1. Introduction
Une pompe d’aspiration de sable est une pompe conçue pour le transport de mélanges sablonneux, généralement sous forme de pompe centrifuge. Ces pompes intègrent des innovations tant sur le plan hydraulique que structurel. Les composants du passage de fluide sont coulés en alliage résistant à l’abrasion à haute teneur en chrome, ce qui leur confère des avantages tels qu’un rendement élevé, des économies d’énergie, une excellente résistance à l’usure et une grande fiabilité de fonctionnement.
Les pompes d’aspiration de sable conviennent au transport de boues hautement abrasives contenant des particules solides telles que le sable, le mortier, la vase ou les scories. Elles peuvent traiter des mélanges solides-liquides avec une concentration pouvant atteindre 60 %, ce qui en fait un équipement idéal pour l’extraction, le transfert et le refoulement du sable. En fonction des conditions réelles d’utilisation, l’utilisateur peut opter pour une seule unité ou plusieurs pompes connectées en série pour des opérations sur de longues distances.
La première étape dans le choix d’une pompe à sable adaptée consiste à établir une communication efficace avec le client. En effet, il existe de nombreux modèles de pompes à sable, avec des structures et des configurations variées, chacun étant adapté à un environnement de travail spécifique. Lors de la recommandation d’un modèle, il est essentiel de bien comprendre les conditions du site d’exploitation pour proposer la solution la plus appropriée.
Les informations clés à recueillir sont les suivantes :
- La granulométrie du sable,
- La présence éventuelle de débris ou de gros graviers,
- La teneur en boue du sable,
- Le volume de sable à pomper par jour,
- La distance de refoulement,
- Le type d’environnement (rivière, lac) et la disponibilité d’une source d’eau,
- La nécessité ou non d’une drague pour porter la pompe,
- La disponibilité d’une alimentation électrique sur site.
Plus la communication est détaillée, plus le choix du modèle de pompe pourra être précis, garantissant ainsi une réponse optimale aux besoins opérationnels du client.
Une fois les exigences spécifiques du client clairement identifiées grâce à une discussion approfondie, l’étape suivante consiste à recommander un modèle adapté. Pour ce faire, il est crucial de maîtriser les caractéristiques de performance des différents types de pompes à sable. Chaque modèle possède ses propres forces et avantages. Une compréhension approfondie de ces éléments permet d’offrir au client une solution à la fois efficace et économiquement pertinente.
2. Caractéristiques structurelles et fonctionnelles des six principaux types de pompes à sable
2.1 Pompe à sable amphibie PNS – Caractéristiques structurelles :
- La série de pompes PNS se compose principalement du corps de pompe, de la roue, de la plaque d’usure, du couvercle de pompe, du support et de l’ensemble palier.
- Le corps de pompe, la roue et la plaque d’usure peuvent être fabriqués en fonte grise, acier moulé, alliage résistant à l’usure à haute teneur en chrome, ou en matériaux non métalliques résistants à l’abrasion. Le choix du matériau dépend des conditions d’application spécifiques.
- L’étanchéité de l’arbre est assurée par une garniture tressée, avec de l’eau sous pression introduite dans le presse-étoupe pour garantir un fonctionnement stable.
- Vue depuis l’entrée de la pompe, la rotation est dans le sens antihoraire. La sortie est située à droite de l’axe horizontal, mais peut être ajustée sur 360° selon les besoins du chantier.
2.2 Pompe à sable submersible – Caractéristiques structurelles :
- L’ensemble adopte une structure à moteur sec situé au-dessus de la pompe. Le moteur est protégé par des garnitures mécaniques, empêchant efficacement l’eau à haute pression et les impuretés de pénétrer dans le moteur.
- Une roue agitatrice est ajoutée en plus de la roue principale, afin de remettre les sédiments en suspension pour former une boue facilement pompable.
- Les composants en contact avec le fluide, comme les roues principale et agitatrice, sont fabriqués à partir de matériaux hautement résistants à l’abrasion, offrant une excellente résistance à l’usure et à la corrosion, sans risque de colmatage, avec une forte capacité de refoulement.
