Pompe rotative axiale

 
Coupe transversale d'une pompe à eau domestique.

Le principe est proche de celui de l'hélice de bateau. Le déplacement du fluide est parallèle à l'axe de rotation.

Elle trouve son application pour de grands débits sur de faibles dénivelés (faible différence de pression, plusieurs milliers de m³/h) dans le domaine de l'eau (captage de l'eau potable), de l'industrie nucléaire (système de refroidissement des centrales nucléaires) ou accélérateurs gravitaires.

Un exemple industriel fut inventé en 1939 par l'ingénieur français René Moineau.

Rotative centrifuge

Article détaillé : pompe centrifuge.

Il s'agit d'une application concrète de la force centrifuge. Le principe utilisé est celui de la roue à aubes courbe. La roue est placée dans une enceinte (le corps de pompe) possédant deux ou plusieurs orifices, le premier dans l'axe de rotation (aspiration), le second perpendiculaire à l'axe de rotation (refoulement). Le liquide pris entre deux aubes se trouve contraint de tourner avec celle-ci, la force centrifuge repousse alors la masse du liquide vers l'extérieur de la roue où la seule sortie possible sera l'orifice de refoulement. L'énergie fluide est donc celle provenant de la force centrifuge.

Pour une même pompe, le débit varie :

  • proportionnellement à la vitesse de rotation ;
  • avec la différence de pression entre l'entrée et la sortie : plus celle-ci est élevée, plus le débit est faible ;
  • en fonction des caractéristiques du fluide, telle que la viscosité, la température, la densité.

Cette variation de débit est donnée par la courbe de fonctionnement de la pompe, indiquée par le fournisseur de celle-ci. La courbe indique le débit de la pompe centrifuge, qui est fonction de la hauteur totale qu’elle engendre pour une vitesse de rotation donnée. Cette courbe est d’allure parabolique.

Composants d'une pompe centrifuge

Roue

La roue (turbine, impulseur) qui constitue l’élément mobile de la pompe communique au liquide une partie de l’énergie cinétique transmise par l’arbre par l’intermédiaire de ses aubes (ailettes).

Il existe trois formes principales de roues :

  • roue fermée ;
  • roue semi-ouverte ;
  • roue ouverte.

La hauteur engendrée par la roue est fonction du carré de la vitesse périphérique. En conséquence, pour une hauteur donnée à réaliser, plus la vitesse de rotation sera grande plus le diamètre sera faible et inversement. Plus le débit est important, plus la section d’entrée et la largeur de sortie sont grandes.

Corps de pompe ou diffuseur

Le corps de pompe, qui constitue l’élément fixe de la pompe, est destiné à recueillir le liquide qui sort de la roue, et à le diriger, soit vers l’orifice de refoulement, soit vers l’entrée de la roue suivante, selon que la pompe est mono ou multicellulaire. De plus, il transforme en pression une partie de la vitesse. La forme principale du corps dépend du type de pompe (mono ou multicellulaire).

Corps d'aspiration

Il constitue avec le corps de pompe l’élément fixe destiné à diriger le liquide vers l’entrée de la roue, de telle sorte que la vitesse soit uniforme en tous points.

Poussée axiale

Les forces qui résultent de l’action des pressions sur les flasques avant et arrière de section différente d’une roue donnent naissance à une poussée axiale généralement dirigée vers l’aspiration. Cette poussée axiale est la plus faible au point de meilleur rendement, mais augmente pour les débits minimal et maximal de la pompe.

Poussée radiale

Cette poussée, perpendiculaire à l’axe, résulte d’une mauvaise répartition de la pression autour de la roue dans les pompes à volute. La poussée radiale conserve une direction fixe, change de sens autour du débit nominal, en s’annulant pour ce dernier. Elle entraîne un fléchissement de l’arbre et le soumet à une flexion rotative.

Étanchéité

Deux systèmes principaux sont utilisés pour assurer l’étanchéité du passage de l’arbre entre l’intérieur de la pompe et l’extérieur, généralement soumis à la pression atmosphérique.

Ce sont :

  • les garnitures à tresses ;
  • les garnitures mécaniques.

Certaines pompes de type étanche ne nécessitent pas de système d’étanchéité.

Ce sont :

  • les pompes à rotor noyé ;
  • les pompes à entraînement magnétique.

Dans l'éventualité où le débit d'entrée est inférieur au débit de sortie, il se crée un phénomène dit de cavitation : la dépression créée fait repasser sous forme gazeuse le gaz dissout dans le liquide pompé. Se forme alors un « train de bulles » derrière les ailettes qui diminue le rendement de la pompe et qui, en implosant, atteint des températures et des pressions très élevées ; celles-ci, combinées à l'onde de choc qui en résulte, entraînent une dégradation très rapide de la pompe, voire sa destruction.

Ce phénomène est identifiable par un bruit caractéristique, comme si l'on « pompait du sable ».

Réduire le débit de sortie ou augmenter celui d'entrée permet d'atténuer ou éliminer ce phénomène.

