduelle tombe à un faible pourcentage de la valeur d'une simple aspiration et les roulements supportent uniquement une charge radiale, ce qui est l'une des principales raisons pour lesquelles les rotors à double aspiration fonctionnent sans problème pendant des années en service continu.
Le débit d'entrée symétrique n'est pas un détail de tuyauterie. Alimentez un œil plus fort que l'autre et le rotor est à nouveau chargé axialement, de sorte que la géométrie d'aspiration appartient à l'intérieur des spécifications de la pompe, et non à l'extérieur.
L’accès à la maintenance est le deuxième avantage structurel. L'agencement classique à double aspiration est le boîtier divisé horizontalement entre les roulements, classé BB1 selon API 610. La moitié supérieure se soulève, le rotor sort et la tuyauterie d'aspiration et de refoulement reste boulonnée en place. En service sur site, un changement de bague d'usure ou de roulement qui dure 8 à 12 heures sur une conduite d'aspiration d'extrémité est souvent terminé en 3 à 5 heures sur une unité à boîtier divisé, tout simplement parce que rien ne doit être coupé et réaligné par la suite. Au-dessus d'environ 40 bars, la même conception hydraulique se déplace dans un boîtier à roulements divisés radialement, BB2, qui maintient la double turbine d'aspiration mais l'enveloppe dans un cylindre contenant de la pression.
Double aspiration ou aspiration finale : correspondre au point de service
Au-dessus d'environ 300 à 400 m3/h au point de service, ou lorsque le NPSH disponible descend en dessous d'environ 5 m, une pompe à double aspiration est normalement le choix le moins risqué. En dessous de ces deux seuils, une pompe d’aspiration finale est généralement moins chère à l’achat, plus facile à installer et tout aussi fiable.
Double aspiration
- Débit élevé à partir d'un seul boîtier et d'un seul pilote
- Un faible NPSH est requis à haut débit, de sorte que de fines marges fonctionnent toujours
- Aucun dispositif d'équilibrage de poussée à porter ou à boucher
- Le boîtier divisé permet un accès rapide au rotor sans retirer le tuyau
- Deux joints à rincer, surveiller et remplacer
- Encombrement plus important, plaque de base plus lourde, prix d'achat plus élevé
Fin de l'aspiration
- Meilleure valeur entre environ 5 et 300 m3/h
- Les versions à plusieurs étages étendent la tête à l'intérieur d'un boîtier
- Compact, joint unique, alignement simple
- Le NPSH requis augmente rapidement à mesure que le débit augmente
- La poussée axiale doit être équilibrée en interne
- La tuyauterie doit généralement être retirée pour le travail sur le rotor
| Critère | Double aspiration (BB1 or BB2) | Fin de l'aspiration (OH1 or OH2) |
| Bande de débit confortable | 300 à 3 000 m3/h par cuvelage | 5 à 400 m3/h |
| Tête par étape | 15 à 150 m | 20 à 120 m, plus haut en multi-étages |
| NPSH requis à 1 200 m3/h | Généralement 4 à 6 m | Généralement 6 à 9 m |
| Gestion de la poussée axiale | Annulé par les yeux de roue opposés | Trous d'équilibrage ou tambour d'équilibrage |
| Joint de boîtier | Horizontal pour BB1, radial pour BB2 | Radiale |
| Joints d'arbre | Deux | Un |
| Accès aux rotors | Le boîtier est terminé, la tuyauterie reste connectée | Tuyauterie normalement déconnectée |
| Meilleur ajustement | Débit élevé, marge d'aspiration fine, service continu | Transfert général, boucles faible débit, dosage |
Lorsque la hauteur monte au-delà de ce qu'un double étage d'aspiration peut fournir à une vitesse bipolaire, le débit est normalement conservé et la hauteur est ajoutée par étage à la place. Une pompe de procédé telle que la gamme ZA comble cet espace sans modifier la configuration d'aspiration.
Pompe de traitement pétrochimique ZA pour applications API 610 Ligne de pompes process API 610 pour liquides propres ou peu chargés en particules, chauds ou froids, neutres ou corrosifs ; convient aux tâches à tête plus élevée sans changer la disposition d'aspiration. Voir le produit → À l’extrémité de l’échelle, un débit tel que 5 000 m3/h à 7 m n’est pas du tout une question de double aspiration. Il s’agit d’un territoire à écoulement axial, où une famille hydraulique différente effectue le même travail avec beaucoup moins de puissance installée.
