Comment faire fonctionner une pompe auto-amorçante : étapes de démarrage, temps d'amorçage et corrections de défauts

Comment une pompe auto-amorçante fait réellement sortir l’air de la conduite d’aspiration

Une pompe auto-amorçante sans joint de la série WFB qui soulève l'eau à 4 m d'un puisard atteint normalement son plein débit en 45 à 90 secondes. Si la pression de refoulement est toujours stable après trois minutes, arrêtez le moteur. Une pompe qui continue de rechercher une fuite d'air va chauffer, user ses pièces rotatives et ne débitera toujours rien, et la cause se situe du côté de l'aspiration dans la grande majorité des cas.

La raison pour laquelle le côté aspiration domine est simple. Une pompe auto-amorçante n'est pas une pompe à vide. Il n’y a pas de dispositif de traitement de l’air séparé monté à côté. Il utilise le liquide déjà présent dans son propre boîtier pour extraire l'air du tuyau d'aspiration par des passages répétés. Tout ce qui laisse rentrer l’air ou qui réduit le volume de liquide disponible pour ces passages ralentit le processus ou l’arrête complètement.

À l’intérieur du boîtier se trouve une chambre d’amorçage surdimensionnée qui entoure et se trouve au-dessus de la turbine. Avant le premier démarrage, cette chambre doit être remplie de liquide à travers le bouchon d'amorçage jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau marqué ou déborde. Ce liquide stocké est le seul outil dont dispose la pompe pour déplacer l’air.

Lorsque le moteur démarre, la turbine projette le liquide stocké vers l'extérieur. La pression au niveau de l'œil de la turbine tombe en dessous de la pression atmosphérique, de sorte que l'air de la conduite d'aspiration est aspiré et mélangé au liquide. Le mélange est poussé dans la chambre de séparation côté refoulement, où il ralentit, l'air se sépare et s'échappe par le raccord de refoulement, et le liquide retombe vers l'œil de la turbine pour être à nouveau rejeté. Chaque passage élimine une partie de la colonne d'air dans la conduite d'aspiration. Lorsque la conduite est pleine de liquide, l’amorçage est terminé et la pression de refoulement atteint le point de service.

Ce cycle explique trois choses que les opérateurs se trompent souvent. Le temps d'amorçage est proportionnel au volume d'air qui doit être évacué, c'est pourquoi une conduite d'aspiration longue ou surdimensionnée prend plus de temps qu'une conduite directe courte. Une petite fuite d'air qui ne se manifesterait jamais lors d'un test de pression peut ajouter une minute ou plus, car la pompe continue de remplir le même tuyau. Et le niveau de liquide dans le boîtier est aussi important que n'importe quelle pièce mécanique, car un boîtier à moitié rempli a moins de passages disponibles par minute.

Une conception sans joint élimine l’une des plus grandes sources de problèmes. Dans les pompes WFB et auto-amorçantes non étanches similaires, l'arbre ne traverse pas la paroi du boîtier sur un joint rotatif, il n'y a donc pas de face de garniture mécanique à rayer, pas de presse-étoupe qui goutte et pas de cavité de joint pour purger l'air. Sur les pompes qui utilisent une garniture mécanique, la garniture est un élément d'usure normale et devient un passage d'air une fois les faces usées.

La différence apparaît à la mise en service. Le pompe auto-amorçante automatique non scellée La famille est conçue pour les tâches où la conduite d'aspiration est longue, la pompe se trouve au-dessus de la surface du liquide et personne n'est disponible pour recharger le boîtier à chaque quart de travail.

Les performances d’amorçage sont mesurables et cela vaut la peine d’inscrire les chiffres dans le dossier de mise en service. Le tableau ci-dessous donne des plages réalistes pour une eau claire à 20 degrés Celsius avec le boîtier chargé au niveau marqué et la conduite d'aspiration d'une taille plus grande que l'entrée de la pompe.

Vérifications préalables au démarrage qui déterminent si la pompe s'amorce ou non

La plupart des échecs d’amorçage se produisent avant la mise sous tension du moteur. Six contrôles prennent une dizaine de minutes et en suppriment la majorité.

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Deux de ces contrôles méritent une place permanente dans la routine de l'opérateur : le niveau du carter et l'étanchéité de la conduite d'aspiration. À eux deux, ils représentent la majeure partie des appels qui commencent par une pompe qui ne soulève pas l’eau.

La séquence de départ, étape par étape

La procédure ci-dessous convient à une pompe horizontale auto-amorçante sur puisard humide avec clapet de pied, qui couvre la plupart des tâches de drainage, de transfert et d'eaux usées. Les installations verticales et à arbre long suivent la même logique avec des vannes disposées différemment.

