Considérez une station d'épuration des eaux usées confrontée à un effluent à haute concentration et chargé de solides. Choisir la mauvaise turbine pourrait entraîner un colmatage, une inefficacité, une maintenance fréquente, voire une défaillance complète du système. En tant que composant central des pompes centrifuges, le choix de la turbine détermine directement les performances, le rendement et la durée de vie de la pompe. Cet article examine les types de turbines, les applications, les critères de sélection et comment une conception optimisée de la turbine améliore les performances globales de la pompe pour les applications complexes de transfert de fluides.

La turbine est le composant rotatif crucial d'une pompe centrifuge, convertissant l'énergie mécanique du moteur en énergie cinétique et de pression du fluide. Grâce à une rotation rapide, elle crée une pression de vide pour aspirer le fluide, puis utilise la force centrifuge pour le refouler par la sortie.

Les performances de la turbine ont un impact fondamental sur le débit, la pression de refoulement, le rendement et la résistance à la cavitation d'une pompe. Comprendre les types de turbines, leurs caractéristiques et leurs applications s'avère essentiel pour une sélection appropriée des pompes centrifuges.

Le fonctionnement des pompes centrifuges repose sur la rotation de la turbine. Les aubes de la turbine entraînées par le moteur propulsent le fluide vers l'extérieur via un mouvement centrifuge, créant une zone de basse pression au centre qui aspire le fluide par l'entrée. Lorsque le fluide gagne de l'énergie, sa pression augmente avant d'être refoulé par la sortie.

La conception géométrique, le nombre d'aubes et la vitesse de rotation influencent tous les performances. Par exemple, les turbines avec des angles d'aubes plus grands génèrent une pression de refoulement plus élevée, tandis que celles avec plus d'aubes produisent des débits plus importants.

Les turbines sont classées par structure et application :

• Définition : Les aubes se fixent directement au moyeu sans flasques avant ou arrière, ce qui simplifie la fabrication et le nettoyage, mais réduit le rendement.
• Applications : Liquides propres comme l'eau ou les huiles légères sans solides : courantes dans les industries chimique, du traitement de l'eau et agroalimentaire.
• Avantages : Construction simple, entretien facile, résistant au colmatage.
• Inconvénients : Rendement inférieur, ne convient pas aux fluides contenant des solides.

• Définition : Aubes entièrement enfermées par des flasques avant et arrière pour une résistance et un rendement accrus avec une capacité de manipulation des solides.
• Applications : Industries des eaux usées, du papier et des mines pour les fluides contenant des solides en suspension, des fibres ou des particules.
• Avantages : Rendement élevé, manipule les solides.
• Inconvénients : Construction complexe, entretien plus important, sujette au colmatage.

• Définition : Aubes avec seulement une flasque arrière équilibrant les avantages des turbines ouvertes et fermées.
• Applications : Fluides avec un minimum de solides comme l'eau sablonneuse ou les eaux usées légèrement contaminées dans les systèmes chimiques, de transformation des aliments ou d'irrigation.
• Comparaison : Plus efficaces que les turbines ouvertes, mais plus difficiles à entretenir.

• Définition : Les aubes encastrées créent un vortex pour un passage exceptionnel des solides et des fibres.
• Applications : Boues à haute viscosité ou eaux usées fortement contaminées dans les opérations de traitement, de fabrication du papier et d'extraction minière.
• Avantages : Manipulation supérieure des solides, résistant au colmatage.
• Inconvénients : Très faible rendement, pression de refoulement limitée.

• Définition : Les canaux d'écoulement larges et courts optimisent le passage des solides tout en maintenant un rendement modéré.
• Applications : Eaux usées et boues à grosses particules dans le drainage municipal, la construction et l'exploitation minière.

La sélection de la turbine appropriée nécessite l'évaluation de :

• Propriétés du fluide : Viscosité, densité, teneur en solides, corrosivité.
• Besoins de performance : Débit et pression de refoulement requis.
• Objectifs de rendement : Un rendement plus élevé réduit les coûts énergétiques.
• Facteurs de maintenance : Accessibilité et fréquence de remplacement.
• Considérations de coût : Dépenses d'achat par rapport aux dépenses d'exploitation.

Les directives générales suggèrent des turbines ouvertes ou fermées pour les liquides propres, des conceptions semi-ouvertes ou à canaux pour une faible teneur en solides et des turbines vortex pour les solides lourds ou les matières fibreuses.

Le diamètre de la turbine affecte considérablement les caractéristiques de la pompe :

• Diamètres plus grands : Augmentent le débit et la pression de refoulement, mais nécessitent plus de puissance.
• Diamètres plus petits : Réduisent la demande de puissance, mais diminuent les performances.

1. Débit : Volume par unité de temps (m³/h ou GPM).
2. Pression de refoulement : Capacité d'élévation du liquide (m ou pi).
3. Densité : Densité du fluide par rapport à l'eau.
4. Viscosité : Résistance à l'écoulement affectant le rendement.
5. Concentration de solides : Teneur en particules influençant l'usure et les risques de colmatage.

Les matériaux de la turbine doivent correspondre aux caractéristiques du fluide :

• Fonte : Économique pour l'eau et les fluides généraux.
• Acier inoxydable : Résistant à la corrosion pour les produits chimiques agressifs.
• Bronze : Résiste à la corrosion et à l'abrasion de l'eau de mer.
• Plastiques techniques : Légers, rentables pour les produits chimiques doux.

Un entretien approprié de la turbine garantit un fonctionnement fiable :

• Inspection régulière de l'usure, de la corrosion ou des fissures.
• Nettoyage pour éliminer les débris et les dépôts.
• Remplacement en temps opportun des composants endommagés.
• Équilibrage dynamique pour assurer un fonctionnement en douceur.

Des facteurs supplémentaires incluent :

• Aspiration simple ou double : Les entrées doubles offrent un débit plus élevé et une poussée axiale équilibrée.
• Potentiel de modernisation : La plupart des turbines peuvent être améliorées pour améliorer les performances.
• Analyse hydraulique : Un dimensionnement précis nécessite d'adapter les dimensions de la turbine aux exigences du système.

Une conception optimisée de la turbine maximise l'efficacité énergétique tout en minimisant la consommation, une considération essentielle pour la réduction des coûts d'exploitation.