Fonctionnalité des pompes submersibles : comment elles fonctionnent

Les pompes submersibles sont des pompes spécialisées conçues pour fonctionner entièrement immergées dans le fluide qu’elles pompent. Contrairement aux pompes traditionnelles, qui restent au-dessus du liquide et l'aspirent par aspiration, les pompes submersibles sont placées directement dans le fluide, éliminant ainsi le besoin d'amorçage et minimisant les problèmes tels que la cavitation. Leur conception, leur efficacité et leur polyvalence les rendent essentiels dans de nombreux secteurs, notamment l'approvisionnement en eau, le traitement des eaux usées, le pétrole et le gaz, les mines et la gestion des fluides industriels. Cet article fournit un aperçu complet des pompes submersibles, y compris leurs principes de fonctionnement, types, matériaux, applications, avantages et pratiques de maintenance.

1. Présentation
Pompes submersibles font partie intégrante des systèmes modernes de traitement des fluides. Ils sont conçus pour pomper efficacement des liquides tout en étant immergés, garantissant ainsi un fonctionnement continu et fiable. Leur conception unique leur permet de traiter une large gamme de fluides, de l'eau propre aux eaux usées contenant des solides, des particules abrasives ou des produits chimiques corrosifs.

Le but de cet article est d'expliquer le fonctionnement des pompes submersibles, de mettre en évidence leurs composants et matériaux clés, de discuter des différents types et de donner un aperçu de l'entretien et de la sélection appropriés pour diverses applications.

2. Principe de fonctionnement des pompes submersibles
Le principe fondamental des pompes submersibles est la conversion directe de l’énergie électrique en énergie mécanique lorsque la pompe est immergée dans le fluide. Voici comment ils fonctionnent :

Emplacement du moteur : Le moteur électrique est scellé et résistant à l'eau, souvent rempli d'huile ou recouvert d'époxy, pour empêcher la pénétration de liquide.

Fonctionnement de la turbine : lorsqu'il est alimenté, le moteur fait tourner la turbine, ce qui transmet de l'énergie cinétique au liquide.

Mouvement du fluide : L'énergie cinétique est convertie en pression, poussant le fluide à travers la pompe et dans le tuyau de refoulement.

Refroidissement et lubrification : être immergé permet au fluide lui-même de refroidir le moteur et de lubrifier certains composants de la pompe.

Les pompes submersibles éliminent le besoin d'amorçage, contrairement aux pompes hors sol, et sont moins sujettes à la cavitation puisque la hauteur d'aspiration est naturellement maintenue par le fluide entourant la pompe.

3. Composants clés
Une pompe submersible se compose généralement de plusieurs composants essentiels :
Moteur : scellé et conçu pour fonctionner sous l’eau. Peut être monophasé ou triphasé selon les besoins en puissance.
Boîtier de pompe : enveloppe la turbine et guide efficacement le flux de fluide. Souvent constitué de matériaux résistants à la corrosion.
Roue : élément rotatif qui transmet de l’énergie au fluide. Peut être de différents types, tels que des roues vortex, ouvertes ou fermées, selon l'application.
Arbre et roulements : soutiennent la turbine et permettent une rotation fluide. Les roulements sont souvent lubrifiés par le fluide pompé.
Joints : empêchent le liquide de pénétrer dans le boîtier du moteur et protègent le moteur contre les dommages.

Ces composants fonctionnent ensemble pour assurer un transfert de fluide efficace tout en maintenant la protection du moteur et l'intégrité structurelle.

4. Types de pompes submersibles
Les pompes submersibles peuvent être classées en fonction de leur application et du type de fluide qu'elles manipulent :

4.1 Pompes à eau submersibles
Conçu pour pomper de l'eau propre ou légèrement contaminée. Courant dans les applications domestiques d’approvisionnement en eau, d’irrigation et de drainage.

4.2 Pompes submersibles pour eaux usées
Capable de traiter les eaux usées contenant des particules solides. Souvent utilisé dans les usines de traitement des eaux usées, les systèmes de traitement des eaux pluviales et la gestion des eaux usées industrielles.

4.3 Pompes à lisier submersibles
Conçu pour les fluides abrasifs contenant des solides, tels que les boues minières, les opérations de dragage et le transport de boues chimiques.

4.4 Pompes submersibles à huile
Utilisé dans l'industrie pétrolière et gazière pour pomper du pétrole brut, des mélanges huile-eau ou d'autres produits pétroliers. Généralement fabriqué à partir de matériaux résistants à la corrosion et à l’usure.

Chaque type de pompe submersible est conçu pour gérer des caractéristiques de fluide, des débits et des défis opérationnels spécifiques.

