Pompes à débit axial et pompes à débit mixte : caractéristiques, applications et comparaison de sélection

• Applications et utilisations des pompes à débit axial

Les pompes à débit axial conviennent aux applications nécessitant des débits extrêmement élevés et une faible hauteur de chute. Les applications courantes incluent :

Irrigation agricole : puiser l'eau des rivières ou des réservoirs et la transporter vers les terres agricoles via des canaux ouverts, permettant ainsi une distribution d'eau sur de longues-distances à faible chute.

• Drainage et contrôle des inondations :Utilisé pour le drainage des fosses de fondation, l'assèchement des tunnels et le drainage des sous-sols ou des rivières, éliminant rapidement l'eau accumulée avec des débits élevés.
• Transfert d'eau à grande échelle :Obtention d'un transfert d'eau à-débit-élevé dans des projets de canaux ou de pipelines ouverts avec des variations de charge minimales.
• Stockage pompé :Utilisé dans les centrales électriques de pompage-turbinage pour la régulation des plans d'eau entre les réservoirs supérieur et inférieur lorsqu'un transfert d'eau à haut-débit-est requis.
• Traitement des eaux usées :Transporter les eaux usées ou les effluents dans la section à faible hauteur de chute (telle que les puits de collecte) des stations d'épuration des eaux usées.
• Aquaculture :Utilisé pour la circulation de l'eau dans les grands étangs à poissons ou à crevettes.

En bref, les pompes à débit axial sont idéales pour toute application nécessitant la fourniture de débits importants d’eau relativement propre à une hauteur de chute extrêmement faible. Cependant, les pompes à débit axial sont moins adaptées aux systèmes nécessitant une hauteur de refoulement plus élevée.

• Qu'est-ce qu'une pompe à débit mixte ?

Une pompe à débit mixte-combine les caractéristiques des pompes à débit axial-et radial-. Il utilise une roue diagonale (ou oblique), provoquant un écoulement du fluide en partie axialement et en partie radialement. En fonctionnement réel, le liquide pénètre dans la roue et s'écoule selon un angle par rapport à l'arbre de la pompe, est collecté par le corps de la pompe (généralement une volute ou des aubes directrices), puis guidé vers la sortie. Ainsi, une pompe à débit mixte-combine le débit élevé d'une pompe à débit axial-avec la hauteur de chute relativement élevée d'une pompe à débit radial-.

Les performances d'une pompe à débit mixte-se situent entre celles d'une pompe à débit radial pur-et d'une pompe à débit axial-pur. Comme l'indique KSB, une pompe à débit mixte-"couvre la région de transition entre les pompes à débit radial et axial-". En d'autres termes, une pompe à débit mixte-est essentiellement un type de pompe centrifuge (souvent appelée pompe centrifuge à débit mixte-), dont la roue transmet à la fois une impulsion radiale et axiale au fluide. Une roue à flux mixte typique - (également appelée roue à flux oblique - ou roue hélicoïdale) utilise des pales incurvées pour donner au fluide une certaine vitesse radiale. Lorsque la turbine tourne, elle génère une poussée vers l'arrière et vers l'extérieur, obtenant ainsi un bon équilibre entre le débit et la hauteur.

• Caractéristiques de débit de la pompe à débit mixte-

Les pompes à débit mixte-sont conçues pour les applications à débit moyen-hauteur et-débit moyen. Le fluide à l'intérieur atteint simultanément des vitesses radiales et axiales, ce qui entraîne un compromis de performances entre les pompes à débit axial-et radial- : il peut fournir des débits importants (des milliers de m³/h) comme une pompe à débit axial-, tout en résistant à des pressions plus élevées (des dizaines de mètres de hauteur) comme une pompe à débit radial-.

Tête:Les pompes à débit mixte-ont généralement une hauteur de chute à un seul-étage de 10 à 50 m, dépassant de loin les quelques mètres de plage de hauteur de chute des pompes à débit axial-, ce qui les rend adaptées au pompage d'eau vers des réservoirs surélevés ou pour surmonter des différences de hauteur de charge modérées.

Débit :Légèrement inférieur aux pompes à débit axial-de même taille, mais conservant toujours un niveau de débit élevé (en milliers de m³/h), se situant généralement entre les pompes à débit radial-et axial-.

