Formation conduite · Machines tournantes

Les pompes

Toutes les familles de pompes qu'on croise dans une UVE — de l'eau alimentaire aux boues, réactifs et mise sous vide. Pour chacune : le principe animé, l'usage sur l'installation et ce qui la distingue. Plus le calcul de HMT et les protections des pompes alimentaires.

Centrifuge

Multicellulaire

Submersible / vortex

Engrenages

Vis excentrée

Lobes

Doseuse

Piston

Péristaltique

Anneau liquide

Éjecteur

La HMT : ce que la pompe doit « pousser »

Une pompe apporte de l'énergie à un liquide. On la mesure par la Hauteur Manométrique Totale (HMT), exprimée en mètres de colonne d'eau (m). C'est la somme de trois choses :

Hauteur géométrique (dénivelé)Pertes de charge (frottements)Différence de pression

HMT = H_géo + pertes de charge + ΔP_réservoirs — et pour une pompe alimentaire, c'est la pression chaudière qui domine (1 bar ≈ 10,2 m).

Calculateur HMT & puissance

Débit Q (m³/h)

Hauteur géo. (m)

Pertes de charge (m)

ΔP réservoirs (bar)

Rendement η (%)

HMT

976

m CE

Puissance hydraulique

298

Puissance à l'arbre

397

kW (moteur)

Lecture : avec la pression chaudière (Δp ≈ 95 bar sur la 2630P110), la HMT atteint ~970 m — bien trop pour un seul rotor : d'où les 11 étages. Formules : HMT = H_géo + pertes + 10,2·ΔP ; P_hyd = Q·HMT/367 ; P_arbre = P_hyd/η.

Pompe centrifuge

La plus répandue à l'UVE. Une roue (impulseur) tourne vite : elle projette le liquide vers l'extérieur par force centrifuge. La volute transforme la vitesse en pression. Débit régulier, pas de à-coups.

Entrée (basse P)Sortie (haute P)

Point de fonctionnement

Le débit réel, c'est là où la courbe pompe croise la courbe du circuit. Ferme la vanne → le point remonte (moins de débit) ; ajoute une pompe → il file à droite.

Ouverture vanne : 100 % 2 pompes en parallèle

Q ≈ — · H ≈ — m

Multicellulaire (à étages) — la pompe alimentaire

Pour vaincre la pression chaudière, une seule roue ne suffit pas : la 2630P110 est une KSB HGC 3/11 à 11 étages en série sur le même arbre. La pression grimpe de ~2,4 bar à l'aspiration jusqu'à 97,6 bar au refoulement — soit Δp = 95,2 bar ≈ 970 m de HMT.

Pompe · KSB HGC 3/11

Repère	2630P110 A/B/C
Débit Q	111,6 t/h
Δp · refoulement	95,2 bar · 97,6 bar
Étages	11
Vitesse	2985 tr/min
t° maxi	130 °C
Masse · année	1041 kg · 2021

Moteur · Siemens 1LE5

Repère	2630PM110C
Puissance	538 kW direct · 480 kW variateur
Tension	400 V Δ (890 A) / 690 V Y
cos φ · η	0,90 · 96,6 % (IE3)
Vitesse	~2990 tr/min · 50 Hz
Protection	IP55 · classe F · TEFC
Masse	2,79 t

Idée clé. Débit ≈ celui d'une roue (≈ 112 t/h), mais hauteur ≈ somme des 11 étages : ~88 m chacun × 11 ≈ 970 m. Le tambour d'équilibrage encaisse la poussée axiale énorme générée par tous ces étages. Le moteur (538 kW) est largement dimensionné devant les ~400 kW absorbés.

Poussée axiale & équilibrage. Les 11 étages poussent le rotor vers l'aspiration avec une force énorme. Un tambour (ou piston) d'équilibrage en fin de pompe crée une contre-poussée ; le petit débit de fuite repart vers l'aspiration par la ligne d'équilibrage. Sans lui, la butée serait détruite en quelques tours. Amorçage : une multicellulaire doit toujours être pleine d'eau et purgée d'air avant démarrage — sinon aspiration impossible et échauffement immédiat.

Pompe submersible (roue vortex / dilacératrice)

Une centrifuge immergée directement dans le liquide, moteur étanche. Sa roue vortex (en retrait) crée un tourbillon qui entraîne le liquide sans que les solides ne touchent la roue — donc pas de bourrage. En version dilacératrice, un couteau broie les matières avant refoulement.

