Pompe à flux axial - Axial-flow pump

Une pompe à flux axial à usage industriel

Une pompe à flux axial , ou AFP, est un type courant de pompe qui consiste essentiellement en une hélice (une roue axiale ) dans un tuyau. L'hélice peut être entraînée directement par un moteur étanche dans le tuyau ou par un moteur électrique ou des moteurs essence / diesel montés sur le tuyau de l'extérieur ou par un arbre d'entraînement à angle droit qui perce le tuyau.

Les particules de fluide, au cours de leur écoulement à travers la pompe, ne changent pas de position radiale puisque le changement de rayon à l'entrée (appelé «aspiration») et à la sortie (appelé «refoulement») de la pompe est très faible. D'où le nom de pompe «axiale».

Opération

Le triangle de vitesse pour une pompe à flux axial

Une pompe à écoulement axial comporte une hélice de type de fonctionnement de la turbine dans un boîtier. La pression dans une pompe à écoulement axial est développée par l'écoulement de liquide sur les pales de la roue. Le fluide est poussé dans une direction parallèle à l'arbre de la roue, c'est-à-dire que les particules de fluide, au cours de leur écoulement à travers la pompe, ne changent pas de leurs emplacements radiaux. Il permet au fluide d'entrer axialement dans la roue et de décharger le fluide presque axialement. L'hélice d'une pompe à flux axial est entraînée par un moteur.

Remarques

Les aubes de diffuseur fixes sont utilisées pour éliminer la composante tourbillonnaire ( ) de la vitesse de décharge de la roue et pour convertir l'énergie en pression. ${\ displaystyle V _ {\ rm {w2}}}$
Les aubes de la roue peuvent être réglables.
La machine peut être équipée d'aubes de pré-entrée pour éliminer la pré-rotation et rendre l'écoulement purement axial.

Travail effectué sur le fluide par poids unitaire = ${\ displaystyle U {\ frac {(V _ {\ rm {w2}} - V _ {\ rm {w1}})} {g}}}$

où est la vitesse de la lame. ${\ displaystyle U = U _ {\ rm {2}} = U _ {\ rm {1}}}$

Pour un transfert d'énergie maximal , c'est-à-dire ${\ displaystyle V _ {\ rm {w1}} = 0}$ ${\ displaystyle \ alpha _ {\ rm {1}} = 90 \ deg}$

Par conséquent, à partir du triangle de vitesse de sortie , nous avons

${\ displaystyle V _ {\ rm {w2}} = U-V _ {\ rm {f2}} \ cot \ beta _ {\ rm {2}}}$

Par conséquent, le transfert d'énergie maximal par unité de poids par une pompe à flux axial = ${\ displaystyle U {\ frac {(U-V _ {\ rm {f2}} \ cot \ beta _ {\ rm {2}})} {g}}}$

Conception de la lame

Les pales d'une pompe à flux axial sont tordues

Dans une pompe à écoulement axial, les aubes ont une section de profil aérodynamique sur laquelle le fluide s'écoule et la pression est développée. Pour un débit constant, nous avons ${\ displaystyle V _ {\ rm {f1}} = V _ {\ rm {f2}} = V _ {\ rm {f}}}$

Ainsi, le transfert d'énergie maximal vers le fluide par unité de poids sera

${\ displaystyle U {\ frac {(U-V _ {\ rm {f}} \ cot \ beta _ {\ rm {2}})} {g}}}$

Pour un transfert d'énergie constant sur toute la portée de la pale, l'équation ci-dessus doit être constante pour toutes les valeurs de . Mais, augmentera avec une augmentation du rayon , donc pour maintenir une valeur constante une augmentation égale de doit avoir lieu. Depuis, est constant, doit donc augmenter en augmentant . Ainsi, la lame est tordue lorsque le rayon change. ${\ displaystyle r}$ ${\ displaystyle U ^ {2}}$ ${\ displaystyle r}$ ${\ displaystyle UV _ {\ rm {f}} \ cot \ beta _ {\ rm {2}}}$ ${\ displaystyle V _ {\ rm {f}}}$ ${\ displaystyle \ cot \ beta _ {\ rm {2}}}$ ${\ displaystyle r}$

Caractéristiques

Courbe caractéristique d'une pompe à flux axial. Les lignes rouges montrent les différentes performances à différents pas de pale, les lignes bleues la puissance absorbée.

