Douilles en carbure pour pompes submersibles transportant des fluides particulaires sableux et abrasifs

Lorsqu'une pompe submersible traite de l'eau sableuse, des eaux de drainage minier, des eaux usées limoneuses, des fluides de forage ou tout autre liquide contenant des particules, le problème le plus visible est généralement l'abrasion.

Cette inquiétude est justifiée, mais elle ne représente qu'une partie du problème.

Du sable peut s'infiltrer dans l'espace entre un arbre et une bague, perturber le film de lubrifiant, augmenter le jeu, rainurer la douille et rendre l'ensemble rotatif moins stable. À mesure que le jeu augmente, les vibrations et les mouvements de l'arbre peuvent s'accroître, permettant ainsi à encore plus de particules de pénétrer.

Voilà pourquoibagues en carbure pour pompes submersiblesIl ne faut pas les considérer comme de simples manchons rigides.

Ce sont des interfaces d'usure de précision. Leur rôle est de protéger l'arbre ou le manchon, de maintenir un jeu de fonctionnement contrôlé, d'assurer une rotation stable et de rester solidement fixées lorsque des particules abrasives circulent à travers ou autour de la pompe.

Chez Langsun Carbide, mon point de départ n'est pas :

"Est carbure de tungstène Assez dur pour le sable ?

Le carbure de tungstène est extrêmement résistant à l'usure. La question la plus pertinente est :

« Le système de bagues complet peut-il contrôler l’entrée de particules, la lubrification, le jeu, l’alignement et la corrosion pendant toute la durée d’entretien prévue ? »

Toutes les pompes submersibles ne gèrent pas le sable de la même manière.

L’expression « pompe submersible » recouvre plusieurs types d’équipements différents. Les acheteurs doivent identifier la catégorie de pompe avant de choisir la bague.

Type de pompe	Moyen typique	Défi de la bague
Pompe submersible pour forage ou puits	Eaux souterraines contenant du sable, du limon fin ou des débris de forage	Les paliers lubrifiés à l'eau doivent tolérer les petites particules sans compromettre la stabilité de l'arbre.
Pompe de drainage ou d'assèchement submersible	Eaux de construction, eaux minières, eaux pluviales et matières solides décantées	Concentrations élevées de matières solides intermittentes, démarrages fréquents et fonctionnement possible à sec ou partiellement immergé
Pompe à boues submersible	Résidus miniers, boues minérales, mélanges sable-eau, boues ou matériaux de dragage	Concentration élevée en matières solides, vitesse d'érosion, particules de grande taille et fortes contraintes mécaniques
Pompe électrique submersible pour pétrole et gaz	Fluides produits contenant du sable de formation, du tartre, des hydrocarbures, du gaz et des produits chimiques	Abrasion, corrosion, interférences gazeuses, chaleur, longues périodes de fonctionnement et récupération difficile
Pompe submersible pour eaux usées	Eaux usées contenant du gravier, du sable, des fibres et des matières en suspension	L'abrasion doit être prise en compte conjointement avec le colmatage, le passage des débris et la conception de la turbine.

Une bague conçue pour une pompe à eau de puits profond ne peut être automatiquement adaptée à une pompe submersible à boues lourdes. Le fluide, les charges, la lubrification, la granulométrie et les risques de défaillance sont différents.

Pourquoi les milieux sableux et particulaires sont difficiles pour les bagues

1. Les particules pénètrent dans le jeu de fonctionnement

Le jeu entre l'arbre ou le manchon et la bague doit permettre la rotation, la formation d'un film liquide, les mouvements thermiques et les tolérances de fabrication.

Cette même ouverture peut également permettre à de fines particules de pénétrer.

Une fois que les particules pénètrent dans l'interface, elles peuvent :

● Glissez sur la surface de course

● Roulez entre les deux composants

● Se retrouver piégé et écrasé

● Se briser en fragments abrasifs plus fins

● Créer des rainures dans l'arbre ou la bague

● Accumulation pendant l'arrêt

2. Le sable peut transformer le film liquide en une boue abrasive.

De nombreuses bagues de pompes submersibles sont lubrifiées par le liquide pompé. Lorsque ce liquide contient des particules dures, le même fluide qui assure le refroidissement et la lubrification peut également transporter des abrasifs directement dans l'espace entre les paliers.