Sur l'UVE

Relevage des effluents, fosses et puisards, eaux sales, lixiviats, vidanges. Auto-amorçante par nature (elle est dans l'eau) ; pilotée par flotteurs / niveaux.

Points d'attention

Risque de colmatage et d'usure (produits abrasifs) ; l'entretien impose de la sortir de la fosse. Ne pas la faire tourner hors d'eau (le liquide refroidit le moteur).

Selon l'eau à relever, on choisit le type de roue :

Vortex

Eaux claires à peu chargées

La roue en retrait crée un tourbillon : le liquide passe sans que les solides ne touchent la roue. Très anti-colmatage, mais rendement un peu plus faible.

Dilacératrice

Eaux usées avec matières

Un couteau broie fibres et matières avant le refoulement → protège les petites conduites. Idéale pour effluents domestiques / organiques.

Monocanale

Eaux chargées

Un seul grand canal dans la roue laisse passer les gros passages sans bourrer. Bon compromis débit / anti-colmatage.

Associer les pompes : parallèle ou série

On installe souvent plusieurs pompes (comme les 2630P110 A/B/C). Deux montages, deux effets opposés.

Parallèle

Débit ×N · même HMT

Les pompes débitent côte à côte dans le même collecteur : on additionne les débits, la hauteur ne change pas. C'est le montage des pompes alim A/B/C (une en service, une en secours, deux ensemble en forte charge). Chaque pompe a son clapet pour ne pas refouler à travers la voisine à l'arrêt.

Série

HMT ×N · même débit

La sortie de l'une alimente l'entrée de la suivante : les hauteurs s'additionnent, le débit reste le même. C'est exactement ce que font, en interne, les 11 étages de la multicellulaire.

Pompe volumétrique

Ici, pas de force centrifuge : on emprisonne un volume de liquide et on le refoule mécaniquement (engrenages, piston, vis, lobes). Conséquence : le débit est quasi constant quelle que soit la pression, et la pompe peut monter très haut en pression. Usage : huile, produits visqueux, dosage, hydraulique.

Le liquide est transporté dans les creux des dents, le long des parois.

Centrifuge vs volumétrique

	Centrifuge	Volumétrique
Débit	varie avec la P	≈ constant
Pression	limitée / roue	très élevée
Vanne au refoulement fermée	toléré un instant (mini!)	interdit → surpression
Amorçage	à faire	souvent auto-amorçante

Attention. Une volumétrique refoule quoi qu'il arrive : on ne ferme jamais le refoulement sans soupape — sinon la pression grimpe jusqu'à la casse.

Pompe à vis excentrée (rotor-stator)

Volumétrique : un rotor métallique hélicoïdal tourne dans un stator souple (élastomère). Il se forme des cavités étanches qui avancent de l'aspiration vers le refoulement en portant le produit sans le brasser. Débit régulier, proportionnel à la vitesse.

Sur l'UVE

Idéale pour les produits visqueux, chargés ou abrasifs : boues, lait de chaux, lixiviats, polymère. Douce (ne cisaille pas les flocs), auto-amorçante, réversible, dosage précis.

Points d'attention

Le stator est une pièce d'usure. Jamais à sec : sans liquide, le frottement rotor/stator détruit l'élastomère en quelques secondes.

Pompe à lobes

Deux rotors à lobes tournent en sens inverse sans se toucher (synchronisés par des engrenages extérieurs). Le produit est transporté dans les creux, le long des parois. Pas de contact métal-métal → doux et tolérant aux solides.

Sur l'UVE

Transfert de boues et de produits visqueux/chargés. Débit régulier, réversible, se démonte vite (maintenance rapide). Ne cisaille pas le produit.

Points d'attention

Les jeux s'usent (rendement qui baisse) ; monte moins haut en pression qu'une pompe à vis. Sensible aux gros corps durs.

Pompe doseuse

Une volumétrique de précision : elle injecte un volume exact de réactif à chaque coup de membrane. On règle le débit par la course et la cadence. À l'UVE : phosphate (C5502), réducteur d'oxygène DEHA (C0757), correcteur de pH, javel…

Cadence : 40 coups/min

Plus la cadence monte, plus les gouttes tombent souvent au refoulement. Le débit = volume par coup × cadence : c'est comme ça qu'on règle un doseur.

