Lors des opérations d’extraction et de transfert de sédiments à l’aide d’une pompe à sable, il est courant que les utilisateurs constatent des vibrations au niveau du corps de la pompe. Ce phénomène est particulièrement fréquent sur les modèles de grande taille couplés à des sources de puissance élevées. En effet, la charge dynamique importante au démarrage peut entraîner de légères vibrations, qui disparaissent généralement une fois que l’équipement atteint un régime de fonctionnement stable. Cela relève d’un comportement normal.
Cependant, si les vibrations sont anormalement fortes au point d’affecter le bon déroulement des opérations de dragage, cela doit être pris très au sérieux. Les causes possibles incluent un mauvais choix de configuration, un déséquilibre d’installation, un désalignement de l’accouplement, une usure de la roue ou l’aspiration de corps étrangers.
Cet article analyse les principales causes de vibration rencontrées lors du fonctionnement d’une pompe à sable et propose des méthodes de diagnostic ainsi que des recommandations pratiques, dans le but d’assurer un fonctionnement stable et efficace du système.
1. Causes mécaniques de vibrations
1.1 Problèmes d’installation
- Les boulons de fondation ne sont pas correctement serrés ou la plaque de base commune manque de rigidité.
- Le moteur d’entraînement et la pompe à sable ne sont pas correctement alignés sur les trois axes.
Avant toute mise en service de la pompe centrifuge, il est indispensable de vérifier que les boulons d’ancrage sont bien serrés et que la pompe est installée de manière horizontale. Une mauvaise installation peut engendrer des vibrations lors du fonctionnement.
1.2 Obstruction du carter de pompe par des corps étrangers
Certains utilisateurs omettent d’installer une crépine à l’extrémité du tuyau d’aspiration. Cela permet aux gros débris, tels que pierres, végétaux ou déchets, de pénétrer dans le carter de la pompe. Si un objet se bloque dans l’espace entre la roue et la plaque d’usure, des vibrations importantes peuvent se produire.
Solution recommandée : installer une crépine métallique à l’entrée du tuyau d’aspiration pour filtrer les gros éléments et éviter les obstructions à l’intérieur de la pompe.
1.3 Déséquilibre du rotor de la pompe
Des vibrations peuvent apparaître au niveau des paliers du corps de palier, surtout lorsque la vitesse de rotation approche sa valeur nominale. Après un usage prolongé, des composants tournants tels que l’arbre ou la roue peuvent présenter un déséquilibre de masse causé par l’usure, la corrosion, des dommages localisés ou des corps étrangers.
Solution recommandée : remplacer les pièces tournantes et effectuer un nouvel équilibrage dynamique pour corriger les défauts et éliminer les vibrations.
1.4 Mauvais alignement de l’accouplement
Un accouplement mal centré, un défaut d’alignement entre l’arbre moteur et l’arbre de la pompe, un jeu excessif des boulons ou des surfaces d’accouplement non parallèles (dus à des défauts d’usinage ou une installation incorrecte) peuvent provoquer des vibrations dès la mise en marche ou après un certain temps de fonctionnement.
Même si le système fonctionne normalement au début, des facteurs tels que le desserrage des boulons de fondation, le déplacement de cales ou l’affaissement du support peuvent entraîner un décentrage progressif, provoquant ainsi des vibrations croissantes.
1.5 Problèmes de lubrification
Un jeu excessif dans les roulements ou une rupture du film d’huile peuvent entraîner des variations du niveau de vibration en fonction des conditions de fonctionnement. Ce type de défaillance est souvent accompagné de bruits anormaux ou de mouvements irréguliers des composants mécaniques.
2. Vibrations dues au phénomène de cavitation
Lorsque le liquide aspiré par la roue contient des bulles de gaz, ces dernières peuvent imploser sous l’effet de la pression exercée par le liquide environnant. La condensation soudaine de ces bulles dans la roue provoque l’apparition de cavités dans le liquide, générant un flux violent du fluide vers ces cavités. Ce phénomène cause des chocs hydrauliques localisés pouvant atteindre plusieurs centaines de bars. Plus les bulles sont grandes, plus l’onde de choc provoquée par leur implosion est puissante.
Si ces bulles implosent à proximité de la surface métallique de la roue, les particules de liquide agissent comme une multitude de micro-projeteurs frappant la surface à très haute fréquence, pouvant atteindre 2500 fois par seconde. Cela entraîne rapidement une fatigue du matériau et l’apparition de piqûres sur la surface métallique.
De plus, si ces bulles contiennent des gaz réactifs comme l’oxygène, la chaleur libérée lors de la condensation peut élever localement la température à 200~300°C, entraînant des réactions de corrosion électrochimique et accélérant la dégradation du métal. Ce phénomène global est appelé cavitation, et il provoque des vibrations importantes ainsi que du bruit dans le corps de pompe.
3. Composants susceptibles de provoquer des vibrations
3.1 Arbre de pompe
Un arbre trop long est davantage soumis aux forces hydrauliques, ce qui augmente les vibrations dans la partie immergée de la pompe. Un jeu excessif au niveau du disque d’équilibrage ou un mauvais réglage de la poussée axiale peuvent entraîner des oscillations à basse fréquence et des vibrations dans les paliers. Un désalignement ou une excentricité de l’arbre peut également provoquer des vibrations de flexion.
3.2 Fondation et châssis de la pompe
Une base commune mal fixée ou ayant perdu de sa rigidité (par corrosion ou fatigue structurelle) peut provoquer un désalignement entre la pompe et l’unité motrice. Cela augmente la fréquence de vibration, et si cette fréquence entre en résonance avec une source extérieure, l’amplitude des vibrations s’amplifie considérablement.
