Résumé : Cet article présente un groupe motopompe auto-amorçant à moteur diesel qui utilise les gaz d'échappement pour créer un vide. Ce groupe comprend une pompe centrifuge, un moteur diesel, un embrayage, un tube Venturi, un silencieux et un tuyau d'échappement. L'arbre de sortie du moteur diesel est équipé d'un embrayage et d'un accouplement. Le silencieux est relié à l'arbre d'entrée de la pompe centrifuge et une vanne d'arrêt est installée à son orifice d'échappement. Un tuyau d'échappement est également prévu sur le côté du silencieux et raccordé à l'entrée d'air du tube Venturi. L'interface latérale du tube Venturi est reliée à l'orifice d'échappement de la chambre de pompage de la pompe centrifuge. Une vanne d'arrêt et un clapet anti-retour sont installés sur la conduite d'échappement, et un tuyau de sortie est raccordé à l'orifice d'échappement du tube Venturi. Les gaz d'échappement du moteur diesel sont évacués dans le tube Venturi, et les gaz présents dans la chambre de la pompe centrifuge et dans la conduite d'arrivée d'eau de la pompe centrifuge sont pompés pour créer un vide, de sorte que l'eau située en dessous de l'entrée d'eau de la pompe centrifuge soit aspirée dans la chambre de la pompe pour assurer un drainage normal.
Le groupe motopompe diesel est un groupe de pompage d'eau alimenté par un moteur diesel, largement utilisé pour le drainage, l'irrigation agricole, la protection incendie et le transfert temporaire d'eau. Les pompes diesel sont souvent utilisées lorsque l'eau est puisée en aval de l'orifice d'aspiration. Actuellement, les méthodes suivantes sont couramment employées pour le pompage de l'eau dans ces conditions :
01. Installez un clapet de fond à l'extrémité du tuyau d'aspiration de la pompe à eau dans le bassin d'aspiration : avant de démarrer le groupe motopompe diesel, remplissez d'eau le corps de pompe. Après avoir purgé l'air du corps de pompe et du tuyau d'aspiration, démarrez le groupe motopompe diesel pour rétablir l'alimentation en eau. Le clapet de fond étant situé au fond du bassin, toute intervention de maintenance est très difficile en cas de défaillance. De plus, pour un groupe motopompe diesel à grand débit, la taille importante du corps de pompe et le diamètre élevé du tuyau d'aspiration nécessitent un volume d'eau important, ce qui limite l'automatisation et rend l'utilisation peu pratique.
02. Le groupe motopompe diesel est équipé d'une pompe à vide diesel : en démarrant cette dernière, l'air présent dans la chambre de pompage et la conduite d'arrivée d'eau est évacué, créant ainsi un vide. L'eau de la source pénètre alors dans la conduite d'arrivée d'eau et la chambre de pompage sous l'effet de la pression atmosphérique. Une fois la pompe à vide redémarrée, l'alimentation en eau est rétablie. Dans ce système d'aspiration d'eau, la pompe à vide est également entraînée par un moteur diesel et nécessite un séparateur eau-vapeur, ce qui augmente l'encombrement et le coût de l'équipement.
03. La pompe auto-amorçante est adaptée au moteur diesel : la pompe auto-amorçante a un faible rendement et un grand volume, et la pompe auto-amorçante a un faible débit et une faible hauteur de refoulement, ce qui ne peut pas répondre aux exigences d'utilisation dans de nombreux cas. Afin de réduire le coût de l'équipement du groupe motopompe diesel, de minimiser son encombrement, d'étendre son champ d'application et d'exploiter pleinement les gaz d'échappement générés par le moteur diesel fonctionnant à haut régime grâce au tube Venturi [1], les gaz présents dans la conduite d'eau sont aspirés par l'orifice d'échappement de la chambre de pompage de la pompe centrifuge. Un vide est ainsi créé dans la chambre de pompage et la conduite d'arrivée d'eau de la pompe centrifuge. L'eau, dont le niveau est inférieur à celui de l'arrivée d'eau, est comprimée par la pression atmosphérique et pénètre dans la conduite d'arrivée d'eau de la pompe centrifuge, remplissant ainsi ces deux éléments. L'embrayage actionne ensuite le moteur diesel, permettant à la pompe centrifuge de démarrer son fonctionnement normal. Approvisionnement en eau.