Un film liquide stable réduit le frottement direct, mais ne rend pas les particules inoffensives.

3. L'usure modifie le jeu

Lorsque l'alésage de la bague s'élargit ou que le diamètre du manchon d'arbre correspondant diminue, le jeu de fonctionnement augmente.

Un dégagement excessif peut entraîner :

● mouvement plus important de l'arbre

● Vibrations plus élevées

● Support radial réduit

● Usure inégale sur les scènes voisines

● Détresse des phoques

● Recirculation interne

● Entrée de particules supplémentaires

4. Les grosses particules peuvent causer des dommages dus à un impact

Le sable fin est principalement responsable de l'abrasion. Les particules plus grosses, anguleuses ou irrégulières peuvent également heurter l'entrée de la douille, les bords, les rainures ou les angles exposés.

Un carbure très dur mais insuffisamment résistant peut supporter l'usure due au polissage mais s'ébrécher sous l'effet d'un impact.

5. Le sable peut se déposer lorsque la pompe s'arrête.

Lors de l'arrêt, des particules grossières peuvent se déposer dans les zones de palier, les espaces entre les étages et les sections inférieures de la pompe. Au redémarrage suivant, des dépôts solides risquent d'être présents autour de l'arbre.

Grundfos recommande une montée en puissance contrôlée et une gestion du débit dans les applications d'eaux souterraines sensibles au sable, car un démarrage agressif peut perturber le sable et le limon accumulés.

Pourquoi utilise-t-on le carbure de tungstène pour les bagues de pompes abrasives ?

Carbure de tungstène cémenté Il s'agit d'un matériau composite. Les grains durs de WC assurent la résistance à l'abrasion, tandis qu'un liant métallique, généralement du cobalt ou du nickel, maintient les grains ensemble et contribue à la ténacité.

Cette combinaison permetbagues en carbure de tungstènepour conserver la géométrie de l'alésage et résister plus efficacement aux rayures que de nombreuses bagues métalliques classiques dans des conditions d'utilisation abrasives sévères.

Principaux avantages

● Haute résistance à l'abrasion :ralentit l'élargissement du diamètre causé par les particules dures

● Performances de compression élevées :prend en charge les interfaces d'exécution chargées

● Stabilité dimensionnelle :contribue à préserver la relation prévue entre l'arbre et la douille

● Résistance au lavage érosif :protège les entrées et les surfaces d'écoulement exposées

● Options de personnalisation de la qualité :Le liant et la granulométrie peuvent être ajustés en fonction des priorités en matière d'usure, de ténacité ou de résistance à la corrosion.

● Finition de précision :Les alésages, diamètres extérieurs, faces, chanfreins et rainures peuvent être rectifiés selon les exigences du dessin.

Les directives publiées par Hyperion sur le carbure expliquent que des teneurs en liant plus faibles et des grains de WC plus fins privilégient généralement la dureté et la résistance à l'usure, tandis que des grains plus gros et une teneur en liant plus élevée augmentent généralement la ténacité.

Ce compromis est particulièrement important dans les pompes submersibles, où la bague peut être soumise à une abrasion fine continue et à des chocs ou mouvements d'arbre occasionnels.

Pourquoi la dureté seule ne résout pas le problème de l'usure des pompes à sable

Les fabricants établis de pompes submersibles utilisent plusieurs stratégies différentes pour gérer le sable.

Franklin Water utilise des manchons d'arbre en céramique, des paliers de refoulement en caoutchouc, des conceptions à étage flottant et des matériaux résistants à l'abrasion dans les pompes destinées aux eaux sableuses.

Pentair décrit des conceptions dotées de surfaces d'usure en céramique dure, de turbines flottantes et de zones de roulement fermées qui créent des barrières de pression empêchant l'entrée de sable.

Ces conceptions illustrent un principe d'ingénierie important :

La résistance au sable provient de l'interaction entre le matériau, la géométrie, le chemin d'écoulement, la lubrification, le jeu et le support de l'arbre, et non de la seule dureté du matériau.

