Introduction
Ceci est un modèle 3D d'une pompe centrifuge entraînée par turbine.
Annotations du modèle 3D
Turbine à vapeur
Les turbines à vapeur sont utilisées comme moteurs principaux là où la conversion de l'énergie thermique en mouvement rotatif mécanique est nécessaire. Les applications des turbines à vapeur incluent les grands générateurs de centrales électriques, la propulsion navale, les compresseurs et les pompes. Ce modèle 3D montre une pompe centrifuge entraînée par une turbine à vapeur.
Rotor
Les rotors se composent d'une série de pales montées sur l'arbre de la turbine. Comme le nom l'indique, le « rotor » tourne. Le type de pales utilisé dépend si la turbine est une turbine à impulsion ou à réaction. Bien que les turbines à réaction soient classées comme « à réaction », il y a toujours un petit degré de force exercée en raison de l'impulsion. Pour cette raison, elles sont également appelées pales à réaction d'impulsion.
Pales de rotor
Les pales de rotor sont normalement fixées aux disques du rotor par la méthode de l'arbre de sapin (il existe d'autres méthodes, mais l'arbre de sapin est la plus courante). Les pales sont forgées puis usinées à partir de billettes d'aciers alliés contenant du chrome, du nickel et du titane. Les pales doivent être particulièrement solides car elles transmettent l'énergie de la vapeur au rotor ; elles doivent également être capables de résister au fluage en raison des vitesses de rotation élevées de la turbine (force centrifuge élevée résultante), des températures élevées et des dommages potentiels d'érosion par l'eau.
Diaphragme
Les diaphragmes sont des pièces en forme de disque attachées aux carters de la turbine, qui maintiennent les pales stationnaires entre les étages. Ceux-ci sont construits en acier au carbone ou dans certains cas en fonte, qui sont usinés et soudés en place. Dans les conceptions plus anciennes, les diaphragmes sont placés à l'intérieur de renfoncements usinés pour réduire les fuites de vapeur à travers l'étage et pour les maintenir en place avec précision (le mouvement permettrait le contact des pales avec le carter ou d'autres parties de la turbine).
Arbre
L'arbre de la turbine est une pièce solide droite installée le long de l'axe central de la turbine. Les pales du rotor de la turbine sont fixées au rotor, et l'ensemble entier tourne. Le poids de l'arbre (charge radiale) est supporté aux deux extrémités par des paliers lisses, tandis qu'un palier de butée est utilisé pour gérer les charges axiales.
Carter
Le carter de la turbine abrite l'arbre, les paliers, le rotor et le diaphragme. Les carters de turbine à haute pression et à pression intermédiaire sont fabriqués en acier chrome-molybdène coulé afin de résister aux effets des hautes températures et pressions auxquelles ils fonctionnent. Le carter forme une grande barrière de pression autour des composants internes d'une turbine. En raison des hautes pressions présentes à l'intérieur des carters de turbine HP et IP, les parois du carter sont considérablement épaisses. Les carters de turbine à basse pression sont normalement construits en acier au carbone car il est moins cher que d'autres alliages appropriés. Les carters sont installés en deux parties (carter supérieur et inférieur) ; cela permet le retrait des composants internes d'une turbine.
Entrée de vapeur haute pression
La vapeur haute pression entre par cette connexion.
Décharge de vapeur haute pression
La vapeur haute pression est évacuée par cette connexion.
Entrée de vapeur à pression intermédiaire
La vapeur à pression intermédiaire entre par cette connexion.
Décharge de vapeur à pression intermédiaire
La vapeur à pression intermédiaire est évacuée par cette connexion.
Pompe centrifuge
Ce modèle 3D représente une pompe centrifuge à double aspiration, à un seul étage, entre paliers. « Double aspiration » se réfère au liquide entrant des deux côtés de la roue. « Un seul étage » se réfère au nombre de roues (une roue = un seul étage, deux roues = deux étages). Les pompes centrifuges sont en outre classées comme « en porte-à-faux » ou « entre paliers ». Une pompe en porte-à-faux a un arbre de roue supporté par des paliers d'un seul côté. Une pompe entre paliers a un arbre de roue supporté par des paliers des deux côtés.
Décharge/Sortie
Le fluide est évacué de la pompe par cette connexion.
Aspiration/Entrée
Le fluide est aspiré dans la pompe par cette connexion.
Bague d'usure
Une bague d'usure de la roue est installée pour réduire le jeu entre le carter et la roue. Réduire le jeu réduit la quantité de fuite du côté décharge au côté aspiration de la roue ; cela améliore finalement l'efficacité de la pompe. Les bagues d'usure peuvent être installées sur la roue, le carter, ou les deux.
Roue
Le fluide s'écoule dans l'œil de la roue puis vers l'extérieur de manière radiale. À mesure que le fluide se déplace vers l'extérieur à travers les aubes de la roue, son énergie cinétique est convertie en énergie de pression. Il existe trois types de roue centrifuge, ce sont les types fermés, partiellement fermés et ouverts ; le type utilisé dépend du fluide pompé. Le type de roue montré sur ce modèle 3D est une roue de type fermé (entièrement carénée).
Carter en volute
Les carters de pompe centrifuge sont de type diffuseur ou volute. Les pompes à un seul étage (une roue) utilisent presque toujours des carters en volute, tandis que les pompes à plusieurs étages (>1 roue) utilisent généralement des carters diffuseurs. Indépendamment du fait qu'un carter diffuseur ou volute soit utilisé, leur but est de convertir l'énergie cinétique (débit) en énergie de pression (hauteur).
Garniture de compression
La garniture de compression scelle l'espace entre l'arbre et le carter. La garniture de compression est généralement appelée simplement « garniture ». Une alternative à la garniture de compression est le joint mécanique.
Boîte à garniture
L'endroit où la garniture et la bague de lanterne sont installées est connu sous le nom de « boîte à garniture ». La garniture est littéralement « bourrée » dans cet espace. Sur ce modèle, le marqueur d'annotation a été placé au-dessus de la boîte à garniture.
Bague de lanterne
Les bagues de lanterne sont utilisées pour distribuer le liquide de refroidissement à la garniture. Le liquide de refroidissement refroidit et lubrifie la garniture, ce qui réduit la probabilité de surchauffe (une garniture surchauffée ne scelle pas correctement). Les liquides de refroidissement typiques incluent l'huile, les émulsions et l'eau.
Paliers
Les paliers supportent les charges axiales et radiales générées par la pompe lorsqu'elle est à l'arrêt et en service. Le type de palier utilisé dépend de nombreux facteurs, y compris la charge, la direction de la charge et la vitesse de rotation. Les roulements à billes sont considérés comme un palier approprié pour de nombreuses applications de service, bien qu'ils soient moins favorisés pour les charges plus lourdes. Les roulements à billes et les roulements à rouleaux sont des types de roulements anti-friction.
Entrée de la roue
Le fluide est aspiré dans la roue par cette entrée.
Ressources supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Turbopump
https://www.globalspec.com/learnmore/flow_transfer_control/pumps/turbine_pumps