Pour la CCM Sulzer, c'est aussi la station de pompage de Bucaramanga, l'une de ses récentes réalisations : une référence pour son activité « Eau » tournée vers l'exportation.
Bucaramanga, agglomération de 600 000 habitants, est située à 1 000 m d'altitude, à 500 km au nord de Bogota. Accrochée au flanc de la Cordillère des Andes, cette ville jouit d'un climat agréable, malgré des pluies fréquentes ; tout au long de l'année, la température avoisine les 26 degrés.
[Photo : Bucaramanga.]
Jusqu'à présent, la ville était alimentée en eau potable par simple gravité à partir des stations des Rios Tona et Frio. Le débit total de 1 m³/s ainsi disponible étant devenu insuffisant pour faire face au développement de la consommation d'ici à l'an 2000, une nouvelle prise d'eau a été installée sur le Rio Surata, sur le site de Bosconia, à 350 m en contrebas de la ville.
Après traitement, la nouvelle station de pompage achemine l'eau sur 3 km, vers les réservoirs de Batallon et de Morrorico, assurant ainsi un débit supplémentaire de 2 m³/s.
En 1982, la Compania del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga passe commande à la CCM Sulzer de la fourniture clé en main des équipements électromécaniques de la station de pompage de Bosconia, laquelle agit comme chef de file d'un groupement qui comprend également TIBB, filiale italienne de Brown Boveri pour la partie électrique et Comteco, représentant de Sulzer en Colombie, pour la part locale.
Le financement de l'ensemble du projet a été assuré par la Banque Interaméricaine de Développement.
La station comprend quatre lignes de pompage dont l'installation a été réalisée en deux phases : trois lignes ont été mises en route en juillet 1984, et l'extension (la quatrième ligne) en novembre 1985.
Les équipements de la station
La fourniture a porté sur les installations ci-après :
- — quatre lignes de pompage, chacune constituée d'une pompe HPDM 350-555-3d, CCM Sulzer, à trois étages, à plan de joint horizontal et à double flux avec, au refoulement, un clapet antiretour à déplacement axial, une vanne sphérique et une vanne de sectionnement ;
- — un dispositif de remplissage de la tuyauterie, qui comprend une pompe auxiliaire de 600 kW ;
- — un collecteur de refoulement, avec un dispositif de protection antibélier par ballons hydropneumatiques ;
- — l'appareillage électrique relatif à la station.
[Photo : Vue générale de la station avec ses quatre lignes de pompage.]
Les pompes
Le type de pompe adopté convient parfaitement aux pompages qui comportent une forte hauteur de refoulement (de 300 à 900 m).
Le démontage peut être effectué sans avoir à intervenir sur les raccordements aux conduites, ce qui facilite les opérations d'inspection et leur maintenance.
Après enlèvement de la partie supérieure du corps, le bloc comprenant les roues, leurs diffuseurs et l'arbre, se trouve libre et peut être retiré vers le haut. Les tubulures d'aspiration et de refoulement se trouvent à la partie inférieure du corps.
Les deux premiers étages sont constitués chacun de deux roues à simple flux, disposées dos à dos, et comportent des diffuseurs. Le troisième se compose d'une roue à double flux et d'une volute à double spirale intégrée dans le corps. Ce système d'alimentation à double flux permet un équilibrage hydraulique du rotor.
La poussée résiduelle de ce dernier est absorbée par un palier axial monté sur le côté libre, et lubrifié à l'huile sous pression.
[Photo : Vue de la roue double.]
Caractéristiques des pompes :
- — débit unitaire : 667 l/s ;
- — hauteur manométrique totale : 394 m ;
- — rendement : 85,5 % ;
- — puissance absorbée au point nominal : 3 015 kW ;
- — puissance maximale absorbée : 3 208 kW ;
- — vitesse de rotation : 1 788 t/mn.
Chaque pompe est entraînée par un moteur de marque TIBB, type cage d'écureuil :
- — puissance : 3 750 kW ;
- — vitesse de rotation : 1 788 t/mn ;
- — refroidissement : air-eau ;
- — alimentation : 416 kV ;
- — fréquence : 60 Hz.
QUELQUES AMÉNAGEMENTS SPÉCIFIQUES
La CCM Sulzer, outre la fourniture d'équipements, se devait de garantir le bon fonctionnement de la station. Cela l'a amenée à prévoir et concevoir des aménagements spécifiques comme, par exemple, la protection antibélier et le montage sur support glissant de la robinetterie, ceci en intégrant les conditions particulières du site.
La protection antibélier
Notre société est responsable de la protection antibélier, dont les dispositifs ont été déterminés en utilisant un logiciel développé par notre société.