Efficacité:Les pompes à débit mixte-maintiennent généralement un rendement élevé dans leur plage de fonctionnement. Grâce à des canaux d'écoulement optimisés utilisant des aubes directrices, des diffuseurs et d'autres caractéristiques structurelles, la conversion de l'énergie cinétique en énergie de pression est plus efficace : les pompes à débit mixte-sont généralement très efficaces dans les applications à hauteur de chute moyenne-.

Stabilité:La courbe de performances d'une pompe à débit mixte-est généralement plus plate et plus stable que celle d'une pompe à débit axial-. Lorsque la hauteur d'élévation change, le débit d'une pompe à débit mixte-change relativement doucement, tandis que le débit d'une pompe à débit axial-diminue fortement à mesure que la hauteur d'élévation augmente.

Structurellement, les pompes à débit mixte-utilisent souvent une volute ou des aubes directrices pour collecter l'eau évacuée obliquement. De nombreux modèles utilisent une roue semi-ouverte pour gérer les conditions contenant des supports abrasifs (offrant des avantages en termes de passage des particules solides par rapport à une roue entièrement ouverte). Les pompes à débit mixte-peuvent être conçues sous forme de structures à un seul-étage pour répondre aux exigences de hauteur de chute moyenne- ou sous forme de structures à plusieurs-étages pour atteindre des hauteurs de chute plus élevées.

• Applications et utilisations des pompes à-débit mixte

Les pompes à débit mixte-conviennent aux applications nécessitant des débits élevés et une hauteur de chute moyenne. Les applications typiques incluent :

• Refroidissement industriel :Circulation d'eau de refroidissement dans les centrales électriques ou les usines chimiques, où certaines résistances du système doivent être surmontées.
• Industries de transformation :Utilisé dans les usines de papier, les raffineries de pétrole ou les usines de fabrication pour le transport d'eau de procédé ou d'autres fluides dans des conditions de chute moyenne.
• Irrigation agricole :Convient pour irriguer des terrains en pente ou des scénarios nécessitant de pomper de l'eau à une certaine hauteur, comme le levage de l'eau des rivières vers des canaux surélevés.
• Drainage et rejet des eaux usées :Utilisé pour évacuer les eaux usées vers les stations d'épuration ou évacuer l'eau de pluie à un débit élevé et avec des exigences de hauteur de chute faibles à moyennes. De nombreuses stations de pompage des eaux usées utilisent des pompes à débit mixte- (pompes à turbine verticale) pour soulever les eaux usées.
• Ingénierie maritime et offshore :Utilisé pour les systèmes d'eau de ballast, de refroidissement ou de-lutte contre les incendies sur les navires ou les plates-formes, nécessitant une conception de pompe compacte et une capacité de refoulement moyenne.
• Gestion des eaux pluviales :Utilisé pour évacuer les eaux de ruissellement vers les égouts ou les réservoirs de stockage, surmontant ainsi les effets de la gravité.

Les pompes à débit mixte-peuvent être considérées comme le choix idéal pour le « juste milieu » : lorsque les pompes à débit axial-ont une hauteur de chute insuffisante et que les pompes à débit -radial-à forte hauteur de chute semblent exagérées, les pompes à débit mixte-sont souvent le premier choix.

• Différences fondamentales entre les pompes à débit axial et les pompes à débit mixte

1. Direction d'écoulement et méthode de décharge

• Pompe à débit axial : Le fluide est déchargé en ligne droite le long de l’arbre de la pompe. Les directions d'entrée et de sortie sont colinéaires à l'arbre de la pompe et la sortie est généralement centrée avec l'entrée.
• Pompe à débit mixte : le fluide est déchargé selon un certain angle. La roue donne au fluide des vitesses vers l'arrière et vers l'extérieur, et le canal d'écoulement est conique. Par conséquent, la sortie est généralement décalée ou un canal d'écoulement en volute/spirale est nécessaire pour collecter le flux oblique.

Cela signifie que la disposition des canalisations diffère : les pompes à débit axial utilisent souvent des tuyaux droits ou des canalisations linéaires ; tandis que les pompes à débit mixte ont généralement une sortie oblique ou une structure en volute. Dans les installations verticales, les pompes à débit axial peuvent refouler l'eau verticalement vers le haut ou horizontalement, tandis que les pompes verticales à débit mixte refoulent l'eau vers le haut selon un certain angle.