5. Matériaux de construction
Les matériaux utilisés dans les pompes submersibles sont cruciaux pour la durabilité, la résistance chimique et la prévention de la corrosion. Les matériaux courants comprennent :

Acier inoxydable : Résistant à la corrosion et adapté aux fluides propres ou légèrement corrosifs.
Fonte : Couramment utilisée pour le corps de pompe dans les pompes à eaux usées et à lisier en raison de sa résistance et de sa durabilité.
Bronze et alliages : sélectionnés pour les fluides abrasifs et corrosifs, tels que l'huile ou les boues chimiques.
Matériaux composites et revêtements : Pour les fluides extrêmement agressifs ou acides, des matériaux non métalliques comme des polymères ou des revêtements époxy sont utilisés.
La sélection des matériaux est déterminée par les propriétés du fluide, les conditions de fonctionnement et les normes industrielles.

6. Applications des pompes submersibles
Les pompes submersibles sont polyvalentes et utilisées dans un large éventail d’industries :
Approvisionnement en eau et irrigation : acheminement de l'eau des puits, des rivières ou des réservoirs vers les champs agricoles et les systèmes municipaux.
Traitement des eaux usées et des eaux usées : pompage et transfert des eaux usées et des effluents pour traitement ou élimination.
Industrie pétrolière et gazière : manutention du pétrole brut, des mélanges pétroliers et des systèmes d'eau de refroidissement.
Processus miniers et industriels : déplacement de boues, de produits chimiques et de liquides de refroidissement dans les opérations minières, chimiques et manufacturières.
Construction et contrôle des inondations : assèchement efficace des chantiers de construction, des tunnels et des zones inondées.

La capacité des pompes submersibles à fonctionner dans des conditions difficiles les rend indispensables dans les applications industrielles et environnementales.

7. Avantages des pompes submersibles
Les pompes submersibles offrent plusieurs avantages par rapport aux pompes hors sol traditionnelles :
Aucun amorçage requis : l'immersion directe permet un fonctionnement immédiat.
Risque de cavitation réduit : l'immersion garantit une aspiration constante et empêche la formation de vapeur.
Efficacité énergétique : La proximité immédiate du fluide réduit les pertes d’énergie.
Installation compacte : élimine le besoin de grandes canalisations d'aspiration et d'espace important.
Polyvalence : Capable de manipuler des fluides contenant des solides, une viscosité élevée ou une agression chimique.

Ces avantages font des pompes submersibles un choix efficace et fiable pour une large gamme d’applications de pompage.

8. Considérations relatives à l'entretien et à la sécurité
Un bon entretien est essentiel pour garantir la longévité et le fonctionnement fiable des pompes submersibles :
Inspection régulière : Vérifiez les joints, les roulements, les roues et le carter du moteur pour déceler toute usure, corrosion ou dommage.
Lubrification : Assurez-vous d'une lubrification appropriée des roulements s'ils ne sont pas entièrement lubrifiés par liquide.
Sécurité électrique : Inspectez les câbles d'alimentation, les connexions et l'isolation pour éviter les courts-circuits ou les risques électriques.
Gestion des débris : assurez-vous que les gros solides n'obstruent pas la pompe ou n'endommagent pas les composants internes.
Stockage : Si elles ne sont pas utilisées en continu, les pompes doivent être stockées correctement pour éviter la corrosion et la dégradation mécanique.

Les protocoles de sécurité sont essentiels puisque les pompes submersibles fonctionnent dans des environnements humides et potentiellement dangereux, où les composants électriques et l'exposition aux produits chimiques doivent être gérés avec soin.

9. Critères de sélection
Le choix de la bonne pompe submersible nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs :
Type de fluide : Eau propre, eaux usées, boues, huile ou fluides chimiques

Débit et hauteur : capacité requise et distance verticale jusqu'au point de décharge
Matériaux de la pompe : compatibilité avec la composition chimique, l'abrasivité et la température
Alimentation : Configuration électrique monophasée ou triphasée
Conditions d'installation : profondeur, niveau de submersion, espace et accès pour la maintenance
Une sélection appropriée garantit un fonctionnement efficace, un temps d'arrêt minimal et une durée de vie prolongée de la pompe.

10. Conclusion
Les pompes submersibles sont des composants essentiels des systèmes modernes de gestion des fluides. Leur conception unique, qui permet un fonctionnement en immersion, les rend très efficaces et polyvalents dans diverses industries. Comprendre les principes de fonctionnement, les types, les matériaux, les applications, la maintenance et les critères de sélection est essentiel pour les ingénieurs, les opérateurs et les professionnels de l'industrie afin de garantir un fonctionnement fiable et sûr.

Les progrès réalisés dans les matériaux, la technologie des joints et la conception des moteurs ont encore amélioré les performances et la fiabilité des pompes submersibles. Qu'il s'agisse de manipulation d'eau propre, d'eaux usées, de boues ou de produits pétroliers, les pompes submersibles restent indispensables pour un transfert de fluide efficace, sûr et continu dans les applications industrielles et environnementales.