Ces groupes sont essentiellement constitués par des pompes centrifuges mono-étagées de construction compacte.
Ils sont conçus pour les spécifications les plus diverses tenant compte des différentes particularités d’installation (par exemple avec protection antidéflagrante).
La partie hydraulique est séparée de l'entraînement par une pré-chambre à huile.
La pompe est entraînée par un moteur sec à courant triphasé, étanche sous quatre à six bars suivant les modèles (dix bars dans des cas exceptionnels).
L’étanchéité au passage de l'arbre entre le corps de pompe sous charge de liquide et le moteur est assurée par deux garnitures mécaniques disposées l'une derrière l'autre.
La garniture mécanique du côté de la pompe, beaucoup plus sollicitée, est équipée de carbure de haute qualité.
Jusqu’à une puissance d’environ 50 kW, les roulements des groupes submersibles sont graissés à vie et ne nécessitent aucun entretien.
Une attention particulière doit être consacrée au câble d'alimentation électrique dont la gaine abrite également les conduites de commande, ce qui implique qu’aucune humidité ne puisse pénétrer le long des conducteurs dans la carcasse du moteur, même en cas de rupture de la gaine.
Le moteur est protégé par des sondes thermiques montées dans le bobinage.
Ces groupes sont protégés contre la surcharge et l’échauffement par un ou deux circuits de contrôle, suivant les cas ; ils ont fait leurs preuves sur plusieurs milliers de groupes en service.
Le moteur est généralement dimensionné de façon que la pompe puisse fonctionner à charge continue à n’importe quel point de la courbe débit-pression.
La conception hydraulique de la roue et du corps de pompe varie suivant les caractéristiques du fluide véhiculé. C'est ainsi que sont utilisées des roues Vortex, des roues monocanal à passage important, ou des roues fermées à canaux.
Ces types de roues permettent le pompage parfait d'eaux résiduaires brutes, de fluides contenant des fibres longues, de boues à forte teneur en matières.
[Photo : Groupe submersible en service (eaux usées).]
[Photo : Système de guidage de la descente des groupes.]
solides et en gaz, ainsi que d’eaux chargées de toute nature.
Le choix d’une roue doit être un compromis judicieux, par exemple entre la section d’écoulement, le rendement, le comportement à l'usure et l'aptitude à véhiculer des fluides contenant du gaz.
MODES D’INSTALLATION
L'utilisation de groupes submersibles est facilitée par une multitude de modes d’installation différents.
En principe, on distingue les installations noyées, les installations transportables et les installations sèches.
L'installation noyée est le plus souvent utilisée.
Dans une installation noyée, il est nécessaire de pouvoir descendre la pompe dans le puisard et de la remonter, quel que soit le niveau du liquide rencontré, ce qui nécessite un dispositif de guidage permettant de descendre le groupe submersible dans la fosse et de le fixer.
Ce guidage doit être suffisamment fiable pour pouvoir fonctionner durant des années. Les composants du fluide véhiculé, tels que chiffons, matières collantes, eaux résiduaires corrosives, éléments susceptibles de s’agglomérer en tresses, etc., ne doivent pas l’endommager (sinon la pompe risquerait de se bloquer lors des opérations de descente ou de remontée).
Un système utilisant deux câbles parallèles fortement tendus en acier inoxydable s'est très bien comporté. Ainsi guidée, la pompe descend en toute sécurité dans la fosse, même si des irrégularités de montage nécessitent un guidage en biais, et se fixe automatiquement sur le coude à sceller. Le propre poids du groupe entraîne le pressage du joint inséré dans la bride de refoulement, assurant ainsi l'étanchéité entre la pompe et le système de tuyauterie. Lors de la remontée de la pompe, le raccord se dégage automatiquement.
Un avantage essentiel de ce système est dû au fait que la profondeur de montage peut être facilement adaptée aux circonstances locales et qu'elle est pratiquement illimitée : il suffit d’ajuster le câble-guide à la longueur voulue.
Ce dispositif de guidage a permis de descendre des groupes d’un poids de 10 tonnes jusqu’à 80 m de profondeur.
[Photo : Groupes submersibles installés horizontalement dans une station de relevage d'eaux pluviales (inondée).]
LES DOMAINES D’UTILISATION
Pour les fluides non corrosifs, tels que les eaux résiduaires, eaux chargées, boues, etc., la fonte grise FT 25 est utilisée pour les pièces du corps et du moteur qui se trouvent en contact avec le fluide véhiculé. Le risque d’usure est limité par une conception appropriée des parties hydrauliques.
L'utilisation de pièces brutes de fonderie présentant une dureté superficielle importante constitue une amélioration complémentaire, car elles résistent mieux à l'usure que les pièces usinées.
Dans l’application industrielle les groupes doivent résister à la corrosion et à l'abrasion.
Au cours des dernières années, les matériaux Norihard (hautement
résistant à l'abrasion) et Noridur (résistant à la corrosion et à l'eau de mer) se sont particulièrement bien comportés dans ces domaines.
Le Norihard est un alliage de fonte martensitique au chrome-molybdène avec une dureté Vickers comprise entre 750 et 1 000 HV 50, ce qui correspond à une résistance à l'usure environ trente fois supérieure à celle de la fonte grise et plus de deux fois supérieure à celle du Ni-Hard 4, ainsi que le fait ressortir le tableau ci-dessous :
| Matériau |
Abrasion (g/m²/h) |
| Fonte grise / GG 25 ................. |
110 |
| G-X 120 Cr Mo 29 2/1 4138 ............ |
100 |
| G-X 190 Cr 16 / Fonte trempée au chrome |
18,3 |
| G-X 290 Cr Ni Si 8 6 2 : ............. |
— |
| Ni-Hard 4 ............................ |
7,5 |
| Norihard NH 15 3 ..................... |
2,7 |
Conditions des essais :
Fluide d’attaque : sable quartzeux + eau
Rapport de mélange : 1 : 1
Granulation : 0,9 à 1,2 mm
Durée de l'essai : 2 h
Vitesse : 3 000 tr/mn
Échantillon : Ø 55 mm
De son côté, le matériau Noridur se caractérise surtout par son excellente résistance à la corrosion par piqûres et il a déjà fait ses preuves dans de nombreux cas d'utilisation avec des eaux résiduaires corrosives de liquides contenant du chlore, ainsi qu’avec des eaux saumâtres ou de l’eau de mer. Comparé aux alliages au chrome-nickel de haute qualité souvent utilisés dans le passé, son emploi constitue une solution économique.
Un des avantages des groupes submersibles réside donc dans leur construction robuste et simple, peu sujette aux incidents, hautement fiable et d’entretien facile.
D’autre part, les groupes destinés à être utilisés dans les installations d’eaux résiduaires possèdent des surfaces extérieures lisses, permettant un nettoyage rapide et facile.
Leur utilisation universelle grâce aux différents modes d'installation et au montage simple des pompes constitue un autre avantage essentiel. Ajoutons que l'emploi de groupes submersibles conduit à des économies notables lors de la construction des bâtiments de pompage par rapport aux solutions classiques et à une réduction des coûts d'exploitation due à la diminution des dépenses d’entretien.
Les pompes en installation horizontale ou verticale n’en conservent pas moins pour autant leurs avantages dans les cas où l’installation submersible ne constitue pas la meilleure solution technique.
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