Dépannage de la pompe centrifuge : faible débit ou pas de tête

1. Description du problème et champ d'application

Ce manuel est destiné au diagnostic et à l'élimination des dysfonctionnements associés à une alimentation réduite ou à une absence totale de pression dans les pompes centrifuges exploitées dans les conditions industrielles de l'Ukraine. Les symptômes typiques incluent une baisse significative des performances, l'incapacité de la pompe à pomper le fluide jusqu'à la hauteur requise, ainsi que des bruits et vibrations caractéristiques. Le manuel couvre le diagnostic des équipements utilisés dans les industries alimentaire, chimique, énergétique et automobile.

Classification de la gravité :

• Critique : Absence totale d'approvisionnement, ce qui entraîne un arrêt du processus technologique. Nécessite une intervention immédiate.
• Significatif : Alimentation nettement inférieure à la valeur nominale (> 20 %), affectant la qualité du produit ou l'efficacité du processus. Nécessite un diagnostic urgent.
• Mineur : Une légère réduction de l'alimentation (<20%), qui peut indiquer les premiers stades d'un dysfonctionnement. Nécessite un examen programmé.

2. Précautions

ATTENTION ! Avant de commencer tout travail de diagnostic ou de réparation sur l'unité de pompage, il est nécessaire de prendre toutes les mesures de sécurité nécessaires pour éviter les blessures corporelles et les dommages matériels.

• VERROUILLAGE ET ÉTIQUETAGE (LOTO) : Suivez toujours la procédure de verrouillage et d'étiquetage des sources d'alimentation (électriques, hydrauliques, pneumatiques) pour éviter un démarrage accidentel de la pompe. Assurez-vous que toutes les vannes des conduites d'aspiration et de refoulement sont fermées et verrouillées.
• ÉQUIPEMENT DE PROTECTION INDIVIDUELLE (EPI) : Assurez-vous d'utiliser des EPI appropriés : lunettes de sécurité/écrans faciaux, gants (chimiquement résistants lorsque vous travaillez avec des liquides agressifs), chaussures de protection, vêtements de protection. Gants résistants à la chaleur lorsque vous travaillez avec des liquides chauds.
• ÉNERGIE STOCKÉE : N'oubliez pas qu'une pression ou un vide résiduel peut rester dans le système. Ouvrez soigneusement les vannes de vidange et de ventilation. Les liquides et surfaces chauds peuvent provoquer des brûlures.
• SUBSTANCES DANGEREUSES : Assurez-vous que le liquide dans la pompe et les canalisations est sans danger pour tout contact ou prenez des mesures spéciales pour le vidanger et l'éliminer conformément à la réglementation en vigueur (DSTU 8798:2018, EN 1530:2004).
• PIÈCES ROTATIVES : Ne retirez jamais les couvercles de protection lorsque la pompe est en marche. Assurez-vous que toutes les pièces en rotation sont complètement arrêtées avant de vous en approcher.

3. Outils de diagnostic nécessaires

Pour un diagnostic efficace, il est recommandé d'utiliser les outils suivants qui répondent aux normes DSTU EN ISO 10012:2005 :

4. Liste de contrôle pour l'évaluation initiale

Avant de lancer un diagnostic détaillé, il est nécessaire de collecter les premières données. Ces informations aideront à affiner les causes potentielles du dysfonctionnement.

5. Flux systématique de diagnostics

Suivez l'organigramme suivant pour un dépannage systématique :