Le carbure de tungstène peut améliorer l'interface d'usure, mais la pompe a toujours besoin d'une méthode fiable pour gérer les particules.

Quand une pompe submersible doit-elle utiliser une bague en carbure ?

Une bague en carbure devient une solution pertinente lorsqu'une ou plusieurs des conditions suivantes sont présentes :

1. Les manchons métalliques présentent des rainures ou perdent de leur diamètre.Le matériau d'usure actuel ne maintient pas la géométrie requise.

2. L'augmentation du jeu affecte la stabilité du rotor.L'usure des bagues peut entraîner des vibrations, des problèmes d'étanchéité ou des contacts répétés avec l'arbre.

3. Du sable fin ou des particules minérales dures sont présents en permanence.L'interface subit un frottement abrasif persistant.

4. La récupération et la réparation sont coûteuses.Les équipements de puits profonds ou de fond de puits bénéficient d'interfaces d'usure plus durables.

5. La bague doit conserver une dimension fonctionnelle précise.Les fuites, le support, l'alignement ou l'efficacité de la scène dépendent d'un jeu stable.

6. Le liquide est également corrosif.Un liant WC-Ni ou résistant à la corrosion approprié peut être nécessaire.

7. L'ensemble peut supporter correctement le carbure.L'alignement, l'ajustement, le refroidissement et la protection des bords sont contrôlés.

Un processus de sélection pratique en sept étapes

1. Identifier la fonction exacte de la bague.Vérifiez s'il s'agit d'un roulement radial, d'une bague de guidage, d'une douille d'usure, d'une bague d'étanchéité ou d'un composant de roulement de moteur.

2. Caractériser le milieu particulaire.Consigner la composition, la granulométrie, la concentration, la forme, la dureté et le comportement à la sédimentation.

3. Définir la lubrification et le trajet des particules.Déterminer si les particules sont exclues, évacuées ou autorisées à contourner le palier.

4. Calculer le budget de fonctionnement.Inclure les dimensions, les modifications d'installation, le faux-rond, la déflexion, l'alignement, la dilatation thermique et la tolérance à l'usure.

5. Sélectionnez le niveau et le classeur.Équilibrer la résistance à l'abrasion, la robustesse, la résistance à la corrosion et la faisabilité de fabrication.

6. Examinez l'arbre et le logement d'accouplement.La bague en carbure ne peut pas rester stable sur un arbre usé ou à l'intérieur d'un logement endommagé.

7. Planifier l'inspection et le remplacement.Définir les limites d'usure, les points de mesure, la quantité de pièces de rechange et les intervalles d'entretien avant l'installation.

Je ne crois pas que la pompe à eau sableuse la plus fiable soit simplement celle dont la bague est la plus dure.

La conception la plus fiable est celle qui répond clairement à la question suivante :

● Par où le sable peut-il pénétrer ?

● Où peut-il aller ?

● Qu'est-ce qui assure la lubrification de l'interface du roulement ?

● Quel jeu d'arbre la bague doit-elle tolérer ?

● Quelle surface est censée s'user en premier ?

● Comment l'usure sera-t-elle mesurée ?

● Quand la bague sera-t-elle remplacée ?

Le carbure de tungstène est précieux car il ralentit la déformation géométrique. Cet avantage est particulièrement appréciable lorsque le circuit d'écoulement de la pompe, le jeu, le support d'arbre et l'installation permettent au carbure de fonctionner comme prévu.

Un matériau plus dur ne peut empêcher un puits mal formé de produire un excès de sable. Il ne peut pas rétablir un circuit de lubrification obstrué ni redresser un arbre tordu. Il ne peut pas protéger un tranchant en carbure non supporté des impacts répétés de gravier.

Chez Langsun Carbide, nous considérons donc la bague comme faisant partie intégrante du système complet de rotation et de traitement des fluides.

Cette approche est moins pratique que de se baser uniquement sur le diamètre et le poids, mais elle permet d'obtenir une recommandation de matériau et de conception plus fiable.

FAQ

Sont Bague en carbure de tungstèneÇa convient aux eaux sableuses ?

