Pompe d'alimentation chaudière à débit variable.

Bonjour !
Beaucoup d'entre nous ont eu à subir des déboires avec la pompe alimentaire de leur chaudière , parce que mal pensée ou mal construite.
Tout va bien tant que la pompe débite sans contre pression et puis on ne sait pas ce qui se passe dès qu'on by-pass sur la chaudière .
J'ai retrouvé un vieux papier de notre ami BOBINO qui apprend comment réaliser une pompe efficace et qui donne satisfaction , mais qui énumère aussi quelques principes élémentaires mais primordiaux ; comme « coincer la bulle » et la course du piston.
L'expression de « coincer la bulle » étant , tout comme lui, probablement originaire du Berry qui comme chacun sait en connait un rayon en la matière.;-))
La lecture peut sembler un peu longue à ceux qui ne s'autorisent que la lecture des titres mais elle est riche d'enseignements et je ne saurais que vous recommander de la lire jusqu'au bout.




1 La pompe
2 Le débit variable
3 Le contrôle de l’écoulement

1 LA POMPE

Les pompes d’alimentation de nos chaudières fonctionnent en général à vitesse réduite par un jeu d’engrenage même si elles ne sont pas électriques. Désirant m’affranchir de cette mécanique pour une pompe actionnée par la machine à vapeur, j’ai réalisé cette pompe tournant au régime moteur.
Cela en réduit les dimensions : par exemple pour une machine de 10cm3 de cylindrée fonctionnant avec de la vapeur à 3 bars eff. Chaque révolution consomme 21,3mg de vapeur

Voici la densité de la vapeur saturée

B eff         :      1       2            3          4        5          6
mg / cm3  :   1,11  1,62        2,13     2,62   3,11      3,6

Un peu moins sans doute car le remplissage n’est pas parfait et la pression réelle à l’entrée est plus basse. Restons sur ce chiffre. Il faut donc remettre autant d’eau dans la chaudière que l'on en consomme si l’on veut pouvoir naviguer longtemps. Avec un piston Ø 3mm cela représente une course de 3 mm environ.
En réalité le débit d’une telle pompe est inférieur, il y a un “ rendement “ de pompe inférieur à 100% bien sur car le clapet côté aspiration ne retombe pas instantanément. Une partie de la course du piston refoule l’eau dans le conduit d’aspiration. Côté refoulement le phénomène est insensible dès qu’il y a une pression dans la chaudière. Tout ceci à condition qu’il n’y ait pas de bulle d’air entre les clapets et le piston auquel cas la pompe risque de ne plus rien débiter. Le circuit côté arrivé d’eau doit être bien étanche et sans bulle ou micro bulle dans la tuyauterie. Néanmoins le schéma de l’installation doit permettre à une bulle de “ passer “ au moment de l’amorçage. Après bien des essais, je suis revenu aux billes en bronze qui restent propres. Il faut pouvoir intervenir rapidement : les billes peuvent malgré tout s’encrasser. L’ensemble ( fig. 1 ) montre la disposition adoptée. Le piston P et le corps de pompe A sont fixés au châssis. L’ensemble B C D peut être démonté rapidement, échangé par un autre en cas d’ennui , même en service pour autant que la chapelle d’entrée de la chaudière soit étanche, cela sans ramener à zéro la pression de la chaudière.
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Les sièges des billes ne sont pas, comme cela est courant, obtenus en frappant une bille de même diamètre sur un trou mais en forme conique de cône à 60° à l’aide d’un foret à centrer. Détail important la levée possible des billes doit être réglée avec précision. Trop grande la bille mettra plus de temps à retomber, trop faible elle créera un freinage de l’écoulement que l’on peut évaluer.

Une bille Ø 4mm touche le cône à 60° sur un cercle de Ø 3,464 mm.
Avec une levée de 0,3 mm, le passage de l’eau sera de 0,3 / 2 = 0,15 mm correspondant à  X [(4 / 2 + 0,3 / 2) 2 – ( 4 / 2 ) 2] X 0,866 (cône )  = 1,694 mm2.
Dans l’exemple ci-dessus, en supposant un rendement de pompe de 80% la
-    Course du piston doit être de 3,013 / 0,8 = 3,766 mm à 600  t / mm ( 10 t / seconde )
-    Sa vitesse maxi est de 3,766 X 10 X  = 118,3 mm/s
-    Le débit instantané maxi  / 4 X 32 X 118,3 = 836 mm3/s
-    La vitesse de l’eau maxi de 836 / 1,694 = 494 mm/s soit 0,494 m/s.
Ce qui peut au maxi , causer une perte correspondant à sa pression dynamique c.a.d. :
-   0,4942 X 1000 / 19,6 = 12,68 kg/m2 ( 1000 densité de l’eau en kg/ m3 ) 19,6 est un coefficient cabalistique égale à 2g ( le g de la pesanteur en m / s2 ) .
La perte de pression de 12,68 kg / m2 = 1,268 cm de colonne d’eau = 1,268 g / cm2 est faible.
Les essais ont montré les rendements suivants avec un refoulement à 5 bars eff environ 86 % à 400 t/mn, 85 % à 700 t/mn, 80 % à 1000 t/mn, 67 % à 1300 t/mn.
La photo (Ph 11) montre l’ensemble avec la tuyauterie de refoulement et le volant déposés.
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Tout est à réaliser en bronze, laiton ou inox, les joints sont en silicone ( découpés dans des moules à gâteaux pour four, en choisissant ceux présentant le plus de surface planes )
Les gorges des joints ont une profondeur correspondant à 70 % de l’épaisseur et une largeur radiale de 140 à 150 % de celle du joint.
Il est bon de commencer  par les partie femelle des emboîtements, il est plus simple ensuite d’ajuster le coté mâle. En plaçant les joints cotés mâles, on peut contrôler qu’ils entrent bien dans leur gorge mais il faut avoir en faire un petit outil genre trépan.
Si l’on place le joint coté femelle il faut aussi aléser l’emplacement avec précision. A vous de choisir (voir variante fig. 1)
Il n’y a rien de difficile dans la réalisation des divers éléments.
Le corps de clapets B est en 2 éléments à braser avant perçage des trous  Ø 1,8 ( en biais). De même pour les tubes d’entrée et sortie de l’eau il est bon de ne pas avoir percé les éléments C et D avant de les braser et de les choisir droits en un premier temps pour pouvoir percer au travers.
BCD


