Moteurs de pompe pour les opérations d'eau et d'eaux usées industrielles et municipales

Certaines applications de pompage industrielles et municipales nécessitent un moteur conçu pour être entièrement immergé (fosse humide) ou fonctionner dans un environnement continu dans l'air (fosse sèche). Une solution de moteur submersible permet à l'application de pompage de fonctionner lorsqu'elle est entièrement immergée dans un fluide ou dans des zones sujettes à des inondations intermittentes quotidiennes (même d'heure en heure). Tous les moteurs ne peuvent pas fonctionner lorsqu'ils sont complètement immergés ; cela nécessite des caractéristiques spéciales pour garantir les performances dans les applications de fosse sèche et humide.

Une règle de sécurité électrique de base est que l'eau et l'électricité ne se mélangent pas; cependant, les moteurs à induction à courant alternatif (AC) doivent fonctionner dans ou sous l'eau pour faire fonctionner les pompes, les mélangeurs et les aérateurs dans les applications industrielles d'eau et d'eaux usées. Les moteurs submersibles doivent être spécialement conçus et fabriqués pour empêcher l'eau/l'effluent d'entrer en contact avec n'importe quelle partie du circuit électrique tout en offrant une longue durée de vie dans ces applications difficiles.

Les sites d'exploitation de ces moteurs sont extrêmement exigeants, et les réparations et l'entretien peuvent être difficiles et prendre du temps. Applications telles que fosses à lisier avec effluent granuleux et sableux ; systèmes de drainage des eaux pluviales; et, le plus souvent, les installations de traitement de l'eau propre et des eaux usées exigent que la gamme de produits submersibles soit conçue et construite pour résister aux conditions d'immersion les plus difficiles.

Les fabricants de moteurs proposent généralement deux types de moteurs adaptés au fonctionnement dans des environnements de fosse humide et de fosse sèche dans ce segment de marché : submersible et immersible.

Les moteurs submersibles sont généralement conçus pour fonctionner en continu dans l'eau/l'effluent et jusqu'à 15 minutes dans l'air sec pour les applications en fosse humide. Ils peuvent également être conçus pour fonctionner en continu dans l'air pour les applications en fosse sèche. Les moteurs submersibles sont montés directement sur la volute de la pompe, de sorte que le fluide pompé lubrifie toujours le joint d'extrémité d'entraînement extérieur. Ils peuvent fonctionner à des profondeurs aussi basses que 160 pieds et sont disponibles pour les emplacements dangereux (Underwriters Laboratories [UL] Division 1) et non dangereux.

Les caractéristiques de conception typiques des moteurs submersibles comprennent une construction en fonte totalement fermée et non ventilée (TENV), un arbre et du matériel en acier inoxydable pour la résistance à la corrosion, des joints d'arbre intérieurs et extérieurs à double montage séparés par une chambre remplie d'huile, un système de détection d'humidité et thermostats selon les exigences de la division UL 1. Ils conviennent pour un montage vertical ou horizontal. Les moteurs submersibles sont généralement disponibles en stock, mais beaucoup sont conçus sur commande. Les joints en tandem sur les moteurs submersibles pour les applications en fosse humide et en fosse sèche doivent fonctionner à l'état humide (lubrifiés par le fluide pompé).

Les moteurs immergés sont conçus pour fonctionner en continu dans l'air pour les environnements de fosse sèche ou d'autres applications où la possibilité d'inondation existe mais ne se produirait normalement pas. Les moteurs immergés sont généralement montés sur la pompe au moyen d'un cadre de palier, d'un montage à bride ou d'un agencement monobloc comme les moteurs de pompe industriels standard. Ils peuvent fonctionner en continu immergés jusqu'à deux semaines à une profondeur maximale de 30 pieds. Les moteurs immergés ne conviennent généralement pas aux emplacements dangereux et ont été initialement développés comme une alternative aux moteurs submersibles continus dans l'air.

Les moteurs immergés sont généralement dotés d'une construction en fonte totalement fermée, non ventilée (TENV) ou totalement fermée et refroidie par ventilateur (TEBC), d'éléments chauffants, de thermostats et de systèmes d'étanchéité spécialement conçus. La conception TEBC utilise un moteur de soufflante séparé qui entraîne un ventilateur externe pour un refroidissement à vitesse constante. Ils sont principalement destinés à un montage vertical vers le bas avec des supports d'extrémité à face C ou à base P en standard, bien qu'ils puissent être montés horizontalement dans certaines conditions. Contrairement aux moteurs submersibles, les joints d'arbre des moteurs submersibles peuvent fonctionner à l'état sec (ne nécessitant pas de contact avec le fluide pompé). Les moteurs immersibles sont généralement non stockés et conçus sur commande.