Les calculs ont été faits en divisant la tuyauterie de refoulement en huit tronçons. L'espace-temps considéré était de 0,2 s.
Deux types de simulation des transitoires ont été menés :
- — comportement du système tout au long du refoulement sur une durée de 40 s,
[Photo : Fig. 1 - Étude du déclenchement des quatre pompes.]
[Photo : Fig. 2 - Enveloppes de pressions extrêmes lors d'une coupure de courant.]
— comportement à la station sur 1 s.
Lors des études, tous les cas de figure ont été pris en compte : arrêt instantané de toutes les pompes en marche, arrêt d'une pompe avec les trois autres en fonctionnement, démarrage et arrêt normal des groupes. Bien que la station n’ait été prévue que pour fonctionner avec trois pompes (la quatrième étant en secours), l’étude pour le déclenchement des pompes a été faite en considérant quatre pompes en marche, soit le cas le plus défavorable.
À la suite des calculs, aucun des cas examinés n’a fait apparaître de dépression, ni de surpression inacceptable (figures 1 et 2). Ces conclusions ont d’ailleurs été confirmées par les mesures réalisées sur le site lors de la mise en route de la station.
Le profil de la canalisation de refoulement est particulier, puisqu’il comporte deux parties de nature différente : l'une en pente raide depuis la vallée très encaissée du Rio Surata jusqu’au plateau sur lequel est construite la ville, puis l'autre en pente douce sur ce plateau, qui conduit jusqu’au point d’arrivée.
Nous avons préconisé des aménagements particuliers :
— deux ballons hydropneumatiques d’un volume unitaire de 20 m³ sont installés au pied de la station de pompage pour protéger la première partie de la canalisation. Le volume d’air de chacun est de 14 m³ dans les conditions normales de service. Chaque ballon est relié au collecteur par un tube de diamètre 600 mm, comprenant un clapet antiretour à déplacement axial avec un by-pass ;
— par ailleurs, une cheminée d’équilibre a été construite au niveau du changement de pente pour protéger la seconde partie de la conduite. Son diamètre est de 1,50 m, sa hauteur de 65 m, et son sommet est à la cote + 1 075,5 m. Elle est située à 1,57 km de la station.
Dans le cas d’un arrêt imprévu des pompes (coupure de courant par exemple), les calculs ont permis également de vérifier que la fermeture des clapets en 0,4 s ne provoque pas de coup de clapet inacceptable. Pour un arrêt normal des pompes, la fermeture des vannes sphériques se fait en deux temps, sur une durée d’une minute.
Le calcul des ancrages
Nous avons également effectué tous les calculs d’ancrages à l’intérieur de la station, et tout le long de la conduite de refoulement. Là encore, plusieurs cas de figure ont été étudiés.
L’étude du comportement des tuyauteries au refoulement des pompes a été réalisée par ordinateur, le code de calcul utilisé était le programme Charpi. Ce logiciel donne les déplacements de tous les nœuds des canalisations, les efforts et les moments sur chaque tronçon, et les réactions des appuis et des ancrages sur les tuyaux. Le programme intègre notamment l’élasticité des coudes et des tés. Il calcule les intensités de contrainte maximales qui sont comparées aux valeurs maximales admissibles selon ANSI B 31.3.
La prise en compte des contraintes admissibles et les efforts dus à l’effet de fond et à la dilatation a conduit à adopter les solutions suivantes à l’intérieur de la station :
— le montage sur support glissant individuel de chaque organe de robinetterie situé au refoulement des pompes ;
— l’installation d’un compensateur de dilatation entre chaque pompe et son clapet antiretour pour laisser les réactions horizontales sur les brides dans des limites admissibles ;
— l’ancrage du collecteur de refoulement est placé à l’intérieur même de la station pour deux raisons essentielles :© il était nécessaire de limiter le déplacement des tuyauteries dû aux dilatations thermiques ;© il convenait de supprimer les efforts parasites résultant des tassements différentiels.
Conclusion
L’exportation d’équipements passe notamment par la prestation d’ensembles.
C’est pourquoi la CCM Sulzer s’est dotée d’une structure d’ensemblier en complément à sa vocation de constructeur. En tant que fabricant, elle maîtrise parfaitement les pompes qui constituent le cœur des stations de pompage.
Dans des opérations comme la station de Bucaramanga, ce savoir-faire s’allie à celui de l’ensemblier en permettant de choisir la meilleure solution technique avec le souci constant de la fiabilité de l’installation.
[Photo : La pompe installée avec, au premier plan, le compensateur de dilatation.]
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