1. SYMPTÔME : Débit faible ou absence de hauteur
   1. Étape 1 : Vérifier le fonctionnement de la pompe
      • Diagnostic : La pompe et le moteur fonctionnent-ils ? L'arbre de la pompe tourne-t-il ?
      • Si NON :
        1. Raison possible : Pas d'alimentation électrique, dysfonctionnement du moteur, déconnexion de l'accouplement, blocage de la pompe.
        2. Test de diagnostic : Vérifier l'alimentation du moteur avec un multimètre (tension, courant). Inspectez visuellement l’accouplement. Essayez de tourner l'arbre de la pompe à la main (après LOTO).
        3. Accédez à : Dépannage électrique/mécanique du moteur/accouplement.
      • Si OUI : Continuez les diagnostics.
   2. Étape 2 : Contrôle de l'aspiration
      • Diagnostic : Mesurez la pression d'aspiration avec un vacuomètre.
      • Si la pression d'aspiration est faible (vide plus élevé) ou extrêmement basse :
        1. Cause possible : Problèmes d'aspiration (bouchon d'air, filtre obstrué, niveau de liquide insuffisant, fuite dans la conduite d'aspiration, résistance d'aspiration hydraulique excessive).
        2. Test de diagnostic :
           • Inspection visuelle du filtre et de la conduite d'aspiration.
           • Vérification du niveau de liquide dans le réservoir.
           • Écouter le bruit d’aspiration – un sifflement peut indiquer une aspiration d’air.
           • Utilisez une solution savonneuse ou un spray pour détecter les fuites sur les brides/raccords d'aspiration.
        3. Allez à : Section « Problèmes d'aspiration ».
      • Si la pression d'aspiration est normale : Poursuivez les diagnostics.
   3. Étape 3 : Vérification du suralimentation
      • Diagnostic : Mesurez la pression de suralimentation avec un manomètre.
      • Si la pression de refoulement est faible (et que la pression d'aspiration est normale) :
        1. Cause possible : Usure de la turbine, cavitation, bourrage d'air dans le boîtier de la pompe, mauvais sens de rotation, dispositifs d'arrêt partiellement ouverts.
        2. Test de diagnostic :
           • Écoute de la pompe (craquement caractéristique lors de la cavitation, sifflement lors de l'air).
           • Contrôle visuel du sens de rotation.
           • Vérification de la position des vannes d'arrêt.
           • Mesure des vibrations avec un analyseur de vibrations.
           • Utilisation d'une caméra thermique pour détecter une surchauffe locale.
        3. Allez à : Section « Usure de la turbine », « Cavitation », « Pompe bloquée par air ».
      • Si la pression de refoulement est élevée (et que l'alimentation est faible/absente) :
        1. Raison possible : Vanne d'arrêt de refoulement partiellement ou complètement fermée, canalisation ou échangeur de chaleur bouché, mauvaise sélection de la pompe (incompatibilité avec la courbe du système).
        2. Test de diagnostic :
           • Vérification de la position de tous les dispositifs d'arrêt sur l'injection.
           • Mesure de la résistance hydraulique des tronçons de pipeline.
           • Comparaison des caractéristiques passeport de la pompe avec la courbe du système calculée.
        3. Allez à : Section « Analyse de la courbe du système ».

6. Matrice dysfonctionnement-cause

Ce tableau fournit un aperçu rapide des symptômes courants, des causes probables, des tests de diagnostic et des résultats attendus. Les raisons sont classées par probabilité.

7. Analyse des causes profondes de chaque dysfonctionnement

7.1. Cavitation

Explication : La cavitation est le phénomène de formation puis d'effondrement rapide de bulles de vapeur liquide dans un flux pompé. Se produit lorsque la pression statique du liquide en tout point dans les parties d'écoulement de la pompe (généralement à l'entrée de la roue) tombe en dessous de la pression des vapeurs saturées de ce liquide à une température donnée. Cela se produit lorsque la marge de cavitation disponible (NPSH_A) devient inférieure à la marge de cavitation requise (NPSH_R) de la pompe. (DSTU ISO 17769-1:2010).

Raisons :

• NPSH_A faible (par exemple, en raison d'une température de liquide trop élevée, d'une résistance hydraulique à l'aspiration élevée, d'une hauteur d'aspiration trop élevée).
• Sélection incorrecte de la pompe (NPSH_R de la pompe est trop élevé pour les conditions données).
• Sous-remplissage de liquide dans le réservoir d'aspiration.
• La soupape d'aspiration est partiellement fermée.

Confirmation : Bruit caractéristique similaire au "craquement de gravier", augmentation des vibrations (surtout aux fréquences de 20 à 200 Hz), destruction rapide de la surface des aubes de la roue et du corps de pompe (érosion par cavitation), surchauffe du corps de pompe.

Dommages (si rien n'est fait) : La cavitation entraîne une rupture progressive du métal des pièces d'écoulement, une efficacité réduite de la pompe, une usure accrue des roulements et des joints d'étanchéité en raison des vibrations et, finalement, une défaillance de la pompe.