2. Comparaison de la hauteur et du débit

• Pompe à débit axial : fournit des débits extrêmement élevés à une faible hauteur de chute. Il peut fournir des débits très importants (par exemple 10 000 à 40 000 m³/h), mais la hauteur de chute n'est que de quelques mètres. Si le système nécessite une hauteur de chute moyenne (par exemple 10 à 15 m), les pompes à débit axial peuvent rencontrer un blocage ou une chute soudaine du débit.
• Pompes à débit mixte- : elles fournissent des débits importants à des hauteurs de chute moyennes. Ils peuvent maintenir un débit élevé tout en atteignant une hauteur de chute de plusieurs dizaines de mètres. Expérience de sélection : Si le responsable recherché est<5 to 10 m and the flow rate is extremely high, choose an axial flow pump; if the required head is high (10 to 50 m) and a high flow rate is still needed, choose a mixed-flow pump. Axial flow pumps have a steep performance curve – the flow rate decreases rapidly as the head increases; mixed-flow pumps have a relatively flat curve and are more adaptable.

Par exemple, une pompe à débit axial peut débiter 20 000 m³/h à une hauteur de chute de 5 m, mais le débit s'approche de zéro lorsque la hauteur de chute augmente jusqu'à 15 à 20 m ; tandis qu'une pompe à débit mixte comparable- pourrait toujours fournir 15 000 m³/h à une hauteur de chute de 20 m. Par conséquent, les pompes à débit mixte - couvrent la plage de fonctionnement dans laquelle les pompes à débit axial sont moins efficaces.

3. Conception et structure de la turbine

• Roue à flux axial : ressemblant à une grande hélice ou à un ventilateur en apparence, elle utilise des pales larges et plates disposées le long de l'arbre de la pompe. Généralement, il comporte moins de pales et une structure ouverte (sans plaque de recouvrement), poussant directement le flux d’eau vers l’arrière. La plupart des roues à flux axial sont sans plaque de recouvrement, tandis que quelques-unes sont équipées d'une simple plaque de recouvrement ou d'un anneau latéral.
• Turbine à flux mixte : utilise plusieurs pales incurvées et inclinées, qui sont tordues pour permettre au fluide d'être évacué simultanément latéralement et vers l'arrière (c'est-à-dire obliquement). Les turbines à flux mixte ont généralement une plaque de recouvrement partielle ou un anneau pour s'adapter au débit d'eau oblique ; leur forme est parfois appelée écoulement hélicoïdal ou oblique.

Structurellement, les pompes à débit mixte-comportent généralement un boîtier plus robuste (volute ou aubes directrices) pour guider l'eau évacuée obliquement, et intègrent souvent des aubes directrices ou des diffuseurs pour convertir efficacement l'énergie cinétique en énergie de pression. Les pompes à débit axial-, quant à elles, utilisent un boîtier-traversant plus simple.

4. Efficacité et performances

• Pompes à débit axial- : extrêmement efficaces dans les conditions de conception (débit élevé, faible hauteur de chute). En raison du trajet d'écoulement rectiligne, la perte d'énergie est minime dans ces conditions. Cependant, leur plage de rendement élevé-est relativement étroite ; si on est obligé de fonctionner à des hauteurs de chute plus élevées, l'efficacité chute fortement.
• Pompes à débit mixte- : maintiennent une bonne efficacité sur une plage de débit/hauteur plus large. Les pompes à débit mixte-utilisent généralement des conceptions optimisées en débit- (telles que des carénages et des aubes directrices) pour maintenir un rendement élevé dans la plage de hauteur moyenne. En fonctionnement réel, une pompe à débit mixte-fonctionnant à une hauteur de chute moyenne peut consommer moins d'énergie qu'une pompe à débit axial-exécutant une tâche similaire à une hauteur de chute légèrement plus élevée.

En bref, les pompes à débit axial excellent dans les débits purement élevés (hauteur la plus basse) ; tandis que les pompes à débit mixte ont des performances globales supérieures en termes de débit et de hauteur de chute. Comme l'indique KSB, les pompes à débit mixte ont des courbes de débit relativement plates dans la plage de hauteur de chute moyenne et de débit moyen, tandis que les pompes à débit axial ont des courbes raides dans la plage de débit maximal de basse hauteur. Par conséquent, lorsque seul le débit est une préoccupation, les pompes à flux axial offrent d'importantes économies d'énergie ; lorsqu'une certaine hauteur est requise, les pompes à débit mixte utilisent l'énergie plus efficacement.