1. Confirmez que la pompe est chargée au niveau marqué. Si le boîtier s'est vidé depuis le dernier passage, remplissez-le à nouveau via le bouchon d'amorçage.
2. Ouvrir complètement la soupape d'aspiration et la laisser ouverte. L'étranglement du côté aspiration d'une pompe auto-amorçante provoque la cavitation et ralentit le cycle d'évacuation de l'air.
3. Réglez la vanne de décharge d'un quart à un tiers ouverte. L'air quitte le boîtier plus facilement en cas de faible contre-pression.
4. Vérifier que la conduite de refoulement n'est pas déjà remplie de liquide sous pression provenant d'une autre source. Une décharge sous pression peut repousser l'eau dans le boîtier et inonder la chambre d'amorçage.
5. Démarrez le moteur et surveillez l'ampèremètre plutôt que le tuyau. Pendant le traitement de l'air, le courant se situe presque à vide ; à mesure que le liquide arrive, il monte vers le point de service.
6. Écoutez le changement de note. Un mélange air-liquide produit un son rugueux et déferlant, et il devient stable et silencieux lorsque le dernier air s'en va.
7. Surveillez le manomètre de refoulement. Il devrait commencer à grimper dans la fenêtre d’amorçage attendue du tableau ci-dessus.
8. S'il n'y a pas d'augmentation de pression dans les trois à cinq minutes, arrêtez le moteur et enquêtez. Un fonctionnement continu sans débit de liquide chauffe le boîtier et endommage les joints, les roulements et les bagues d'usure.
9. Une fois le débit établi, ouvrez lentement la vanne de décharge jusqu'au point de service. Réglez le débit avec la vanne de refoulement, jamais avec la vanne d'aspiration.
10. Enregistrez le vide d'aspiration, la pression de refoulement et le courant du moteur au point de fonctionnement. Comparez-les avec la courbe publiée pour le modèle de pompe.
11. Vérifiez la zone du joint et le presse-étoupe. Une garniture mécanique ne doit présenter aucun jet visible et un presse-étoupe emballé doit s'égoutter lentement et régulièrement plutôt que de sécher.
12. Après trente minutes de fonctionnement stable, vérifiez la température du boîtier de roulement à la main ou avec un thermomètre à contact et écoutez toute nouvelle vibration ou bruit.

À quoi ressemble la normale sur les jauges

Les enregistrements de mise en service ne sont utiles que si l'opérateur sait quelles lectures indiquent un fonctionnement sain. Sur une pompe soulevant 4 m d’eau propre à son point de conception, le modèle suivant est typique.

• Vacuomètre d'aspiration : une lecture constante entre 0,02 et 0,05 MPa, sans fluctuation rapide. Une jauge qui oscille fortement suggère que la pompe aspire des gouttes d'air.
• Manomètre de refoulement : stable à ou près de la pression de conception, avec une légère baisse à mesure que le débit augmente à travers la vanne de refoulement ouverte.
• Ampèremètre : égal ou inférieur au courant de pleine charge indiqué sur la plaque signalétique, stable une fois l'amorçage terminé. Une lecture qui augmente lentement pendant une analyse signifie généralement que le liquide chauffe ou que la décharge est trop étranglée.
• Débit : à plus ou moins dix pour cent du chiffre de conception lorsqu'il est mesuré au point de service.
• Son et vibration : uniformes, sans les crépitements qui indiquent une cavitation ou les cognements rythmés qui indiquent des problèmes de roulement ou d'alignement.
• Zone de joint : à sec sur garniture mécanique, ou en goutte à goutte contrôlée sur presse-étoupe garni.

Un écart par rapport à ce modèle est le premier avertissement donné par une pompe auto-amorçante. Un vide croissant avec une pression de refoulement en baisse indique un filtre bloqué ou une vanne d'aspiration partiellement fermée. Une chute du vide avec une pression de refoulement inchangée signifie généralement que le niveau de la source d'aspiration a baissé et que la pompe commence à aspirer de l'air. Un courant croissant avec un débit inchangé entraîne une traînée mécanique ou une viscosité du liquide plus élevée que celle pour laquelle la pompe a été sélectionnée.

Pourquoi le temps d'amorçage dérive après la mise en service

Une pompe qui s'amorçait en 60 secondes lors de la mise en service et qui prend désormais quatre minutes n'a pas changé de conception. Quelque chose dans le système a changé. Le tableau ci-dessous montre la contribution relative des causes habituelles, mesurée sur un élévateur de 4 m avec un volume d'aspiration de 22 litres.

