Pompes multicellulaires haute pression : BB3 contre BB4

Les pompes centrifuges multicellulaires à haut débit sont souvent utilisées lorsqu'il est nécessaire de refouler de grands volumes de fluides haute pression. Il s'agit par exemple de la fourniture d'eau chauffée pour les installations de DGMV (drainage par gravité au moyen de vapeur) dans les sables bitumineux, les installations de condensation industriels, les raffineries, les pipelines et le dessalement d'eau par osmose inverse.

Pompe à plan de joint radial

Il existe un certain nombre de configurations et de versions de base pour les grandes pompes centrifuges multicellulaires. Selon le système de désignation défini dans la norme 610 de l'American Petroleum Institute (API), ce sont:

BB3 – Pompes à plan de joint axialDans cette catégorie de pompes (également connues sous le nom de pompes à plan de joint horizontal), le corps est composé de pièces boulonnées par un certain nombre de goujons situés autour du corps (voir figure 1). L'arbre et les roues sont supportés par des paliers placés aux extrémités du corps. En général, les roues sont disposées en deux groupes séparés par une douille centrale ou un joint. Les roues de ces deux groupes sont montées dos-à-dos, de sorte que la poussée axiale créée par les roues est largement équilibrée. Toutefois, cette disposition signifie que l'acheminement interne du fluide à travers la pompe est quelque peu compliqué. Le fluide basse pression entre dans la pompe et s'écoule à travers plusieurs étages de roue où la pression augmente. Le fluide à moyenne pression est dirigé jusqu'à l'extrémité opposée du corps, puis à travers plusieurs autres étages de roue. Finalement, le fluide haute pression sort près du centre de la machine.

Pompe à plan de joint axial BB3

Pompe à plan de joint axial BB3

Les pompes BB3 sont couramment utilisées dans les raffineries de pétrole et les pipelines, tant pour l'eau que pour les produits pétroliers.

BB4 – Pompes à plan de joint radial
Les pompes à plan de joint radial (également appelées pompes à corps segmenté) sont composées de plusieurs segments de corps cylindriques, un pour chaque étage, qui sont « empilés » sur la longueur de l'arbre et placés entre deux pièces d'extrémité. L'ensemble est maintenu par plusieurs boulons hautement résistants parallèles à l'arbre (voir figures 2 et 3). Les roues sont toutes orientées dans la même direction, de sorte que l'écoulement du fluide à travers la pompe est très simple : entrée à une extrémité et sortie par l'autre. Un seul disque d'équilibrage compense la poussée axiale générée par les roues.

Pompe à plan de joint radial

Pompe à plan de joint radial

Les pompes à plan de joint radial sont utilisées pour fournir l'eau surchauffée haute pression nécessaire à la récupération du bitume chauffé des sables bitumineux par le procédé DGMV. De plus, elles sont souvent utilisées comme pompes d'alimentation de chaudières, pour les installations d'épuration d'eau par osmose inverse et dans les applications industrielles où les températures sont élevées.

BB5 – Pompes à plan de joint radial à double corps
En principe, ce type de pompes, également connues sous le nom de pompes barrel, sont des pompes à plan de joint radial dotées d'un corps cylindrique supplémentaire qui protège les segments et maintient ensemble les composants internes. Ce type de pompe a été élaboré en grande partie en réponse à l'opinion répandue que les pompes à plan de joint radial « ordinaires » sont sujettes à un risque de fuite accru en raison de leurs multiples joints. (En pratique, KSB, qui compte plus de 100 ans d'expérience avec cette conception, n'a jamais rencontré de problèmes de fuite avec des pompes à plan de joint radial correctement entretenues.)

Caractéristiques des pompes à plan de joint radial BB4
Simplicité et faible encombrement
Comme indiqué ci-dessus, l'« architecture » interne des pompes à plan de joint radial est très simple. Le fluide entre à une extrémité par la tubulure d'aspiration axiale, puis passe par les étages successifs à des pressions croissantes, et sort par la tubulure de refoulement à l'extrémité opposée (voir figure 3). Grâce à cette simplicité, ces pompes sont relativement compactes et faciles à mettre en place sur le sol de l'usine. La configuration de l'usine est également simplifiée, car les tubulures d'aspiration et de refoulement peuvent être orientées en fonction du plan des tuyauteries. 

Pompe à plan de joint radial

Pompe à plan de joint radial

Démarrage rapide
Les corps des pompes à plan de joint radial sont beaucoup moins massifs que ceux des pompes à plan de joint axial dont les débits et hauteurs manométriques nominaux sont équivalents. En outre, les éléments constitutifs de la pompe sont disposés de manière largement symétrique autour de l'arbre. Ces différents facteurs font que les pompes à plan de joint radial démarrent et montent en régime dans un bref délai, même lorsque le fluide pompé est surchauffé. Par contre, la grande masse et la forme compliquée des corps des pompes à plan de joint axial font que ces machines doivent être amenées lentement à température pour éviter les contraintes thermiques dommageables. Par conséquent, les pompes à plan de joint radial sont beaucoup plus adaptées aux applications impliquant le refoulement de fluides surchauffés.

Garnitures d'arbre
Pour les pompes à plan de joint radial avec tubulure d'aspiration axiale, une seule garniture d'arbre est nécessaire au côté refoulement / entraînement de l'arbre. En comparaison, les pompes à plan de joint axial nécessitent des garnitures d'arbre aux deux extrémités de l'arbre, ce qui double le risque de défaillance.