5. Comparaison des performances : pompes à débit mixte et pompes à débit axial

Dans la sélection pratique, l'essentiel est de déterminer le point de fonctionnement (débit Q et hauteur H) :

• Performances de la pompe à débit axial : permet d'obtenir d'excellents débits à des hauteurs de chute extrêmement faibles. Par exemple, une pompe à flux axial peut atteindre un débit de 10 000 m³/h avec une hauteur de chute de 5 m, mais le débit diminue rapidement au-delà de 5 à 10 m, ce qui entraîne une courbe de performance très raide.
• Performances de la pompe à débit mixte : atteint des débits élevés à des hauteurs de chute moyennes. Une pompe à débit mixte-peut atteindre un débit de 8 000 à 15 000 m³/h à une hauteur de chute de 15 à 25 m, avec une baisse de performance significative seulement près d'une hauteur de chute de 40 à 50 m, présentant une courbe de performance relativement plate.
• En bref : les pompes à débit axial-sont plus efficaces à faible hauteur de chute et à débit élevé ; Les pompes à débit mixte-fonctionnent mieux lorsqu'une certaine hauteur (des dizaines de mètres) est requise.

6. Comparaison structurelle : pompes à débit mixtes- et pompes à débit axiales-

• Les différences entre les deux peuvent être constatées à partir de leurs structures de pompe réelles :
• Pompes à débit axial- : elles utilisent généralement des turbines de grand-diamètre, ouvertes ou semi-ouvertes. De nombreuses pompes à débit axial vertical-utilisent des colonnes immergées et de simples roues à hélice, avec une structure de boîtier simple et moins de composants internes.
• Pompes à débit mixte- : structure plus compacte, avec un plus grand nombre de pales de roue disposées en angle. Le boîtier comprend généralement une volute ou des aubes directrices.

En termes de maintenance, les pompes à flux axial ont une structure interne simple et moins de pièces, mais la roue ouverte peut se boucher en raison de l'enchevêtrement de débris ; les pompes à débit mixte comportent plus de pièces (telles que des aubes directrices et des structures à plusieurs étages), mais elles sont généralement équipées d'anneaux ou de bagues résistants à l'usure-, qui ont une certaine tolérance aux particules solides présentes dans le fluide.

• Comment choisir la bonne pompe : pompe à débit axial ou pompe à débit mixte ?

Veuillez suivre ces étapes pour la sélection :

1. Définir les conditions de fonctionnement : Déterminer le débit (Q) et la hauteur (H) requis au point de fonctionnement.
2. Comparez les courbes de performances : Si le point de fonctionnement nécessite une hauteur de chute basse (ex. :<5 to 10 m) and a very high flow rate, an axial flow pump is usually the ideal choice; if a higher head (e.g., 10 to 50 m) is required and the flow rate is still relatively high, a mixed flow pump is more suitable.
3. Tenez compte des conditions d'installation : les pompes à débit axial nécessitent généralement des sections de tuyaux droites et peuvent être installées verticalement ; les pompes à débit mixte nécessitent une attention particulière aux conditions d’aspiration.
4. Évaluez les caractéristiques du fluide : si le fluide contient des particules solides, une pompe à débit mixte (en particulier avec une roue semi-ouverte) est plus avantageuse.
5. Équilibrez efficacité et coût : comparez la consommation d’énergie attendue avec le coût d’achat. Les pompes à débit axial ont généralement un coût par débit unitaire inférieur, mais si une hauteur de chute plus élevée est requise, une pompe à débit mixte peut être plus économe en énergie-.

Par exemple, si une pompe doit débiter 12 000 m³/h avec une hauteur de chute de 5 m, une pompe à flux axial est le choix le plus efficace ; si une pompe doit débiter 12 000 m³/h avec une hauteur de chute de 20 m, une pompe à débit mixte est préférable ; si la hauteur de chute dépasse environ 50 à 60 m, une pompe à débit radial ou une pompe multicellulaire doit être envisagée.

Comprendre les principes de sélection des pompes à débit axial et des pompes à débit mixte dépend de l'adaptation des exigences de débit et de hauteur de charge aux conditions de fonctionnement réelles. Les pompes à débit axial peuvent fournir des débits extrêmement élevés à de faibles hauteurs de chute ; les pompes à débit mixte, en revanche, atteignent des débits élevés à des hauteurs de chute plus élevées. En comparant la direction du débit, les courbes de performances et la structure de la roue, vous pouvez sélectionner la pompe la plus adaptée à votre application spécifique.