Les caractéristiques de performance d'une pompe à flux axial sont indiquées sur la figure. Comme le montre la figure, la hauteur de refoulement au débit nul peut être jusqu'à trois fois la hauteur de refoulement au meilleur point d'efficacité de la pompe. De plus, la puissance requise augmente à mesure que le débit diminue, la puissance la plus élevée étant consommée au débit nul. Cette caractéristique est opposée à celle d'une pompe centrifuge à flux radial où la demande de puissance augmente avec une augmentation du débit. De plus, les besoins en puissance et la hauteur de la pompe augmentent avec une augmentation du pas, permettant ainsi à la pompe de s'ajuster en fonction des conditions du système pour fournir le fonctionnement le plus efficace.

Avantages

Le principal avantage d'une pompe à écoulement axial est qu'elle présente un refoulement (débit) relativement élevé à une hauteur relativement faible (distance verticale). Par exemple, il peut pomper jusqu'à 3 fois plus d'eau et d'autres fluides à des ascenseurs de moins de 4 mètres par rapport à la pompe centrifuge ou radiale plus courante . Il peut également être facilement ajusté pour fonctionner à un rendement maximal à faible débit / haute pression et à haut débit / basse pression en modifiant le pas de l'hélice (certains modèles uniquement).

L'effet de rotation du fluide n'est pas trop sévère dans une pompe axiale et la longueur des aubes de la roue est également courte. Cela conduit à des pertes hydrodynamiques plus faibles et à des rendements d' étage plus élevés . Ces pompes ont la plus petite des dimensions parmi la plupart des pompes conventionnelles et sont plus adaptées aux faibles charges et aux débits plus élevés.

Applications

Modèle thaïlandais de 8 pouces x 20 pieds de long pompe à flux axial alimenté par un tracteur à deux roues de 12 chevaux soulevant l'eau d'un canal d'irrigation dans les rizières à proximité via un tuyau de distribution flexible en plastique

L'une des applications les plus courantes des AFP serait le traitement des eaux usées provenant de sources commerciales, municipales et industrielles.

Dans les voiliers, les AFP sont également utilisés dans les pompes de transfert utilisées pour le ballast de voile . Dans les centrales électriques, ils sont utilisés pour pomper l'eau d'un réservoir, d'une rivière, d'un lac ou d'une mer pour refroidir le condenseur principal. Dans l'industrie chimique, ils sont utilisés pour la circulation de grandes masses de liquide, comme dans les évaporateurs et les cristallisoirs . Dans le traitement des eaux usées , un AFP est souvent utilisé pour la recirculation interne de la liqueur mixte (c'est-à-dire le transfert de la liqueur mixte nitrifiée de la zone d'aération à la zone de dénitrification).

Dans l'agriculture et la pêche, des AFP de très grande puissance sont utilisés pour soulever l'eau pour l'irrigation et le drainage. En Asie de l'Est, des millions d'unités mobiles de plus petite puissance (6-20 CV) sont principalement alimentées par des moteurs diesel et essence monocylindres. Ils sont utilisés par les petits agriculteurs pour l'irrigation des cultures, le drainage et la pêche. Les conceptions de turbine se sont également améliorées, apportant encore plus d'efficacité et réduisant les coûts énergétiques de l'agriculture. Les conceptions antérieures mesuraient moins de deux mètres de long, mais de nos jours, elles peuvent atteindre jusqu'à 6 mètres ou plus pour leur permettre de «toucher» plus en toute sécurité la source d'eau tout en permettant à la source d'alimentation (plusieurs fois que des tracteurs à deux roues sont utilisés). maintenue dans des positions plus sûres et plus stables, comme le montre l'image ci-contre.

Voir également

Références

Bibliographie

SM Yahya "Turbines Compressors and Fans, 3rd edition", Tata McGraw-Hill Education, 2005
A Valan Arasu "Turbo Machines, 2ème édition", Vikas Publishing House Pvt. Ltd.

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