II : Principe de fonctionnement du tube Venturi
Un venturi est un dispositif de production de vide qui utilise un fluide pour transférer de l'énergie et de la masse. Sa structure classique est illustrée à la figure 1. Il se compose d'une buse de travail, d'une zone d'aspiration, d'une chambre de mélange, d'un col et d'un diffuseur. C'est un générateur de vide. Son composant principal est un élément de vide moderne, efficace, propre et économique qui utilise une source de fluide sous pression positive pour générer une pression négative. Le processus de production du vide est le suivant :
01. La section allant du point 1 au point 3 correspond à la phase d'accélération du fluide dynamique dans la tuyère de travail. Le fluide moteur à haute pression pénètre dans la tuyère de travail du venturi à une vitesse plus faible à l'entrée de celle-ci (section du point 1). Lors de l'écoulement dans la section conique de la tuyère de travail (section 1 à section 2), on sait, d'après la mécanique des fluides, que, pour l'équation de continuité d'un fluide incompressible [2], le débit dynamique Q1 de la section 1 et la force dynamique de la section 2 sont liés par la relation Q1 = Q2.
Scilicet A1v1= A2v2
Dans la formule, A1, A2 - l'aire de la section transversale du point 1 et du point 2 (m2) ;
v1, v2 — la vitesse du fluide s'écoulant à travers la section du point 1 et la section du point 2, m/s.
Il ressort de la formule ci-dessus que lorsque la section transversale augmente, la vitesse d'écoulement diminue ; lorsque la section transversale diminue, la vitesse d'écoulement augmente.
Pour les conduites horizontales, selon l'équation de Bernoulli pour les fluides incompressibles
P1+(1/2)*ρv12=P2+(1/2)ρv²2
Dans la formule, P1, P2 - la pression correspondante à la section transversale du point 1 et du point 2 (Pa)
v1, v2 — vitesse du fluide (m/s) traversant la section aux points 1 et 2
ρ — densité du fluide (kg/m³)
La formule ci-dessus montre que la vitesse d'écoulement du fluide dynamique augmente continuellement tandis que la pression diminue continuellement entre le point 1 et le point 2. Lorsque v2 > v1 et P1 > P2, lorsque v2 atteint une certaine valeur (pouvant atteindre la vitesse du son), P2 devient inférieure à la pression atmosphérique, ce qui engendre une pression négative au point 3.
Lorsque le fluide moteur pénètre dans la section d'expansion de la tuyère de travail (c'est-à-dire la section allant du point 2 au point 3), sa vitesse augmente tandis que sa pression diminue. À la sortie de la tuyère (point 3), sa vitesse atteint son maximum et peut devenir supersonique. La pression au point 3 est alors minimale, ce qui correspond au vide maximal, pouvant atteindre 90 kPa.
02.、La section du point 3 au point 5 est l'étape de mélange du fluide moteur et du fluide pompé.
Le fluide à grande vitesse généré par le fluide dynamique à la sortie de la buse de travail (point 3) crée une zone de vide à proximité de cette sortie. Ainsi, le fluide aspiré, à proximité de la zone de pression relativement élevée, est aspiré dans la chambre de mélange par la différence de pression. Le fluide pompé est aspiré dans la chambre de mélange au point 9. Lors de son écoulement du point 9 au point 5, la vitesse du fluide pompé augmente continuellement, tandis que la pression continue de diminuer jusqu'à atteindre la valeur de la pression du fluide à la sortie de la buse de travail (point 3).
Dans la chambre de mélange et la partie avant du col (du point 3 au point 6), le fluide moteur et le fluide à pomper commencent à se mélanger. Il s'ensuit un échange de quantité de mouvement et d'énergie, l'énergie cinétique issue de la conversion de l'énergie potentielle de pression du fluide moteur étant transférée au fluide pompé. La vitesse du fluide moteur diminue progressivement, tandis que celle du fluide aspiré augmente. Les deux vitesses convergent alors. Finalement, au point 4, elles s'égalisent, et le fluide est évacué du col et du diffuseur du venturi.