7.2. Pompe à air verrouillé (bouchon d'air)

Explication : Les pompes centrifuges ne sont pas destinées au pompage de gaz. Si une quantité importante d'air ou de gaz s'accumule dans la conduite d'aspiration ou dans le corps de la pompe, la turbine ne peut pas créer suffisamment de pression pour déplacer le liquide car la densité de l'air est bien inférieure à la densité du liquide. Cela crée un « bourrage d’air » qui empêche la pompe de fonctionner.

Raisons :

• Fuite d'air dans la conduite d'aspiration en raison de fuites sur les brides, les raccords, les joints d'arbre et les joints d'huile.
• Niveau de liquide insuffisant dans le réservoir d'aspiration, entraînant une aspiration d'air à travers le vortex.
• Remplissage incomplet de la pompe en liquide avant le démarrage (remplissage insuffisant).
• Accumulation de gaz libérés du liquide.

Confirmation : La pompe fonctionne, mais la pression de refoulement est presque nulle ou nettement inférieure à la normale. Un bruit caractéristique de « broyage » d'air se fait souvent entendre, la pompe fonctionne au « ralenti » avec un courant moteur réduit. Vous pouvez voir visuellement les bulles d'air dans les sections transparentes du pipeline.

Dommages (s'ils ne sont pas éliminés) : Le "fonctionnement à sec" de la pompe peut entraîner une surchauffe des joints d'étanchéité et des roulements, voire leur défaillance rapide. Il est également possible d'endommager la roue à cause du frottement.

7.3. Usure de la roue et jeux internes

Explication : La roue est l'élément clé d'une pompe centrifuge qui transfère l'énergie à un liquide. Au fil du temps, en raison de l'usure abrasive (due aux particules solides dans le fluide), de la corrosion (due aux fluides agressifs) ou de l'érosion par cavitation, les aubes de la roue et les surfaces des bagues d'étanchéité intérieures (joints à fente) s'usent. Cela entraîne une augmentation des débits de liquide internes du côté refoulement vers le côté aspiration à l'intérieur de la pompe, ce qui réduit considérablement l'efficacité et les caractéristiques de performance de la pompe.

Raisons :

• Fonctionnement à long terme avec des liquides abrasifs.
• Pompage de liquides corrosifs sans matériel de pompe approprié.
• Travailler dans des conditions de cavitation constante.
• Usure opérationnelle normale.

Confirmation : Chute de pression de refoulement avec une pression d'aspiration normale et d'autres paramètres inchangés. Une diminution de l'efficacité de la pompe, qui se manifeste par une augmentation de la consommation d'électricité par unité de liquide pompé. Lors du démontage de la pompe - traces visuelles d'usure, d'érosion, modifications de la géométrie des aubes, augmentation des jeux radiaux et axiaux.

Dommages (s'ils ne sont pas éliminés) : Réduction permanente des performances, augmentation de la consommation d'énergie, éventuellement - échec complet de la pompe à remplir sa fonction. Augmentation des vibrations en raison du déséquilibre hydraulique.

7.4. Problèmes d'absorption

Explanation: The efficient operation of a centrifugal pump is critically dependent on proper suction conditions. Toute obstruction ou anomalie de la conduite d'aspiration peut entraîner une diminution du NPSH_A et, par conséquent, une cavitation ou une perte totale d'alimentation.

Raisons :

• Filtre, crépine ou entrée du réservoir obstrués.
• The suction height is too high (the pump is located well above the liquid level).
• Suction line too long or too small in diameter, creating excessive hydraulic resistance.
• Air leakage in the suction line (see "Air plug").
• Improper design of suction fittings (elbows, transitions).

Confirmation: Low vacuum gauge reading on suction (higher vacuum), indicating high suction resistance. Bruit dans la conduite d'aspiration, vibrations possibles. Faible performance de la pompe.

Dommages (s'ils ne sont pas éliminés) : Cavitation, dommages aux parties internes de la pompe, réduction de la durée de vie de l'équipement.

7.5. Analyse de la courbe du système

Explication : La courbe du système reflète la dépendance de la résistance hydraulique du système de canalisations sur le débit du liquide. Le point de fonctionnement de la pompe est déterminé par l'intersection de la courbe de performance de la pompe avec la courbe du système. Si la courbe du système change (par exemple en raison d'un colmatage, d'une modification de la longueur des tuyaux, de l'ouverture/fermeture des vannes) ou si la pompe a été mal sélectionnée pour le système, la pompe fonctionnera en dehors du point de fonctionnement optimal, entraînant une efficacité réduite, une consommation d'énergie accrue et un faible débit.