Le classement est cohérent dans toutes les installations, et c'est la raison pour laquelle la conduite d'aspiration est vérifiée avant la turbine. Une fuite au niveau d’un joint ne coûte rien à réparer et prend plus de retard qu’une turbine usée. L'usure interne est cependant importante et elle modifie la forme de la courbe plutôt que le point de départ : une pompe avec un jeu de bague d'usure ouvert perd à la fois la vitesse d'amorçage et la hauteur de chute maximale.

Les facteurs qui affectent le temps d'amorçage de l'eau plus en détail, y compris la température et la géométrie des tuyaux, sont traités dans cette note sur facteurs qui affectent le temps d'amorçage , qui mérite d'être lu parallèlement à un dossier de mise en service.

Tableau des défauts : Symptôme, Cause probable, Action corrective

Le diagnostic sur le terrain fonctionne mieux lorsque le symptôme correspond à la cause la plus probable avant le démontage d'une pièce. Le tableau ci-dessous reprend les défauts signalés le plus souvent sur les installations auto-amorçantes.

Enveloppe de fonctionnement : fonctionnement à sec, solides, température et viscosité

La capacité d’auto-amorçage et la tolérance à la marche à sec sont deux propriétés différentes, et les confondre coûte cher. Une pompe qui s'amorce automatiquement a toujours besoin de liquide à l'intérieur du boîtier pour refroidir et lubrifier les pièces rotatives. Dix à soixante secondes de fonctionnement à air uniquement pendant un cycle d'amorçage normal sont inoffensifs. Dix minutes ne le sont pas.

Lorsque le procédé ne peut pas garantir un liquide à l'aspiration, deux options fonctionnent de manière fiable. Le premier est un contrôle du niveau de liquide qui arrête le moteur avant que le puisard ne se vide, à l'aide d'interrupteurs à flotteur ou d'électrodes connectées au démarreur. La seconde est une conception qui tolère un fonctionnement intermittent à sec, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles la construction WFB sans joint est courante dans le service de drainage et d'effluents : sans joint rotatif face à la rayure, le mode de défaillance lors d'un bref fonctionnement à sec est beaucoup moins grave.

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La manipulation des solides est une question de sélection distincte. Les pompes auto-amorçantes pour déchets font passer des sphères d'environ 25 mm à 76 mm selon le modèle et le type de roue, et la crépine sur la conduite d'aspiration doit être suffisamment grossière pour ne pas aveugler les mêmes solides. Dans le cas de boues, le matériau de la roue et le jeu entre la roue et la plaque d'usure déterminent davantage la durée de vie que la taille de la pompe.

• Viscosité : les pompes centrifuges auto-amorçantes fonctionnent mieux en dessous d'environ 100 cSt. Au-dessus de cela, le débit et la hauteur d'élévation diminuent rapidement et une pompe volumétrique est généralement la meilleure solution.
• Température : les boîtiers standards conviennent aux liquides jusqu'à environ 80 degrés Celsius. Au-delà, spécifiez des roulements à haute température, des joints appropriés et un joint compatible avec le fluide, et attendez-vous à ce que le temps d'amorçage s'allonge à mesure que la pression de vapeur augmente.
• Immersion par aspiration : maintenir au moins un diamètre de tuyau et demi de liquide au-dessus de l'entrée d'aspiration pour éviter la formation d'un vortex et l'aspiration de l'air vers le bas.
• Hauteur d'aspiration nette positive : gardez toujours une marge d'au moins 0,5 m au dessus de la valeur requise, et plus sur les liquides chauds.
• Cycle de service : un fonctionnement continu est normal. Les cycles de démarrage et d'arrêt fréquents sollicitent le moteur et le joint. Dimensionnez donc un réservoir de contrôle qui donne au moins quatre démarrages par heure au maximum.

Arrêt, veille et redémarrage

Arrêtez une pompe auto-amorçante de la même manière à chaque fois, car un arrêt incohérent est ce qui transforme un court redémarrage en un cycle d'amorçage complet.