Plusieurs facteurs doivent être pris en considération lors de la détermination de la meilleure solution pour une application ou un environnement de pompage spécifique. Les facteurs clés incluent le type de fluide, la profondeur d'immersion, la durée et la fréquence, la configuration de montage requise, les exigences de certification et la facilité d'entretien.

Les ensembles moteur/pompe submersibles sont principalement utilisés pour les applications de traitement de l'eau et des eaux usées. Alors que les fabricants de moteurs submersibles proposent une variété de types de faces de joints mécaniques en tandem (céramique de carbone, carbure de silicium, etc.) ou de joints à boues pour gérer différents niveaux de solides et de viscosités de fluides, leur utilisation est principalement limitée à l'eau ou à des liquides similaires et aux fluides ambiants. températures jusqu'à 194 F (90 C). Les moteurs immergés offrent plus de flexibilité dans le type de liquide pompé puisque les joints du moteur ne sont pas en contact direct avec le liquide. Ni le moteur submersible ni le moteur immersible ne conviennent généralement aux environnements hautement corrosifs.

Les fabricants de moteurs utilisent principalement des constructions en fonte grise et du matériel en acier inoxydable faiblement allié qui rendent ces types de moteurs inadaptés au contact direct avec des produits chimiques agressifs ou d'autres fluides agressifs. Les fabricants d'équipements de pompage utilisent généralement des pompes immersibles avec les moteurs montés au-dessus de la plaine inondable potentielle dans des environnements hautement corrosifs pour éviter le contact direct entre les moteurs et le fluide.

Les moteurs submersibles sont normalement conçus pour un fonctionnement continu dans un liquide à une profondeur maximale de 160 pieds et pendant 15 minutes lorsqu'ils fonctionnent dans l'air. Les fabricants peuvent également concevoir des moteurs submersibles pour fonctionner en continu dans l'air en augmentant la taille du châssis par rapport à la puissance nominale (chevaux-vapeur ou kilowatts) pour obtenir la dissipation de chaleur requise lorsqu'ils fonctionnent en continu dans l'air au lieu d'être immergés dans un liquide. Les moteurs conçus pour un fonctionnement continu dans l'air sont également capables de fonctionner en continu dans un liquide, ce qui en fait une solution idéale pour les environnements à fosse sèche sujets à des inondations fréquentes ou susceptibles d'être inondés pendant de longues périodes.

Les moteurs immersibles sont conçus pour fonctionner en continu dans l'air et pendant généralement jusqu'à deux semaines lorsqu'ils sont immergés dans un liquide à une profondeur maximale de 30 pieds. En raison de la profondeur limitée et du temps de fonctionnement limité en immersion, les moteurs immersibles sont recommandés pour les zones où les inondations sont peu fréquentes et de courte durée.

Les moteurs submersibles sont généralement montés dans une configuration verticale, arbre vers le bas, mais peuvent également être montés horizontalement en raison de leur construction TENV, s'ils sont orientés selon les instructions du fabricant pour assurer le bon fonctionnement du système de détection d'humidité.

Les moteurs TEBC immersibles où le moteur du ventilateur externe est sur le même axe que l'extension de l'arbre du moteur principal doivent être montés dans une configuration verticale, arbre vers le bas pour assurer le bon fonctionnement du moteur du ventilateur jusqu'à ce qu'il soit mis hors ligne par l'interrupteur à flotteur fourni par l'utilisateur. et le moteur primaire est apte à être refroidi par le liquide. Étant donné que les moteurs TENV immersibles ne nécessitent pas de moteur de soufflante externe, ils peuvent être montés en configuration verticale ou horizontale.

Pour les applications de moteur immersible nécessitant une configuration de montage horizontale qui serait normalement fournie en tant que TEBC, les fabricants recommandent que le moteur soit fourni en tant que conception TENV pour éliminer le besoin de refroidir le moteur de manière externe pendant le fonctionnement continu dans l'air. Cela nécessite normalement une taille de cadre supérieure à la norme pour la puissance de sortie. S'il n'est pas possible de fournir la conception TEBC en tant que TENV en raison de contraintes d'espace ou de taille, le fabricant du moteur doit être consulté concernant d'autres options pour fournir un refroidissement externe au moteur principal.