Les vis de réglage de levée des billes ne doivent pas bouger une fois réglées. Un petit bout de joint, sans empêcher ce réglage les immobilise suffisamment. Le passage de l’eau dans la vis S peut éventuellement être inférieur au 1,694 mm2 ci-dessus car la perte de pression de quelques g / cm2 du côté refoulement n’affecte pas le rendement de la pompe contrairement à ce qui serait le cas côté aspiration, mais inutile de consommer abusivement de l’énergie.
Comme tous ces calculs ne sont qu’approximatifs, qu’il faut tenir comte d’éventuels entraînement d’eau (primage), il est bon de prévoir une bonne marge pour la pompe. Mettons un rendement de 50 %, cela conduira à une course de 6 mm pour le piston.
Avec un ensemble à condensateur de vapeur, pas de problème d’excès de débit de la pompe, la bâche se vide. Seul difficulté possible est le réamorçage de la pompe, si l’on n’a pas installé le système anti-désamorçage décrit dans B.M. 64

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2 LE DEBIT VARIABLE

La variation du débit s’obtient en neutralisant une partie du mouvement de l’excentrique comme si un des trous pour l’axe de liaison :  fourche du piston / bielle de l’excentrique était oblong.  Une cale en biais placée à cet endroit permet de régler le déplacement utile du piston . On pourrait disposer tout cela en ligne, ce serait encombrant.  En choisissant un schéma avec levier de renvoi tout tient dans un faible encombrement. Voir éclaté (fig 2) et photo (Ph 23)
Photo 23 fig2
Le réglage modifie le recul du piston afin que celui-ci arrive toujours au fond de la pompe (espace mort mini). Dans l’exemple ci-dessus une cale permettant une variation de 0 à 2,25 mm conduit à faire varier la course du piston de 6 à 6 – 2,25 = 3,75 mm correspondant à un rendement de pompe pouvant varier de 50 % (3,013 / 0,5 = 6) à 80 % ( 3,013 / 0,8 = 3,75)
Lors de l’établissement du dessin il faut tenir compte de l’effet multiplicateur du levier de renvoie du mouvement.
La cale « gigote » un peu, pour qu’elle reste bien verticale la rondelle (R1) sous l’écrou (E1) est utile et les pointes (C1) de la tôle pliée de 2 à 3 mm de haut empêchent qu’elle se mette en biais à grande vitesse.
Pour le réglage de la levée des billes un tuyau transparent est mis coté entrée de l’eau. Une fois la pompe amorcée et refoulant sous pression on y fait entrer une petite bulle d’air. Celle-ci avance par à-coups bien sur, mais recule aussi un peu à chaque coup de pompe. Cela correspond au retard de retombée de la bille d’admission.
La levée de la bille cotée admission est réglé pour réduire ce recul au mini. Il faut faire  attention à ne pas bloquer et endommager la bille en bronze. Si l’on en a, le mieux est de faire ce réglage avec une bille en acier (de même diamètre évidemment)

3 LE CONTROLE DE L’ECOULEMENT OU DU DEBIT

Il est intéressant de voir d’un coup d’œil si la pompe fonctionne bien. Cela est simple en utilisant un système goutte à goutte
Afin de ne pas avoir de problème de pression il suffit de le placer sur le circuit d’aspiration et dans ce cas il peut faire fonction de filtre. On le devine sur la photo (Ph 19) d’ensemble (Il s’agit d’un moteur en V de 8,6 cc avec inversion de marche Mondslay). L’eau arrive dans le flasque supérieur et pour bien voir son écoulement le diamètre intérieur du tube de verre doit être de 12 ou 13 mm mini si l’on veut éviter de voir l’écoulement se plaquer sur le tube ou le tirant central. Avec Ø int. de 14 mm cela est plus sûr.
Un petit bouchon de coton hydrophile fait un filtre bien utile. Le tube de sortie d’eau vers la pompe sera brasé à l’argent dans le flasque inférieur. La patte de fixation à l’étain ce qui permettre d’en modifier la position aisément.
De même pour le tirant central en laiton qui restera raide, non écroui. La tubulure avec bouchon sur le flasque supérieur permet en aspirant de régler le niveau d’eau dans le tube de verre, niveau qui ne bouge plus ensuite si l’ensemble est étanche.
Le tube de verre doit être assez mince 1 à 1,5 mm et ses joints suffisamment mous pour que la poussée de l’écrou supérieur sur le joint Ø 6 / 3 plus dur (en Téflon par ex.) puisse assurer l’étanchéité de l’ensemble
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Mise à niveau & modification de la bringuebale .
J'ai modifié le système de réglage de la course du piston en 2013 et cel s'est avéré plus efficace et fiable.
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Pierre BERNARD
Octobre 2006

Bonjour,

Très instructif et utile ! Merci à KBIO et BOBINO pour ce partage de savoir-faire