Pompe de circulation pour évaporateur à flux axial FJX Pompe axiale de grande capacité et à faible hauteur manométrique, traitant de 300 à 12 000 m3/h pour la circulation forcée des évaporateurs, des cristalliseurs et des réacteurs dans les industries du phosphate, du sel, de l'alumine et de la soude caustique. Voir le produit → Cinq entrées qui déterminent le modèle de pompe centrifuge à double aspiration
Cinq entrées fixent le numéro de modèle : débit et hauteur de service, NPSH disponible, propriétés du fluide, matériau de construction et données d'entraînement. Tout le reste dans la fiche technique est une conséquence de ces cinq éléments.
- Débit et hauteur de service au point nominal, plus les cas de fonctionnement maximum et minimum que la centrale fonctionnera réellement.
- NPSH disponible calculé à partir du système réel, comparé à une courbe requise NPSH testée avec une marge d'au moins 0,5 m au point nominal et de 1,0 m au débit maximum.
- Propriétés du fluide y compris la densité spécifique, la viscosité, la température, la teneur en solides et le niveau de chlorure, car le fluide décide à la fois de l'hydraulique et de la métallurgie.
- Matériau de construction et la tolérance à la corrosion, qui suivent généralement les données sur les chlorures et les solides plutôt que sur le débit.
- Données d'entraînement et d'installation couvrant la vitesse du moteur, la tension, le type d'accouplement, la plaque de base et la rotation, qui contraignent tous la garniture de la roue qui peut être fournie.
NPSH indicatif requis à 1 200 m3/h, une barre plus courte est préférable
Valeurs de sélection illustratives à des fins de comparaison de concepts uniquement. Confirmez chaque chiffre par rapport à une courbe testée pour le modèle et la vitesse sélectionnés.
Une règle permet de garantir l'honnêteté de la sélection : le point de service doit se situer entre 80 % et 110 % du débit au meilleur point d'efficacité. En sélectionnant bien à gauche de cette bande, on achète de la tête dont personne n'a besoin et on la paie avec une recirculation interne et une charge radiale ; la sélection à droite invite à la cavitation, à la déflexion de l’arbre et à une durée de vie courte du joint.
Pour les décisions environnantes, y compris les plans de joint et le style de boîtier, le guide d'usine pour sélection de pompes pour procédés pétrochimiques parcourt les étapes adjacentes dans le même ordre.
Matériaux et pièces d'usure qui déterminent la durée de vie
La plupart des pannes de pompes à double aspiration dans le secteur chimique sont dues à des pannes de matériaux et de jeu, et non à des pannes hydrauliques. Les turbines perdent rarement leur forme ; les bagues d'usure s'ouvrent, les joints s'usent et la marge de corrosion disparaît au mauvais endroit.
- Inox 304 et 316L : eau propre, faible teneur en chlorure, température modérée.
- Duplex 2205 et super duplex 2507 : eau chlorée, eau de mer et résistance supérieure au niveau du joint fendu.
- CD4MCu : boues abrasives où corrosion et usure se chevauchent.
- Nuances Hastelloy et titane : acides agressifs, chlorures et milieux oxydants là où l'acier inoxydable standard échoue précocement.
- Alliage 2520 résistant à la chaleur : milieux chauds où la croissance thermique doit être prise en compte dans les jeux.
Le jeu de la bague d’usure est l’élément le plus mesurable sur toute feuille de révision. Lorsqu'un jeu de bague d'usure de 200 mm passe de 0,35 mm à 0,70 mm, attendez-vous à une baisse de 3 à 6 % de la hauteur de charge au point de fonctionnement, une perte d'efficacité correspondante et une augmentation visible des vibrations des roulements. Il s’agit d’une décision de maintenance, non hydraulique, et elle mérite d’être enregistrée à chaque inspection.
Une pompe à double aspiration avec des matériaux adaptés et des jeux maintenus fonctionne régulièrement pendant 8 à 12 ans entre les révisions majeures du service d'eau propre. Le même boîtier, doté d’un alliage inégalé dans l’eau chlorée, peut tomber en panne en deux ans.