1. Fermez lentement la vanne de refoulement pour réduire le débit sans créer de surpression dans la conduite.
2. Arrêtez le moteur et laissez la pompe ralentir. Ne redémarrez pas dans les trente secondes ; le liquide dans le boîtier doit se déposer.
3. Laissez la vanne d'aspiration ouverte si la pompe doit redémarrer bientôt, afin que le boîtier et la conduite d'aspiration restent inondés.
4. En cas de veille prolongée, isoler le refoulement avec un clapet anti-retour, maintenir le corps chargé et tourner l'arbre à la main toutes les deux semaines si la pompe est restée au ralenti et que le liquide a tendance à se décanter.
5. Vidangez le boîtier, le boîtier d'étanchéité et toute enveloppe de refroidissement avant le gel. Le liquide emprisonné qui se dilate à l’intérieur d’un boîtier peut le fissurer.
6. En service d'eaux usées, rincez le boîtier après l'arrêt si le liquide a tendance à déposer des solides, et nettoyez en même temps le filtre.

Le redémarrage après une longue période d'inactivité mérite sa propre routine. Tourner l'arbre à la main pour vérifier que rien n'est grippé, vérifier que le carter est toujours chargé, confirmer que la vanne de décharge est en position d'amorçage puis traiter le démarrage comme un premier démarrage. Si la pompe est restée inactive pendant des mois, attendez-vous à un temps d'amorçage plus long lors du premier fonctionnement et surveillez l'ampèremètre plus attentivement que d'habitude.

Des intervalles de maintenance qui garantissent la fiabilité de l'amorçage

Les pompes auto-amorçantes tombent rarement en panne soudainement. Ils perdent en performances par petits incréments, et ces incréments sont visibles lors des contrôles de routine.

Deux mesures valent plus que n’importe quelle inspection visuelle. Le jeu de la bague d'usure, mesuré à l'aide de jauges d'épaisseur à travers l'ouverture d'aspiration, vous indique si la pompe peut encore créer le vide nécessaire pour s'amorcer rapidement. La tendance des vibrations des roulements vous indique si un problème mécanique se développe des semaines avant qu’il ne se transforme en panne. Les deux sont rapides à prendre et tous deux appartiennent à un journal écrit.

Spécification d'une pompe auto-amorçante pour des conditions de service réelles

La fiche technique est l'endroit où la plupart des problèmes de fonctionnement sont évités ou créés. Une pompe sélectionnée uniquement en fonction du débit et de la hauteur d'élévation s'amorcera mal et s'usera rapidement si les conditions d'aspiration et les propriétés du fluide restent vides.

• Débit et hauteur totale au point de service, pas au point maximum de la courbe.
• Hauteur d'aspiration réelle depuis la surface du liquide jusqu'à l'axe de la pompe, plus la longueur et le diamètre de la conduite d'aspiration.
• Données sur le fluide : densité, viscosité, température, pH, taille et concentration des solides, et si le liquide a tendance à former de la mousse.
• Matériau de construction : fonte pour eau neutre, acier inoxydable ou qualités alliées pour les tâches chimiques et chargées de sel, matériaux durcis pour les boues abrasives.
• Méthode d'étanchéité : garniture mécanique avec rinçage correct ou construction sans joint pour les tâches où la pénétration d'air ou le risque de marche à sec sont élevés.
• Caractéristiques du moteur : puissance avec une marge de service, une tension, un type de boîtier et une classe d'isolation appropriés, avec une construction antidéflagrante là où l'environnement l'exige.
• Contrôle et protection : contrôle de niveau à flotteur ou à électrode, protection contre la marche à sec et variateur de fréquence si le service varie au cours de la journée.

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La question énergétique appartient également au cahier des charges. Une pompe auto-amorçante fonctionnant bien à droite de son point de meilleur rendement consomme plus d'énergie pour le même débit et charge plus fortement les roulements. Le réglage de la roue ou le changement de vitesse avec un entraînement permettent souvent de récupérer la différence en un an, en particulier pour les tâches de refroidissement, de transfert et de drainage qui fonctionnent en continu.

Comment les tests en usine éliminent les surprises d'amorçage avant la livraison

Le comportement d'amorçage est mesurable sur un banc d'essai, et les pompes dont les performances sont testées avant expédition arrivent sur site avec beaucoup moins de problèmes de mise en service. Une plate-forme complète de test de pompes peut vérifier les caractéristiques de débit, de hauteur, de puissance et d'amorçage sur une large gamme de tailles plutôt que de s'appuyer sur un seul contrôle ponctuel.

Du côté de la production, cela signifie une capacité de test couvrant des diamètres de pompe d'environ 32 mm à 1 200 mm, une puissance de moteur de 1,1 kW à 1 200 kW et des tensions d'alimentation de 380 V à 10 kV. Une plate-forme de cette gamme permet de vérifier la même famille de pompes sur de petites unités de transfert et de grandes machines de drainage ou de traitement sans envoyer la commande du client à un tiers.