Raisons :

• Sélection de pompe incorrecte pour des conditions de fonctionnement spécifiques.
• Modifications du système de canalisations (nouveaux coudes, diamètre plus petit, longueur accrue).
• Fermeture partielle des vannes d'arrêt ou colmatage des canalisations au refoulement.
• Pression statique élevée, qui n'a pas été prise en compte lors de la sélection.

Confirmation : Débit faible à pression de refoulement normale ou élevée. Le calcul de la courbe du système et sa comparaison avec les caractéristiques de la pompe montre que le point de fonctionnement est éloigné du point d'efficacité maximale de la pompe ou trop à gauche sur la courbe de performance.

Dommages (s'ils ne sont pas éliminés) : Augmentation de la consommation d'énergie, augmentation de l'usure de la pompe en raison d'un fonctionnement non optimal (surtout lors d'un fonctionnement en "vanne fermée"), fonctionnement instable du système.

8. Procédures de dépannage séquentielles

8.1. Élimination de la cavitation

ATTENTION : Avant toute intervention, la procédure LOTO doit être réalisée !

1. Vérification NPSH_A :
   1. Réduire la température du fluide si elle est trop élevée.
   2. Augmentez le niveau statique de liquide dans le réservoir d'aspiration.
   3. Réduisez la résistance à l’aspiration hydraulique : vérifiez et nettoyez le filtre, ouvrez complètement toutes les vannes.
   4. Vérifiez le diamètre et la longueur de la canalisation d'aspiration ; si nécessaire, augmentez le diamètre ou raccourcissez la longueur.
2. Vérification de la pompe :
   1. Assurez-vous que la pompe est correctement remplie de liquide.
   2. Inspectez la roue pour détecter tout dommage causé par la cavitation à l'aide d'un endoscope ou après le démontage.
   3. Si la cavitation est un problème chronique, envisagez de remplacer la pompe par un modèle avec un NPSH_R inférieur ou d'installer une pompe fonctionnant avec une hauteur d'aspiration positive.
3. Vérification : Démarrer la pompe, mesurer le débit, la pression d'aspiration et de refoulement, vérifier le niveau de bruit et de vibration. L'alimentation doit correspondre à la conception, au niveau de bruit et de vibration - dans les limites des valeurs admissibles (vitesse de vibration jusqu'à 4,5 mm/s RMS selon la norme ISO 10816-3).

8.2. Retrait des bourrages d'air

ATTENTION : Avant toute intervention, la procédure LOTO doit être réalisée !

1. Remplissage de la pompe :
   1. Fermez la vanne de refoulement.
   2. Ouvrir la vanne d'aspiration et la vanne de sortie d'air sur le corps de la pompe (si présente).
   3. Remplissez la pompe de liquide jusqu'à ce que l'air soit complètement évacué. Fermez la vanne de ventilation.
   4. S'il existe des pompes à vide pour le remplissage, utilisez-les.
2. Détection des fuites d'air :
   1. Vérifiez l'étanchéité de tous les raccords, brides et joints d'arbre sur la conduite d'aspiration. Utilisez une solution savonneuse ou des détecteurs de fuites spéciaux.
   2. Serrez les fixations de la bride selon le couple de serrage précisé dans la documentation (par exemple 80 Nm pour une bride DN100 PN16).
   3. Remplacez les joints ou les joints endommagés.
3. Vérification : Démarrer la pompe. L'alimentation et la pression doivent être normales. Vérifiez l'absence de "sifflement" et de bulles.

8.3. Élimination des conséquences de l'usure de la roue

ATTENTION : Avant de démonter la pompe, il est obligatoire d'effectuer la procédure LOTO et de vidanger le liquide !

1. Démontage et inspection :
   1. Démontez la partie pompe conformément aux instructions du fabricant.
   2. Inspectez visuellement la roue, le boîtier et les joints d'étanchéité pour détecter l'usure, l'érosion et la corrosion.
   3. Mesurez les jeux internes (radiaux et axiaux) et comparez-les avec les valeurs admissibles (généralement entre 0,2 et 0,5 mm, selon les instructions du fabricant).
2. Remplacement des composants :
   1. Remplacez la roue usée par une neuve (UNI EN 13355:2006).
   2. Remplacez les joints d'étanchéité et les bagues d'étanchéité usés.
   3. Lors du montage, respectez les moments de serrage et les jeux spécifiés.
3. Vérification : Après avoir assemblé et rempli le système de liquide, effectuez un test et mesurez les paramètres de fonctionnement.