Jiangsu Huanyu Chemical New Materials Co., Ltd., qui construit la gamme de pompes Huaning à Jingjiang dans la province du Jiangsu, produit une conduite d'aspiration double S/SH qui transporte ces options de matériaux aux côtés de son catalogue plus large de pompes chimiques.
Pompe à double aspiration S SH pour les processus pétrochimiques Double aspiration pump listed under petrochemical process pumps; suction piping layout determines whether its hydraulic advantage survives commissioning. Voir le produit → Règles de tuyauterie d'aspiration qui protègent l'avantage de la double aspiration
La disposition des conduites d'aspiration détermine si l'avantage de la double aspiration survit à la mise en service.
- Maintenez une ligne droite de cinq à dix diamètres de tuyau en amont de la bride d'aspiration afin que le débit arrive uniformément.
- Ne boulonnez jamais un coude à rayon court directement sur la bride ; les deux yeux recevront un débit inégal et le rotor sera chargé axialement.
- Utilisez un agencement symétrique à double entrée partout où les deux yeux doivent être alimentés à partir d'un seul collecteur et vérifiez que les longueurs des branches correspondent.
- Soutenir les canalisations d'aspiration et de refoulement indépendamment afin qu'aucune contrainte de canalisation n'atteigne le boîtier lorsque le joint est serré.
- Revérifiez l’alignement du raccord une fois la tuyauterie connectée, à froid et à température de fonctionnement.
- Maintenir les vibrations des roulements en dessous de 2,8 mm/s rms au point nominal, la limite des zones A à B pour les nouvelles machines selon la norme ISO 10816-3.
Demandez le point de service prévu sur une courbe testée plutôt que sur un tracé de catalogue générique, et insistez sur le fait que le chiffre NPSH requis garanti comporte une tolérance. Envoyez le service réel, les données de fluide et le système NPSH à l'usine pour un contrôle de sélection avant la commande, car corriger un problème d'aspiration après l'installation coûte bien plus cher que la pompe elle-même.
FAQ : Sélection d'une pompe centrifuge à double aspiration
Les quatre questions ci-dessous reviennent dans presque toutes les demandes de double aspiration, et les réponses déterminent généralement les spécifications avant de discuter du prix.
Sélectionnez sur la courbe testée à la vitesse de fonctionnement réelle et traitez toute valeur catalogue comme un chiffre de dépistage uniquement.
Une pompe à double aspiration vaut-elle le coût supplémentaire ?
Comparez le coût total d’installation plutôt que le prix d’achat. Au-dessus d'environ 300 à 400 m3/h, deux pompes aspirantes parallèles ainsi que la tuyauterie supplémentaire, les vannes, la plaque de base et l'équipement de contrôle coûtent généralement plus cher qu'une unité à double aspiration et nécessitent deux fois plus d'entretien. En dessous de 300 m3/h, la pompe aspirante finale gagne normalement en termes de prix et d'encombrement.
Quelle marge NPSH dois-je préciser ?
Spécifiez au moins 0,5 m de marge au-dessus du NPSH requis au point nominal et au moins 1,0 m au débit de fonctionnement maximum. La marge doit être vérifiée au niveau de l'axe de la pompe sur une courbe testée, et non par rapport à une ligne de performance du catalogue qui a été mesurée sur une garniture de roue différente.
Une pompe à double aspiration peut-elle traiter des fluides contenant des solides ?
Oui, dans certaines limites. Un corps d'aspiration double peut être équipé de bagues d'usure trempées ou CD4MCu et d'une roue semi-ouverte pour les travaux légers en boues, et il reste la meilleure solution pour l'eau de refroidissement sale car il tolère la pénalité NPSH. Au-dessus d’environ 5 % de solides en poids, une pompe à lisier dédiée est la machine appropriée.
Quelle est la différence entre les pompes à double aspiration BB1 et BB2 ?
BB1 est un boîtier divisé axialement entre les roulements, de sorte que la moitié supérieure se soulève pour accéder au rotor avec la tuyauterie en place, et il couvre la plupart des tâches de processus jusqu'à environ 40 bars. BB2 est un boîtier à fente radiale entre les roulements, généralement de type barillet, pour des pressions plus élevées et où le joint du boîtier ne doit pas présenter de risque d'étanchéité. Les deux conservent la double turbine d'aspiration et annulent tous deux la poussée axiale de la même manière.