- Non limitée par la hauteur d’aspiration, cette pompe offre un rendement élevé pour l’extraction de boues et un dragage plus approfondi.
- Aucun besoin de pompe à vide auxiliaire, réduisant ainsi les coûts d’investissement.
- Aucun système d’agitation ou de pulvérisation auxiliaire requis, simplifiant l’exploitation.
- Le moteur étant immergé, il n’est pas nécessaire de prévoir une structure de montage complexe ou de protection en surface, ce qui facilite la gestion.
- La roue agitatrice étant en contact direct avec le fond, la concentration de boue peut être ajustée en variant la profondeur d’immersion, permettant un contrôle flexible de la concentration.
- Fonctionnant entièrement sous l’eau, l’équipement ne génère ni bruit ni vibration, assurant un environnement de travail propre.
2.3 Pompe à sable pour gros granulats – Caractéristiques structurelles :
- Composée de la tête de pompe, du système d’étanchéité, de l’ensemble palier et du cadre de support.
- Toutes les pièces en contact avec le fluide (corps de pompe, roue, plaques d’usure avant et arrière, roue auxiliaire, presse-étoupe, etc.) sont coulées en alliage à haute résistance, offrant une excellente résistance à la corrosion et à l’usure, tout en permettant le passage de grosses particules.
- Les larges passages assurent de bonnes performances anti-cavitation, un rendement élevé et une forte résistance à l’abrasion.
- Lubrification à l’huile fine avec système de refroidissement par eau pour prolonger la durée de vie des roulements.
- Les transmissions disponibles incluent l’entraînement par courroie, accouplement élastique ou boîte de vitesses. Plusieurs vitesses et structures permettent une adaptation optimale aux conditions de travail difficiles.
2.4 Pompe à sable polyvalente – Caractéristiques structurelles :
- La pompe DS adopte une structure à double paroi métallique, avec un corps de pompe à fente verticale. L’orientation de la sortie peut être réglée par paliers de 45°.
- Le système d’étanchéité de l’arbre varie selon l’application, incluant des options telles que la roue auxiliaire, la garniture tressée ou la garniture mécanique.
- Des roues fermées sont utilisées pour améliorer la résistance à l’usure et l’efficacité de la pompe.
- Les roues comportent généralement cinq pales, générant une hauteur manométrique élevée, adaptée aux transports longue distance.
2.5 Pompe à sable verticale – Caractéristiques structurelles :
- Constituée de composants tels que le corps de pompe, la roue, la plaque d’usure, le support moteur et l’ensemble de palier.
- L’étanchéité est assurée par un joint d’huile à lèvre en caoutchouc. Le système de garniture est isolé du palier inférieur, et le joint d’huile empêche l’infiltration de sédiments, prolongeant ainsi la durée de vie des roulements.
- Vue depuis l’entrée de la roue, la rotation est dans le sens antihoraire.
- Une roue auxiliaire est installée pour réduire la pression arrière et la force axiale, tout en empêchant les débris d’entrer dans la chambre d’étanchéité, réduisant l’usure et prolongeant la durée de vie du joint.
- Les pièces en contact avec le fluide sont en fonte résistante à l’usure, offrant une dureté élevée et une résistance accrue à l’abrasion, avec une longévité 2 à 3 fois supérieure à celle des matériaux standards.
- Cette pompe est souvent utilisée en combinaison avec une pompe à haute pression pour des travaux de remblaiement hydraulique ou de poldérisation.
2.6 Pompe à sable à haut débit – Caractéristiques structurelles :
- Son principal avantage est sa capacité de refoulement élevée. Comparée à d’autres modèles, elle dispose de larges canaux de passage et d’une forte capacité d’aspiration, assurant une productivité accrue à puissance égale.
- Les pièces hydrauliques sont en fonte ou en alliage à haute résistance à l’usure.
- Conception compacte, légère et flexible, adaptée aux environnements complexes.