8.4. Résoudre les problèmes d'aspiration

ATTENTION : Avant toute intervention dans la conduite d'aspiration, la procédure LOTO doit être effectuée !

1. Vérifier et nettoyer :
   1. Vérifiez et nettoyez le filtre ou la crépine d'aspiration. Remplacement au besoin.
   2. Vérifiez le niveau de liquide dans le réservoir, assurez-vous qu'il correspond au niveau minimum autorisé.
   3. Inspectez visuellement la buse d'aspiration pour détecter tout blocage ou corps étranger.
2. Optimisation de la conduite d'aspiration :
   1. Vérifiez le diamètre de la conduite d'aspiration : la conduite d'aspiration ne doit pas être plus petite que le diamètre de la conduite d'aspiration de la pompe, et de préférence d'une taille plus grande.
   2. Réduisez au minimum la longueur de la conduite d’aspiration.
   3. Réduisez le nombre de coudes et de raccords d'arrêt sur l'aspiration.
   4. Éliminez les poches d'air ou les points hauts dans la conduite d'aspiration.
3. Vérification : Démarrez la pompe, surveillez le vide d'aspiration, la pression de refoulement et de refoulement.

8.5. Ajustement de la courbe du système

1. Analyse du système :
   1. Effectuer un calcul détaillé de la courbe du système pour les conditions de fonctionnement actuelles, en tenant compte de tous les supports (pipelines, raccords, équipements).
   2. Comparez la courbe du système obtenue avec la courbe de performance de la pompe installée.
2. Actions :
   1. Si la résistance du système est trop élevée :
      • Nettoyer les canalisations et les échangeurs de chaleur obstrués.
      • Ouvrir complètement tous les dispositifs d'arrêt au niveau du refoulement.
      • Si nécessaire, augmentez le diamètre de la canalisation d'injection ou réduisez sa longueur.
      • Pensez à installer une pompe avec une pression plus élevée (par exemple, une pompe à deux étages).
   2. Si la pompe a été mal sélectionnée :
      • Envisagez de remplacer la roue par une autre ayant des caractéristiques différentes (si autorisé par le fabricant).
      • Remplacez la pompe par un modèle qui correspond mieux à la courbe du système calculée.
3. Vérification : Après les mesures correctives, effectuer des mesures de contrôle du débit et de la pression.

9. Précautions

10. Pièces de rechange et composants

Pour garantir un fonctionnement sans problème de l'équipement de pompage et un dépannage rapide, il est essentiel de disposer de pièces de rechange UNITEC-D GmbH conformes aux normes EN et ISO.

Veuillez vous référer au catalogue électronique d'UNITEC-D GmbH pour commander des pièces de rechange d'origine.

11. Liens

• DSTU EN ISO 10012:2005. Systèmes de contrôle des mesures. Exigences relatives aux processus de mesure et aux équipements de mesure.
• DSTU EN ISO 10816-3:2016. La vibration est mécanique. Évaluation des vibrations des machines à partir des résultats de mesures sur des pièces non rotatives. Machines industrielles d'une puissance nominale supérieure à 15 kW et d'une vitesse nominale de 120 tr/min à 15 000 tr/min.
• DSTU ISO 17769-1:2010. Pompes centrifuges, centrifuges et à vis. Exigences techniques générales et terminologie. Partie 1. Définitions, désignations, termes et indicateurs d'efficacité hydraulique.
• DSTU EN 13355:2006. Pièces moulées en fer et en acier. Traitement de surface et inspection des pièces moulées.
• DSTU EN 1514-1:2005. Brides et leurs connexions. Dimensions des joints pour brides de classe de pression PN. Partie 1. Joints plats non métalliques avec ou sans charges.
• DSTU 8798 : 2018. Systèmes de gestion de la qualité. Lignes directrices pour l'application de la norme ISO 9001:2015 dans l'industrie chimique.
• Instructions d'utilisation et d'entretien des fabricants de pompes (par exemple Grundfos, KSB, Wilo).
• Guides de maintenance UNITEC : Section « Entretien des joints d'extrémité », « Diagnostic des roulements ».