Pompe à piston

 
Pompe à vin à piston

La pompe à piston est composée de plusieurs parties telles que la crépine, la soupape d’aspiration, le piston, la tringle, le tuyau de refoulement ou la superstructure[5].

Ce type de pompe utilise un piston coulissant de manière étanche dans un cylindre pour repousser un fluide, admis précédemment dans le cylindre par l'intermédiaire d'un clapet, d'une soupape ou d'une lumière, grâce à l'aspiration provoquée par le recul du piston.

Les performances sont élevées :

  • pression de plusieurs milliers de bar, notamment pour le découpage jet d'eau ;
  • débit jusqu'à 500 L/min ;
  • rendement > 0,951.

Il existe différents montages mécaniques, dont :

Pompe à pistons axiaux

Article détaillé : Pompe à pistons axiaux.

Les pistons sont situés parallèlement à l'axe de transmission. Ils fonctionnent grâce à :

  • une glace sur laquelle glissent les patins situés en pied de pistons ;
  • un barillet dans lequel sont logés les pistons.

Certaines pompes peuvent fonctionner avec des solutions aqueuses, voire à l'eau pure.

Pompe à pistons radiaux

Article détaillé : Pompe à pistons radiaux.

Dans la pompe à pistons radiaux , les pistons se déplacent vers l’extérieur et vers l’intérieur en formant un angle de 90 degrés par rapport à l’axe de l’arbre. Lorsque le poussoir roule vers le bas de la came (logement ovale), le piston se déplace vers l’extérieur. La pression atmosphérique ou une pompe de charge pousse l’huile à travers l’orifice d’entrée de valve et remplit l’espace laissé par le mouvement du piston. Lorsque le poussoir roule vers le haut de la came (logement ovale), le piston se déplace vers l’intérieur. L’huile est poussée hors du cylindre et à travers l’orifice de sortie (refoulement)[6].

Pompe à vilebrequin

Dans le cas de l'utilisation d'un fluide non lubrifiant comme de l'eau, avec de gros débits et / ou de fortes pressions, un vilebrequin entraîne un ensemble de pistons en ligne. Ces pompes particulièrement chères sont rarement utilisées.

Pompe à palettes

Article détaillé : Pompe à palettes.

Ce type de pompe est surtout utilisé pour diminuer ou augmenter la pression des gaz : pompe à vide, compresseur d'air, climatiseur, réfrigérateur, etc.

Il est aussi très utilisé dans les circuits hydrauliques. Elles sont à débits fixes ou variables.

Les pompes à palettes sont peu bruyantes.

Pompe à bélier

Article détaillé : Bélier hydraulique.

Système inventé par les frères Montgolfier qui permet de transformer l'énergie cinétique de l'eau en onde de pression par le phénomène du coup de bélier : fermeture rapide d'un clapet. Cette pompe assez rustique a le désavantage principal de laisser passer en contrebas une grande quantité d'eau dont seule une petite partie remonte vers le point d'utilisation. Elle présente l'avantage de ne nécessiter aucun apport d'énergie extérieur en dehors de la chute d'eau qui fait naître le phénomène.

Pompe péristaltique

Article détaillé : Pompe péristaltique.

Une pompe péristaltique (appelée aussi parfois pompe à galets) utilise un tube flexible dans lequel le liquide ou le gaz est entraîné par un système de cames ou de galets pressant le tube à l'intérieur de la pompe.

Pompe à vide

Article détaillé : Pompe à vide.

Une pompe à vide est un outil permettant de faire le vide, c'est-à-dire d'extraire l'air ou tout autre gaz contenu dans une enceinte close, afin d'en diminuer la pression.

Pompe à engrenages

Article détaillé : Pompe à engrenages.

Pompe Valdès

Article détaillé : Pompe Valdès.

Pompe par Airlift

Article détaillé : Airlift.

Ce type de pompe est parfois appelé également « pompe par injection d'air », « pompe à émulsion » ou encore « émulseur »[7]. C'est un système de pompage simple d'un liquide par injection d'air comprimé dans une canalisation.

Pompe pneumatique à membrane

 
Fonctionnement d'une pompe pneumatique à membrane
Article détaillé : Pompe pneumatique à membrane.

La pompe pneumatique à membrane est entrainée par de l’air comprimé. Les deux membranes reliées par un arbre sont poussées et tirées alternativement par un distributeur alimenté par la pression d’air et qui en assure aussi l’échappement.

  • Phase 1 : l'aspiration. Une membrane crée le phénomène d’aspiration lors de son déplacement vers le corps de la pompe.
  • Phase 2 : le refoulement. L’autre membrane transmet simultanément la pression d’air au liquide dans le corps en le poussant vers l’orifice de refoulement.

Pompe volumétrique

Article détaillé : pompe volumétrique.

Les pompes volumétriques sont des pompes à débit constant sur leur plage de fonctionnement ; elles sont de deux types principaux : Pompe à lobes, et pompe à rotor excentré (ou pompe à vis excentrée, pompe à cavité progressive ou PCP pour Progressing Cavity Pump ou encore « pompe moineau ».

FaLang translation system by Faboba