- Utilise une roue ouverte pour éviter le colmatage, avec un rendement élevé pour les fluides à forte teneur en solides.
- Large gamme de modèles et de tailles disponibles, compatibles avec moteurs diesel et électriques, avec des configurations performantes et éprouvées.
En comparant visuellement les structures externes de chaque type de pompe, on peut rapidement percevoir leurs différences. Mais chaque modèle possède également des performances internes uniques. Une connaissance approfondie de ces caractéristiques est essentielle pour sélectionner le modèle le plus adapté. Une fois le modèle choisi selon les conditions de travail, il convient de déterminer les paramètres de base, tels que le débit et la hauteur manométrique, qui sont cruciaux pour répondre aux exigences de débit et de distance de refoulement du client.
3. Paramètres de Performance de la Pompe à Aspiration de Sable
3.1 Vitesse d’Écoulement
La vitesse d’écoulement (m/s) se calcule ainsi :
Vitesse d’Écoulement (m/s) = [Débit volumétrique (m³/h) ÷ Section transversale de la conduite (m²)] ÷ 3600
Lorsque le fluide contient des sédiments, il est essentiel de maintenir une vitesse de boue appropriée dans la canalisation. Contrairement aux pompes pour eau claire, une vitesse trop basse ou trop élevée peut poser problème.
- Si la vitesse est trop faible, les particules de sable se déposent et s’accumulent à l’intérieur de la conduite, augmentant la concentration de boue dans la chambre de la pompe. Cela accélère l’usure de la roue et peut provoquer, dans les cas graves, un colmatage de la canalisation ou de la pompe.
- Si la vitesse est trop élevée, cela engendre une plus grande résistance dans la conduite, une réduction du débit et une baisse de l’efficacité de pompage, tout en augmentant également le risque de blocage.
Par conséquent, lors de la conception et du choix de la pompe, le débit de fonctionnement doit correspondre au diamètre de la conduite. Dans la plupart des cas, une vitesse d’écoulement de boue entre 2 et 3 m/s est recommandée.
3.1.1 Lignes Directrices de Base pour la Sélection de la Vitesse d’Écoulement
- Lorsque la densité spécifique des particules solides est élevée, choisir une vitesse d’écoulement plus élevée ; lorsque la densité est faible, choisir une vitesse plus basse.
- Lorsque la taille des particules est grande, utiliser une vitesse plus élevée ; pour les particules plus petites, une vitesse inférieure est acceptable.
- Lorsque la concentration de boue est élevée, augmenter la vitesse d’écoulement ; lorsque la concentration est faible, réduire la vitesse en conséquence.
3.2 Hauteur de Refoulement (Hauteur de Levage)
Lors de la sélection de la hauteur de refoulement d’une pompe à sable, trois facteurs principaux doivent être pris en compte : la hauteur de décharge, les pertes dans la canalisation et la marge de hauteur.
- La hauteur de décharge correspond à la différence de hauteur verticale réelle entre la pompe et le point de décharge.
- Les pertes dans la canalisation sont fortement influencées par le diamètre intérieur du tuyau et la vitesse d’écoulement du fluide. D’autres facteurs contribuent également :
- Le matériau du tuyau (et son coefficient de frottement interne),
- La concentration de boue,
- La viscosité de la boue,
- La longueur de la canalisation,
- Le nombre et l’angle des coudes,
- Les vannes et accessoires de tuyauterie.
Vitesse (m/s) | Diamètre (DN50) | Diamètre (DN75) | Diamètre (DN100) | Diamètre (DN125) | Diamètre (DN150) | Diamètre (DN200) |
2.0 | 9.5 | 6.3 | 4.2 | 3.3 | 2.7 | 1.9 |
3.0 | — | 14 | 9.5 | 7.5 | 6.2 | 4.3 |
D’après le tableau comparatif, il est clair que des diamètres de tuyaux plus petits entraînent des pertes de pression plus importantes, et que des vitesses d’écoulement plus élevées augmentent la résistance. Par conséquent, remplacer un grand tuyau par plusieurs petits tuyaux ayant une section équivalente n’est pas recommandé, car cela engendre des pertes nettement plus élevées.