à savoir :Composition et principe de fonctionnement du groupe de pompes auto-amorçantes utilisant le flux des gaz d'échappement du moteur diesel pour créer un vide.
Les gaz d'échappement d'un moteur diesel désignent les gaz émis après la combustion du gazole. Bien qu'appartenant à la catégorie des gaz d'échappement, ceux-ci présentent une température et une pression élevées. Des tests menés par des organismes de recherche spécialisés ont montré que la pression des gaz d'échappement d'un moteur diesel équipé d'un turbocompresseur [3] peut atteindre 0,2 MPa. Dans une optique d'efficacité énergétique, de protection de l'environnement et de réduction des coûts d'exploitation, la valorisation de ces gaz d'échappement est devenue un sujet de recherche. Le turbocompresseur [3] exploite ces gaz. En tant que composant moteur, il augmente la pression de l'air admis dans le cylindre, permettant ainsi une combustion plus complète et, par conséquent, une amélioration des performances, de la puissance spécifique et du rendement énergétique, ainsi qu'une réduction du bruit. Le procédé suivant utilise les gaz d'échappement d'un moteur diesel comme fluide moteur. Les gaz présents dans la chambre de pompage et le tuyau d'admission d'eau d'une pompe centrifuge sont aspirés par un tube Venturi, créant ainsi un vide. Sous l'effet de la pression atmosphérique, l'eau, dont le niveau est inférieur à celui de la source d'alimentation, pénètre dans le tuyau d'admission et la chambre de pompage, les remplissant ainsi et amorçant le fonctionnement de la pompe centrifuge qui assure alors une alimentation en eau normale. Sa structure est illustrée à la figure 2 et son processus de fonctionnement est décrit ci-dessous :
Comme illustré sur la figure 2, l'entrée d'eau de la pompe centrifuge est raccordée à la canalisation immergée dans le bassin situé sous la sortie de la pompe, et la sortie d'eau est raccordée à la vanne de sortie de la pompe et à la canalisation correspondante. Avant le démarrage du moteur diesel, la vanne de sortie d'eau de la pompe centrifuge est fermée, la vanne d'arrêt (6) est ouverte et la pompe centrifuge est désaccouplée du moteur diesel par l'embrayage. Une fois le moteur diesel démarré et en fonctionnement normal, la vanne d'arrêt (2) est fermée et les gaz d'échappement provenant du pot d'échappement pénètrent dans le tube Venturi par le tuyau d'échappement (4) et sont évacués par le tuyau d'échappement (11). Ce faisant, selon le principe du tube Venturi, les gaz contenus dans la chambre de pompage de la pompe centrifuge pénètrent dans le tube Venturi par la vanne d'arrêt et le tuyau d'échappement, se mélangent aux gaz d'échappement du moteur diesel, puis sont évacués par le tuyau d'échappement. Ainsi, un vide se forme dans le carter de la pompe centrifuge et dans la conduite d'arrivée d'eau. L'eau de la source, située en dessous de l'arrivée d'eau de la pompe, pénètre dans le carter par cette conduite sous l'effet de la pression atmosphérique. Une fois le carter et la conduite d'arrivée d'eau remplis, fermez la vanne (6), ouvrez la vanne (2), raccordez la pompe centrifuge au moteur diesel via l'embrayage et ouvrez la vanne de sortie d'eau. Le groupe motopompe diesel démarre alors son fonctionnement normal et assure l'alimentation en eau. Après essai, le groupe motopompe diesel aspire l'eau jusqu'à une profondeur de 2 mètres en dessous de l'arrivée d'eau de la pompe centrifuge.
Le groupe de pompes auto-amorçantes pour moteur diesel mentionné ci-dessus, utilisant le flux des gaz d'échappement du moteur diesel pour obtenir un vide, présente les caractéristiques suivantes :
1. Résoudre efficacement le problème de la capacité d'auto-amorçage du groupe motopompe à moteur diesel ;
2. Le tube Venturi est de petite taille, léger et compact, et son coût est inférieur à celui des systèmes de pompes à vide classiques. Par conséquent, le groupe motopompe diesel de cette conception permet de gagner de la place et de réduire les coûts d'installation et d'ingénierie.