Bon à savoir. Deux petits clapets (aspiration + refoulement) imposent le sens : la membrane aspire le réactif, puis le pousse vers l'injection. Un débit doseur se vérifie souvent à l'éprouvette (cc en X secondes).

Pompe à piston (haute pression)

Un piston (ou une membrane) fait un va-et-vient. Deux clapets imposent le sens : à l'aspiration le piston recule et aspire (clapet d'aspiration ouvert) ; au refoulement il avance et chasse le liquide (clapet de refoulement ouvert). Volumétrique → très haute pression et débit précis.

Sur l'UVE

Haute pression (nettoyage HP, injection) et dosage précis. En version membrane pneumatique (air comprimé, « AOD »), elle transfère des produits chargés/corrosifs sans moteur électrique et tolère de tourner à sec.

Points d'attention

Débit pulsé (à-coups) → souvent un amortisseur / anti-bélier. Les clapets s'usent et s'encrassent ; jamais refouler vanne fermée sans soupape.

Pompe péristaltique

Encore une volumétrique, mais rien de mécanique ne touche le produit : des rouleaux écrasent un tuyau souple contre le corps de la pompe. Le rouleau pince le tube et pousse devant lui le volume de liquide emprisonné, de l'aspiration vers l'évacuation ; derrière lui, le tube se rouvre et aspire à nouveau. Et ainsi de suite à chaque tour.

Pourquoi c'est pratique

Le produit ne touche que le tuyau : rien à nettoyer côté pompe, aucune contamination — idéal pour les produits abrasifs, chargés, corrosifs ou visqueux (lait de chaux, polymère, boues, réactifs).
Ni clapets ni garniture ; auto-amorçante, tolère de tourner à sec un instant, et réversible.
Débit proportionnel à la vitesse → dosage précis. Débit = volume entre deux rouleaux × cadence.

Le point faible

Le tuyau s'use : c'est une pièce d'usure à remplacer régulièrement (avant qu'il ne lâche). Et le débit est pulsé — un à-coup à chaque passage de rouleau. On lisse ça avec plusieurs rouleaux ou un amortisseur de pulsations.

Pompe à anneau liquide

Un cas à part : elle sert surtout à faire le vide (extraction d'air / incondensables au condenseur, amorçage).

Comment ça marche

La roue tourne excentrée dans un corps rempli d'eau : la force centrifuge plaque l'eau contre la paroi et forme l'anneau liquide. Entre deux aubes, le volume ouvert grandit côté aspiration (le gaz est aspiré) puis rétrécit côté refoulement (le gaz est comprimé et chassé). Le volume clair sur le schéma est emprisonné à l'aspiration puis relâché à la sortie.

L'eau assure l'étanchéité et refroidit le gaz : il faut une eau d'appoint permanente. Avantages : simple, tolère un peu de liquide entraîné, pas d'huile au contact du gaz. Usage : vide de condenseur, systèmes d'amorçage.

Éjecteur (pompe à jet, sans pièce mobile)

Pas de rotor ni de moteur : un fluide moteur (vapeur ou eau sous pression) accélère dans une tuyère et crée une dépression qui aspire le gaz ; un diffuseur ralentit le mélange et récupère la pression. Robuste et increvable.

Sur l'UVE

Faire le vide au condenseur (extraction des incondensables), en alternative ou complément de l'anneau liquide. Aussi pour l'amorçage de circuits.

Points d'attention

Rendement faible : consomme en continu de la vapeur / eau motrice, peu de réglage fin. En échange : aucune pièce mobile, donc quasi aucune maintenance.

Protéger les pompes alimentaires

Une pompe alimentaire est chère et travaille dur (haute pression, eau chaude). Trois protections à connaître :

Cavitation

NPSH

Si la pression à l'aspiration passe sous la tension de vapeur, l'eau « bout » et implose sur la roue → bruit de gravier, érosion. Il faut NPSH disponible > NPSH requis : bâche assez haute, eau pas trop chaude, aspiration dégagée.

Débit mini

Recirculation

À débit trop faible (vanne presque fermée), la pompe s'échauffe et vibre. Une ligne de recirculation (retour vers la bâche) garantit un débit minimal permanent, souvent automatique.