- Marge de hauteur : Les pertes de charge calculées pour les pompes à sable sont généralement estimées à deux fois celles des pertes dans une conduite d’eau claire, sur la base de l’expérience pratique en ingénierie. Lorsque les conditions de travail sont incertaines ou complexes, il est conseillé d’inclure une marge de hauteur dans la sélection de la pompe afin de garantir la fiabilité dans des conditions variables.
4. Étude de cas
Sur la base des conditions de travail fournies par le client :
Le volume de sable sec connu par heure est de 60 m³, donc le débit de la pompe Q ≈ 330 m³/h ;
Différence de hauteur verticale △H = 4 m, longueur de la canalisation L = 550 m ;
Gravité spécifique du slurry 1,3 ;
Supposant qu’il n’y a pas de coudes dans la canalisation ;
Sélection comme
suit :
① Concernant la vitesse d’écoulement V et le diamètre de la canalisation :
Selon la formule, la vitesse moyenne d’écoulement
V = (π × D² / 4) × Q / 3600 = 3,14 × 0,2 × 0,2² × 330 = 2,92 m/s
Notre entreprise recommande d’utiliser une canalisation d’un diamètre intérieur de 200 mm pour le transport.
② Concernant la hauteur :
Perte de charge dans la canalisation Hfl = 0,016 × D × L × 2g × V² / V
= 0,016 × 0,2 × 550 × 2 × 9,8 × 2,92 × 2,92
= 19,141 m
Par conséquent, la hauteur réelle H = (Hfl + △H) × 1,1 = (19,141 + 4) × 1,1 = 25,455 m ≈ 26 m
③ Concernant la sélection de la pompe :
Débit Q = 330 m³/h ; hauteur H = 26 m ;
Modèle de pompe à sable sélectionné : ZS200, vitesse : n = 1150 tr/min, rendement 60%
④ Concernant la puissance :
Gravité spécifique connue du slurry Sm = 1,3
Selon la formule Pm = 102 × η × Q × H × Sm / 3,6 = 102 × 0,63 × 330 × 26 × 1,3 / 3,6 = 50,626 kW
Puissance réelle de la pompe P = Pm × 1,1 = 50,626 × 1,1 = 55,688 kW ≈ 75 kW
En résumé, notre entreprise recommande :
- Modèle de pompe à sable : pompe à aspiration de grosses particules ZS200, vitesse : n = 1150 tr/min
- Moteur : Y280S-4 / 75 kW / 380 V, équivalent à 120 HP ;
- Entraînement CRZ (connexion par courroie avec base commune) ;
- Joint d’étanchéité à garniture ;
- Pièces d’écoulement en alliage haute teneur en chrome A05 (KmTBCr27) ;
- Taille maximale des particules admissible 127 mm ;
- Poids de la pompe 1350 kg ; poids du moteur 562 kg ;
5. Conclusion
La sélection d’une pompe à aspiration de sable est un processus global influencé par plusieurs facteurs, notamment les conditions de travail, les exigences du client et les performances de la pompe. OCEAN Pump est un fabricant et fournisseur internationalement reconnu de pompes à aspiration de sable de haute qualité, pompes de dragage, pompes à boue et équipements connexes. Notre équipe technique est engagée depuis les années 1990 dans le développement, l’adaptation et l’application de machines de pompage pour le dragage fluvial, le remblayage, la gestion des résidus, et plus encore. Grâce à une expérience riche, une technologie excellente et un service attentif, nous avons gagné la confiance de nombreux utilisateurs.
OCEAN Pump est spécialisée dans les pompes à aspiration de sable depuis 20 ans, offrant non seulement des produits de haute qualité et des solutions industrielles complètes, mais aussi des services d’installation sur site. Pour toute demande concernant le dragage, les solutions d’aspiration de sable ou les problèmes d’équipement, n’hésitez pas à nous contacter à tout moment.
Rédigé par
Wren Yao
Tai’an OCEAN Pump Co., Ltd
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