Maintenance aisée
Les pompes à plan de joint radial bien conçues (p. ex. la gamme HG de KSB) intègrent des fonctions qui permettent de réaliser de nombreuses interventions de maintenance périodique, telles que le remplacement des garnitures d'arbre et des paliers, sans devoir désassembler complètement le corps de pompe. Si des réparations plus importantes sont nécessaires, la conception simple de ces pompes facilite la tâche. Prenons l'exemple d'une pompe dans laquelle un ou plusieurs étages sont endommagés. Étant donné que le corps de chaque étage est un composant distinct, les réparations peuvent être effectuées en déposant et en réparant ou en remplaçant des cellules et des roues séparément. Bien qu'un démontage complet de la pompe soit impliqué, la plupart des composants peuvent rester sur site. Pour les pompes à plan de joint axial, une réparation importante du corps peut exiger le transport du corps entier à un atelier de réparation.

Rendement
Grâce à l'écoulement simplifié du fluide dans les pompes à plan de joint radial, leur efficacité énergétique dépasse généralement celle des pompes à plan de joint axial (voir figure 4).

Rendement global des pompes haute pression multicellulaires monoflux

Rendement global des pompes haute pression multicellulaires monoflux

Toute amélioration de l'efficacité énergétique de ces très grandes pompes est importante puisqu'elles consomment une grande part du budget énergétique total d'une installation industrielle.

Pompes à plan de joint radial KSB
KSB fait figure de pionnier dans le développement du concept de pompe à plan de joint radial et est désormais l'un des principaux fournisseurs de grandes pompes haute pression multicellulaires reposant sur cette conception. Voici quelques exemples de la gamme de produits de KSB.

Pompes HGM
L'équipe de développement de KSB Pumps, responsable de la gamme de pompes HGM, a examiné chaque étape du cycle de vie d'une pompe de chaudière afin de minimiser les coûts d'installation, d'exploitation et de maintenance. Résultat : une conception extrêmement compacte, ce qui simplifie le tracé de la tuyauterie favorisant un écoulement efficace et un accès facile. Les pompes HGM sont les seules de cette classe dotées de paliers lubrifiés directement par l'eau traversant la pompe. Aucune conduite d'alimentation, aucune pompe à huile, aucun autre équipement généralement associé aux circuits d'huile de lubrification ne sont nécessaires. Cela permet de réduire les coûts d'installation et de maintenance, voire d'éliminer le coût de mise au rebut de l'huile usagée ! La combinaison d'arbres courts et de paliers lubrifiés par le fluide pompé peu espacés permet d'obtenir des pompes silencieuses, à fonctionnement tranquille et à intervalles de maintenance prolongés. Les pompes HGM sont à aspiration axiale et équipée d'une roue aspiratrice, cette combinaison permettant d'obtenir de faibles niveaux de NPSH (hauteur d'aspiration nette absolue).

Pompe HGM

Pompe HGM

La gamme HGM comprend sept configurations hydrauliques et affiche des débits de 10 à 274 mètres cubes par heure et des hauteurs manométriques allant jusqu'à 1 100 m. Il est donc facile de sélectionner une configuration avec un point de fonctionnement optimal adaptée aux exigences de la chaudière. La pompe peut fonctionner à un niveau proche de son rendement maximal et réduire ses coûts d'énergie. La modularité, associée à la logistique avancée des pompes KSB, permet d'assembler rapidement des configurations spéciales et de les livrer sur le site du client.

Les pompes HGM de KSB sont utilisées dans plusieurs projets d'extraction de sables bitumineux pour fournir de l'eau d'alimentation aux éléments de chauffage à vapeur qui génèrent de la vapeur haute pression utilisée dans le processus de DGMV. Les pompes HGM sont installées dans les usines de pâte à papier, les centrales électriques et les chaudières industrielles.

Pompes HGB et HGC
Ces « grandes sœurs » des pompes de la gamme HGM sont utilisées dans les applications industrielles où des débits et des hauteurs manométriques nominales plus élevées sont nécessaires. Les débits s'élèvent à 1 650 mètres cubes par heure, tandis que les hauteurs manométriques atteignent jusqu'à 4 200 mètres ! Grâce à plus de 100 combinaisons roue/diffuseur disponibles, les clients peuvent trouver une configuration dont le point de meilleur rendement est proche du point de fonctionnement requis de l'application.

Pompe HG

Pompe HG

Les pompes de la gamme HG présentent des performances exceptionnelles en tant que pompes d'alimentation de chaudière dans les centrales électriques et en tant que source d'eau haute pression pour les applications de détartrage et d'élimination de l'écorce des arbres.

Pompes Multitec
La gamme Multitec à corps segmenté est disponible en six tailles, avec des diamètres de tubulures de refoulement compris entre 32 et 150 mm. Différentes tailles de roue et nombres d'étages sont au choix des ingénieurs de KSB qui peuvent proposer 15 configurations hydrauliques différentes : ainsi, les concepteurs d’installations peuvent choisir une pompe optimale pour leur application (la plus petite taille de la gamme a un débit maximal de 29 m3/h, tandis que les plus grandes peuvent fournir jusqu'à 850 m3/h). Mais la polyvalence ne s'arrête pas à la modularité. Les pompes KSB Multitec sont disponibles avec des corps et éléments hydrauliques fabriqués à partir de divers matériaux, y compris la fonte, le bronze, l'acier moulé et les alliages d'acier CrNiMo à haute résistance mécanique et à la corrosion. Plusieurs configurations d'étanchéité sont disponibles, avec ou sans refroidissement, de sorte que les pompes peuvent être utilisées avec une large gamme de fluides (eau, eau saline, solvants, lubrifiants et carburants) et à des températures allant jusqu'à 200 °C.

Pompe Multitec

Pompe Multitec

Les pompes Multitec offrent également une grande flexibilité au concepteur en matière de configuration de l'installation : la plupart des tailles de pompes permettent un montage vertical ou horizontal ainsi que différentes configurations de tubulures.