La capacité de production est importante pour la même raison. Deux bases de fabrication d'une superficie combinée approchant les 60 000 mètres carrés, six ateliers de production, deux ateliers d'assemblage et un atelier de test dédié, équipés de plus de 160 ensembles d'équipements d'usinage, permettent aux travaux de carter et de turbine, d'assemblage et de vérification des performances de rester sous un même toit. Les travaux de conception réalisés avec les équipes de recherche universitaires en technologie des fluides se répercutent sur la géométrie de la roue, qui détermine à la fois la vitesse et l'efficacité de l'amorçage.

Pour l’acheteur, la valeur pratique est simple. Demandez le procès-verbal d'essai avec la livraison : débit au point de service, hauteur manométrique, puissance absorbée et temps d'amorçage mesuré au banc. Ces quatre chiffres vous indiquent si la pompe de votre fondation se comportera comme promis par le calcul de sélection.

Foire aux questions

Une pompe auto-amorçante peut-elle fonctionner à sec ?

Seulement brièvement. La pompe a besoin de liquide dans le boîtier pour créer le vide qui aspire l'air de la conduite d'aspiration et pour évacuer la chaleur du joint et des roulements. De courtes périodes de séchage de dix à soixante secondes au cours d'un cycle d'amorçage normal font partie de la conception. Un fonctionnement à sec pendant quelques minutes à la fois endommagera les joints, les bagues d'usure et les roulements. Installez donc une protection de niveau ou contre la marche à sec lorsque l'alimentation en liquide n'est pas fiable.

Combien de temps l’amorçage doit-il prendre ?

Pour une eau claire à 20 degrés Celsius avec un boîtier correctement chargé, comptez 25 à 45 secondes à 2 m de hauteur, 45 à 90 secondes à 4 m et 90 à 150 secondes à 6 m. Des conduites d'aspiration plus longues et des ascenseurs plus élevés étendent ces chiffres. Tout ce qui dépasse environ le double du temps prévu indique une entrée d'air, une crépine bloquée ou une charge de boîtier insuffisante.

La pompe a-t-elle besoin d'un clapet de pied ?

Si la pompe se trouve au-dessus de la surface du liquide, un clapet de pied maintient la conduite d'aspiration et le boîtier inondés entre les arrêts, de sorte que le prochain démarrage est court. Sans cela, la conduite se vide et chaque démarrage devient un cycle d'amorçage complet. Le clapet de pied doit être correctement positionné ; un siège usé transforme une conduite fermée en une conduite qui fuit et la pompe se comporte comme si elle n'avait aucun clapet de pied.

Pourquoi la pompe continue-t-elle à perdre son amorçage après avoir fonctionné normalement pendant des heures ?

Deux causes couvrent la plupart des cas. Un vortex se formant à l’entrée d’aspiration aspire l’air de la surface lorsque le niveau du puisard baisse, et un joint qui tient dans des conditions statiques peut s’ouvrir légèrement sous vide. Augmentez l'immersion ou installez un déflecteur, puis vérifiez les joints d'aspiration pendant que la pompe est en marche.

Puis-je contrôler le débit avec la vanne d'aspiration ?

Non. L'étranglement du côté aspiration réduit la pression au niveau de l'œil de la turbine et pousse la pompe vers la cavitation, ce qui se manifeste par du bruit, des vibrations et une usure rapide de la turbine et du boîtier. Contrôlez le débit avec la vanne de refoulement, avec un variateur de fréquence ou en réglant la roue au stade de la sélection.

Quelle est la différence entre une pompe auto-amorçante sans joint et une pompe auto-amorçante à garniture mécanique ?

Une pompe à garniture mécanique est dotée d'un joint rotatif où l'arbre traverse le carter ; cela fonctionne bien lorsque le liquide est propre, que le joint est correctement rincé et que la marche à sec est évitée. Une conception sans joint supprime entièrement cette pénétration, ce qui élimine le joint en tant que passage d'air et réduit la sensibilité aux courtes périodes de séchage. La construction sans joint est courante lorsque la pompe se soulève d'un puisard et démarre automatiquement.

À quelle hauteur une pompe auto-amorçante peut-elle soulever l’eau ?

En théorie, la pression atmosphérique supporte environ 10,3 m d’eau au niveau de la mer. En pratique, les pertes par frottement, la pression de vapeur du liquide et la hauteur d'aspiration nette positive requise réduisent celle-ci à environ 6 à 7 m pour l'eau claire et froide, et moins pour les liquides chauds ou volatils. La plupart des modèles industriels auto-amorçants ont une longueur comprise entre 4 et 6 m, et rester dans cette plage permet un amorçage rapide et fiable.