3. Le groupe motopompe à moteur diesel de cette structure permet une utilisation plus étendue du groupe motopompe à moteur diesel et améliore la plage d'utilisation du groupe motopompe à moteur diesel ;
4. Le tube Venturi est simple d'utilisation et d'entretien. Son fonctionnement ne nécessite pas de personnel à temps plein. L'absence de pièces mécaniques garantit un faible niveau sonore et l'absence de consommation d'huile de lubrification.
5. Le tube Venturi possède une structure simple et une longue durée de vie.
La structure de cette pompe à moteur diesel permet d'aspirer l'eau à un niveau inférieur à celui de l'orifice d'entrée de la pompe centrifuge, et d'exploiter pleinement les gaz d'échappement rejetés par le moteur diesel pour les faire circuler à grande vitesse à travers le tube Venturi, composant central. C'est ainsi qu'une pompe initialement dépourvue de fonction d'auto-amorçage en devient dotée.
IV : Améliorer la hauteur d'absorption d'eau du groupe motopompe diesel
Le groupe motopompe auto-amorçant à moteur diesel décrit ci-dessus s'auto-amorce grâce aux gaz d'échappement du moteur qui, en traversant un tube Venturi, créent un vide. Cependant, le fluide propulseur de ce type de groupe motopompe étant constitué des gaz d'échappement du moteur, sa pression est relativement faible. Par conséquent, le vide obtenu est également faible, ce qui limite la hauteur d'aspiration de la pompe centrifuge et, de ce fait, son domaine d'application. Pour augmenter la hauteur d'aspiration de la pompe centrifuge, il est nécessaire d'accroître le niveau de vide dans la zone d'aspiration du tube Venturi. Conformément au principe de fonctionnement de ce dernier, l'amélioration du niveau de vide dans la zone d'aspiration nécessite la conception d'une buse de travail adaptée. Celle-ci peut être de type sonique, voire supersonique, et permettre d'augmenter la pression initiale du fluide circulant dans le Venturi.
Pour augmenter la pression initiale du fluide moteur Venturi circulant dans le groupe motopompe du moteur diesel, un turbocompresseur peut être installé sur le tuyau d'échappement de ce dernier [3]. Le turbocompresseur [3] est un dispositif de compression d'air qui utilise l'impulsion inertielle des gaz d'échappement pour actionner une turbine située dans sa chambre de combustion. Cette turbine entraîne une roue coaxiale qui comprime l'air. Sa structure et son principe de fonctionnement sont illustrés sur la figure 3. Il existe trois types de turbocompresseurs : haute pression, moyenne pression et basse pression. Les pressions de sortie des gaz comprimés sont les suivantes : haute pression > 0,3 MPa, moyenne pression 0,1 à 0,3 MPa et basse pression < 0,1 MPa. La pression des gaz comprimés à la sortie du turbocompresseur est relativement stable. Si ces gaz comprimés sont utilisés comme fluide moteur Venturi, un vide plus poussé peut être obtenu, ce qui augmente la capacité d'aspiration d'eau du groupe motopompe du moteur diesel.
五： conclusions :Le groupe de pompe auto-amorçant pour moteur diesel utilise le flux des gaz d'échappement pour créer un vide. Il exploite pleinement le flux à grande vitesse de ces gaz, le tube Venturi et la technologie de turbocompression générés lors du fonctionnement du moteur pour extraire les gaz présents dans la chambre de pompage et le tuyau d'entrée d'eau de la pompe centrifuge. Le vide ainsi créé permet d'aspirer l'eau, dont le niveau est inférieur à celui de la source d'alimentation, dans le tuyau d'entrée et la chambre de pompage, assurant ainsi l'auto-amorçage du groupe. Ce groupe de pompes pour moteur diesel présente l'avantage d'une structure simple, d'une utilisation aisée et d'un faible coût, élargissant ainsi son champ d'application.
Date de publication : 17 août 2022