Oui. Le carbure de tungstène offre une excellente résistance à l'abrasion et une bonne tenue géométrique en milieu sableux. Son utilisation optimale dépend de la granulométrie, de la concentration, du mouvement de l'arbre, de la lubrification, de la dureté du matériau, de la corrosion, du jeu et de l'installation.

Les bagues en carbure peuvent-elles fonctionner directement dans l'eau pompée ?

Elles peuvent être utilisées dans les pompes où le fluide de procédé est destiné à lubrifier le palier. Le concepteur de la pompe doit s'assurer que le débit, le refroidissement, le passage des particules et la compatibilité des matériaux sont adéquats.

Le carbure le plus dur est-il toujours le meilleur pour le sable ?

Non. Un acier très dur à grain fin résiste bien à l'abrasion, mais peut être moins tolérant aux chocs, aux vibrations, aux arêtes fines ou aux contraintes d'installation. Le choix de la nuance doit trouver un équilibre entre résistance à l'usure et ténacité.

Quand faut-il utiliser le WC-Ni ?

Un liant WC-Ni ou un autre liant résistant à la corrosion peut être envisagé lorsque l'eau sableuse contient également des acides, des chlorures, des sels, des produits chimiques issus des eaux de production ou d'autres substances susceptibles d'attaquer un liant au cobalt.

Auteur | Allen

Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Fort de plus de 5 ans d'expérience dans les pièces d'usure industrielles et les applications du carbure de tungstène, il travaille avec des clients des secteurs du pétrole et du gaz, des vannes et du contrôle des débits, de la métallurgie, du traitement chimique, des pompes, du traitement de surface, des mines et du traitement des minéraux.

Il se concentre sur l'aide aux équipementiers, aux fabricants d'équipements, aux sociétés d'ingénierie et aux équipes d'approvisionnement pour choisir des pièces d'usure en carbure de tungstène fiables en fonction des conditions de travail réelles, des performances des matériaux, de la faisabilité de la fabrication et des exigences de contrôle de la qualité.

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Références

1. Franklin Water, « Pompe de puits submersible TRI-SEAL de classe J ». Les informations sur le produit décrivent un système à étage flottant pour le service de sable abrasif, ainsi qu'un manchon d'arbre en céramique et un palier de refoulement en caoutchouc.

2. Pentair Sta-Rite, « Pompes submersibles en acier inoxydable série HS de 4 pouces ». La source décrit des surfaces d'usure en céramique dure, des étages flottants et une zone de pression de palier d'arbre fermée destinée à réduire l'entrée de sable et l'usure abrasive.

3. Grundfos, « Extraction d'eau des aquifères sensibles au sable ». La source recommande un démarrage contrôlé par variateur de fréquence et des systèmes de roulement et d'étanchéité résistants au sable lorsque les systèmes de prise d'eau submersibles sont confrontés à une teneur élevée en sable et en limon.

4. Grundfos, « Turbine à vortex ». La source explique que les turbines à vortex peuvent convenir lorsque les eaux usées pompées contiennent une forte teneur en sable, tout en notant leur efficacité inférieure à celle de certains modèles de turbines à canal.

5. HOMA Pumpen, « Abrasion ». La source identifie l'usure mécanique due aux solides et note que le sable est une cause fréquente d'abrasion dans le service des pompes à eaux usées et pluviales.

6. Hyperion Materials & Technologies, « Nuances WC-Co ». Cette source explique comment la taille des grains de WC et la teneur en cobalt influencent la dureté, la résistance, la ténacité et la résistance à l'usure.

7. Hyperion Materials & Technologies, « Nuances de carbure cémenté avec liant résistant à la corrosion ». La source explique l'appauvrissement du liant en cas de corrosion humide et le rôle des systèmes de liants contenant du nickel ou d'autres systèmes de liants résistants à la corrosion.

8. CERATIZIT, « Carbure cémenté ». La source explique la structure biphasée du carbure cémenté, le WC assurant la dureté et le liant métallique contribuant à la ténacité.

9. SKF, « Montage des bagues ». La source souligne l'importance d'arbres et de logements propres et sans bavures, de procédures de montage correctes et de la prévention de la contamination abrasive.