Anti-retour

Clapet SCHROEDAHL

Le clapet anti-retour au refoulement empêche l'eau de revenir en arrière quand la pompe s'arrête.

Atelier — NPSH & cavitation

L'eau alimentaire est à 130 °C : à deux doigts de bouillir. Si la pression chute à l'aspiration, elle se vaporise et cavite (bruit de gravier, érosion de la roue). La marge vient surtout de la hauteur du dégazeur au-dessus de la pompe.

Hauteur dégazeur / pompe : 18 m Pertes de charge aspiration : 2,0 m

NPSH disponible

NPSH requis (pompe)

…

NPSH_disponible ≈ hauteur dégazeur − pertes d'aspiration (le dégazeur étant à saturation, le terme de pression est ~nul). Il faut NPSH_dispo > NPSH_requis — c'est pourquoi le dégazeur est perché en hauteur.

Débit minimal & recirculation : la vanne SCHROEDAHL

À faible débit (vanne chaudière presque fermée), l'énergie de la pompe part en chaleur : elle s'échauffe et vibre. Il faut donc garantir un débit minimal. Sur la 2630P110, c'est la vanne de recirculation automatique SCHROEDAHL (type ARC) qui s'en charge : un seul corps auto-piloté qui laisse passer le débit vers la chaudière (clapet anti-retour intégré) et, dès que la demande baisse, ouvre un bypass renvoyant le débit mini vers la bâche alimentaire.

Débit demandé (vanne chaudière) : 80 %

…

Situation	Ce que fait la vanne SCHROEDAHL
Forte demande chaudière	tout le débit passe vers la chaudière — clapet A.R. ouvert, bypass fermé
Faible demande (la chaudière se ferme)	le bypass s'ouvre tout seul : le débit mini repart vers la bâche alimentaire, la pompe reste protégée
Pompe à l'arrêt	le clapet anti-retour ferme : l'eau HP de la chaudière ne peut pas refluer vers la pompe

En un mot. La SCHROEDAHL est à la fois le clapet anti-retour et la protection débit mini : la pompe alimente la chaudière, et le débit mini (à faible charge) redécharge vers la bâche alimentaire. Un seul corps auto-piloté.

Diagnostic express

Un symptôme sur une pompe alimentaire — clique pour la cause probable et l'action.

Bruit de gravier, vibrations

Cavitation — NPSH insuffisant : l'eau se vaporise et implose sur la roue. → Vérifier le niveau/pression du dégazeur, la température, l'ouverture de l'aspiration.

La pompe s'échauffe, débit très faible

Débit mini non assuré — La recirculation est fermée ou bouchée. → Contrôler la ligne de recirculation et sa vanne, rétablir le débit mini.

Débit nul alors que la pompe tourne

Désamorcée / vanne fermée / clapet collé — Pas d'eau en sortie. → Purger et réamorcer, vérifier les vannes d'aspiration/refoulement et le clapet.

La pompe de secours ne reprend pas le débit

Clapet anti-retour qui fuit — Le débit repart à l'envers par la pompe à l'arrêt. → Contrôler / changer le clapet SCHROEDAHL de la pompe arrêtée.

Déclenche au démarrage

Démarrage en charge / défaut moteur — Couple ou courant trop élevé. → Démarrer avec la vanne de refoulement dans la bonne position, vérifier la protection et le moteur.

Fuite à la garniture mécanique

Garniture usée / eau d'étanchéité — Étanchéité d'arbre défaillante. → Contrôler le débit d'eau d'étanchéité, planifier le remplacement de la garniture.

3 questions

1. Pourquoi la pompe alimentaire est-elle multicellulaire (à plusieurs étages) ?

Chaque roue ajoute sa hauteur : 4 étages ≈ 4× la hauteur, ce qu'il faut pour vaincre les ~42 bar de la chaudière. Le débit, lui, reste celui d'une roue.

2. À quoi sert la ligne de recirculation d'une pompe alimentaire ?

À trop faible débit, la pompe chauffe et vibre. La recirculation renvoie un débit mini vers la bâche pour la protéger.

3. Que fait le clapet anti-retour (SCHROEDAHL) quand la pompe s'arrête ?

C'est un sens interdit : à l'arrêt, il bloque le retour d'eau HP (pas de rotation inverse, pas de coup de bélier), et isole chaque pompe en parallèle.