L'un des avantages de spécifier des moteurs immersibles par rapport aux moteurs TEFC standard dans les applications de pompes immersibles est la possibilité de réduire le nombre de composants et la complexité nécessaires pour monter le moteur TEFC au-dessus de la plaine inondable.

La présence potentielle de gaz ou de liquides inflammables et de poussières combustibles peut affecter la conception des moteurs qui fonctionnent dans les applications d'eau et d'eaux usées. Le gaz méthane est formé par la décomposition des solides. Il est potentiellement explosif et pourrait nécessiter qu'un moteur porte une certification UL Division 1, Classe I, Groupe D ou d'autres certifications similaires pour les zones dangereuses.

Les utilisateurs sont responsables de spécifier les exigences de certification de zone dangereuse du moteur. Les références typiques pour ces exigences incluent la National Fire Protection Association (NFPA) 70, le National Electrical Code (NEC), qui définit l'indice de danger de l'espace ou de l'enveloppe ou la NFPA 820, la norme de protection contre les incendies dans les installations de traitement et de collecte des eaux usées, qui définit le danger et la classification des zones de traitement.

Les moteurs de pompes submersibles avec un cycle de service de 15 minutes dans l'air peuvent fonctionner dans des gaz ou des vapeurs potentiellement explosifs lorsque le puits humide est en cours d'assèchement, lorsque l'ensemble moteur de la pompe est abaissé dans le puits et qu'un débit est nécessaire pour éliminer les solides de la décharge pour une assise correcte, lorsque les commandes de coupure de bas niveau échouent ou lorsque des capteurs de bas niveau sont positionnés au bas de l'ensemble de pompe. Les moteurs immergés ne sont généralement pas utilisés dans les zones dangereuses et ne sont donc pas certifiés pour ces zones, principalement en raison du type de connexion de boîte de dérivation et du type de moteurs de soufflante utilisés pour les conceptions TEBC.

Les moteurs submersibles pour les applications en fosse humide ou en fosse sèche qui sont correctement appliqués et avec des dispositifs de surveillance correctement installés ne nécessitent pas d'inspection périodique des joints du moteur. Le système de détection d'humidité et la protection thermique avertissent à l'avance d'une panne imminente et permettent à l'utilisateur de planifier un programme de maintenance avant qu'une panne ne se produise. Certaines conceptions de moteurs submersibles avec des certifications UL Division 1 permettent le remplacement de l'assemblage du connecteur de câble et du joint inférieur/extérieur sur les conceptions à joint tandem sans annuler la liste UL.

D'autres types de réparations ou de modifications peuvent nécessiter le retour de l'appareil à un centre de service agréé par l'agence. Le fabricant doit être consulté avant toute activité de réparation ou de modification sur les moteurs certifiés pour les emplacements dangereux.

Étant donné que les moteurs submersibles conçus pour les applications à fosse sèche sont également capables de fonctionner en continu lorsqu'ils sont immergés, aucune inspection ou procédure de maintenance supplémentaire n'est nécessaire pour remettre les moteurs en service lorsque l'inondation diminue.

Les moteurs immersibles sont généralement conçus pour fonctionner jusqu'à 14 jours lorsqu'ils sont immergés à une profondeur maximale de 30 pieds. Lorsque le moteur est submergé, un interrupteur à flotteur déconnecte l'alimentation du moteur de soufflante externe sur les conceptions TEBC et le moteur est alors refroidi par le liquide. Chaque fois que le moteur (TEBC ou TENV) est utilisé dans un environnement inondé, il doit être démonté et l'entretien effectué selon les recommandations du fabricant. Les éléments typiques à inspecter et/ou à remplacer comprennent les roulements, les joints toriques sur les supports, les joints d'arbre et les lubrifiants.

Si le moteur du ventilateur des conceptions TEBC est submergé, il doit également être entretenu. Les fabricants fournissent généralement un moteur de soufflante de lavage (indice de protection [IP] 55) en standard, qui doit normalement être remplacé avant de remettre le moteur TEBC en service. Les fabricants de moteurs peuvent proposer une conception de moteur de soufflante immersible comme mise à niveau. Ces moteurs de soufflante immersibles nécessitent généralement une inspection et une reprise par un centre de réparation agréé avant d'être remis en service.

Bob Perdue est chef de produit - produits spécialisés pour la division ABB NEMA Motors