3.3 Accouplement
Des défauts dans l’accouplement tels que :
- boulons mal espacés ou non symétriques ;
- rallonge désaxée créant une force centrifuge ;
- cône d’accouplement hors tolérance ;
- déséquilibre statique ou dynamique ;
- chevilles élastiques trop serrées, empêchant leur fonction d’absorption ;
- jeu excessif entre l’arbre et l’accouplement ;
- usure des bagues en caoutchouc ;
- boulons de transmission de masse différente ;
peuvent tous générer des vibrations importantes.
3.4 Défauts propres à la pompe à sable
Des composants mal usinés, notamment des roues non testées en équilibrage statique ou dynamique, entraînent des vibrations en fonctionnement. De plus, un assemblage imprécis entre les composants augmente les déséquilibres. Il est essentiel d’améliorer la précision d’usinage et d’assemblage, et de tester la pompe en conditions réelles avant la livraison.
3.5 Sélection inappropriée du modèle de pompe (pompe à haute hauteur fonctionnant à basse pression)
Certains utilisateurs choisissent des pompes à haute hauteur manométrique pour garantir le transport à longue distance. Cependant, au début des travaux, lorsque la distance est courte, la pompe fonctionne à un point bas de la courbe, ce qui provoque une augmentation du débit, surchargeant ainsi le moteur ou le groupe diesel, et induisant des vibrations.
Solution : adapter le type de pompe à la distance d’acheminement. Utiliser une pompe à faible hauteur pour les courtes distances. En cas d’utilisation obligatoire d’une pompe à haute hauteur à faible distance, on peut réduire la vitesse de rotation ou ajouter une vanne à la sortie pour augmenter les pertes de charge.
3.6 Roulements et lubrification
Une faible rigidité des paliers abaisse la vitesse critique, provoquant des vibrations. Des paliers directeurs mal fixés ou usés, un jeu excessif dans les coussinets, des roulements de butée ou à billes endommagés peuvent provoquer des mouvements axiaux et des flexions vibratoires de l’arbre.
Une mauvaise lubrification (huile inappropriée, huile dégradée, impuretés, conduites bouchées) détériore l’état des roulements, augmentant les vibrations. La vibration peut également être générée par l’auto-excitation du film d’huile dans les paliers lisses.
3.7 Tuyauterie et fixation
Une rigidité insuffisante du support de la conduite de refoulement peut entraîner une flexion qui pousse sur le corps de pompe, rompant l’alignement entre la pompe et le moteur. Des contraintes internes dues à une installation forcée, des connexions desserrées ou défaillantes, la rupture du canal de refoulement, des fragments bloqués dans la roue, des poches d’air à la sortie, des clapets défectueux, ou une prise d’air à l’aspiration sont autant de causes possibles de vibrations.
3.8 Jeu entre les composants
Un mauvais alignement entre l’arbre moteur et l’arbre de pompe, un accouplement mal centré, une usure excessive dans les jeux de fonctionnement (entre roue et bague d’usure, entre joints mécaniques), peuvent provoquer des déséquilibres dynamiques à l’origine de vibrations.
4. Méthodes de traitement et de prévention des vibrations
Pour prévenir les vibrations dans les pompes centrifuges pour sable, il est essentiel de contrôler rigoureusement la conception, l’installation, la tuyauterie, et les essais de mise en marche. Les mesures suivantes doivent également être prises :
- Réaliser des essais d’équilibrage statique (et dynamique si possible) du rotor.
- Calculer la vitesse critique de la pompe et éviter de fonctionner à cette vitesse.
- Utiliser une pression d’alimentation positive dans les longues conduites pour éviter la cavitation.
- Construire une base suffisamment rigide et stable pour éviter la résonance.
- Fixer solidement les boulons de fondation.
- Contrôler régulièrement l’état de l’arbre, de la roue, des roulements et de la lubrification.
- Vérifier l’alignement de l’accouplement entre le moteur et la pompe, et corriger si nécessaire.
En fonction des environnements de travail, les pompes à sable peuvent rencontrer divers problèmes. Une exploitation correcte et un entretien régulier de la pompe et de son moteur permettent d’éviter la plupart des pannes. En cas de dysfonctionnement, il est impératif d’arrêter la machine pour éviter des pertes économiques plus importantes.
5. Conclusion
Les conditions de fonctionnement peuvent varier considérablement en fonction de l’environnement, ce qui expose fréquemment les pompes à sable à divers défis techniques. Cependant, en suivant rigoureusement les instructions d’utilisation, en effectuant une maintenance régulière de la pompe et du système d’entraînement, et en sélectionnant correctement le modèle de pompe adapté au point de fonctionnement, la majorité des problèmes de vibration peuvent être évités. En cas d’anomalie, il est essentiel d’arrêter immédiatement le fonctionnement de l’équipement afin d’éviter des dommages plus graves et des pertes économiques importantes.
Chez OCEAN Pump, nous disposons de plus de 20 ans d’expérience professionnelle dans la conception, la fabrication et la fourniture de solutions de pompage destinées aux applications de dragage, de mines, de chantiers et de travaux hydrauliques. Nos pompes à boues et équipements auxiliaires sont exportés avec succès vers plus de 60 pays, reconnus pour leur haute efficacité, leur durabilité et leur facilité d’entretien.
Nous proposons un service personnalisé de sélection technique, une assistance après-vente complète, un approvisionnement à long terme en pièces de rechange ainsi qu’une formation à l’installation, selon les besoins du client.
Rédigé par
Wren Yao
Tai’an OCEAN Pump Co., Ltd
Courriel: wren@tsbeng.com
WhatsApp: +86 17515298917
