ISO/TR 19688:2019
(Main)Rotodynamic pumps — Hydraulic performance acceptance test using a model pump
Rotodynamic pumps — Hydraulic performance acceptance test using a model pump
This document describes hydraulic performance tests (including cavitation tests) using a small size pump (centrifugal, mixed flow or axial pump, hereinafter referred to as a "model pump"). This document is used for pump acceptance tests with a geometrically similar model pump to guarantee the performance of a large size pump manufactured for practical use (hereinafter, a "prototype pump"). This document, however does not preclude a temporary assembly inspection or other tests on the prototype pump. Moreover, it is preferable to conduct the tests with prototype pumps unless — the capacity of the pump, namely its flow rate and/or its power input, is beyond the limitations of the test facility, though it is difficult to set a criterion for carrying out a model pump test instead of the prototype pump test in terms of the volume rate of flow or the power input, — a part of the pump is to be constructed by concrete walls and reproduction of the whole assembly is impractical, — model tests are specified by the purchaser, or — it is difficult to carry out the prototype pump test due to any other reasons. This document applies to performance tests under steady operating conditions corresponding to the prototype pump.
Pompes rotodynamiques — Modèle réduit de pompe utilisé pour les essais de performance hydraulique
Le présent document décrit les essais de performance hydraulique (y compris les essais de cavitation) utilisant une pompe de petite taille (centrifuge, hélico-centrifuge ou axiale, ici appelées «modèle réduit de pompe»). Le présent document est utilisé pour les essais de performances des pompes avec un modèle réduit de pompe similaire d'un point de vue géométrique, afin de garantir les performances d'une pompe de grande taille fabriquée pour une utilisation pratique (appelée ici «prototype de pompe». Toutefois, le présent document n'interdit pas un examen de l'assemblage temporaire ni d'autres essais sur le prototype de pompe. De plus, il est préférable de procéder aux essais avec les prototypes de pompe, sauf si — la capacité de la pompe, à savoir son débit et/ou sa puissance absorbée, dépasse les limites de l'installation d'essai, même s'il est difficile de définir un critère justifiant de soumettre à essai le modèle réduit de pompe plutôt que le prototype de pompe en ce qui concerne le débit volumique ou la puissance absorbée, — une partie de la pompe doit être composée de parois en béton et si la reproduction de l'ensemble du montage n'est pas pratique, — les essais de modèle réduit sont spécifiés par l'acheteur, ou — s'il est difficile de procéder à l'essai du prototype de pompe à cause d'autres raisons. Le présent document s'applique aux essais de performances dans les conditions de fonctionnement stable correspondant au prototype de pompe.
General Information
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 19688
First edition
2019-01
Rotodymanic pumps — Hydraulic
performance acceptance test using a
model pump
Pompes rotodynamiques — Modèle réduit de pompe utilisé pour les
essais de performance hydraulique
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 General terms . 1
3.2 Terms and definitions relating to performance . 2
4 Symbols and suffixes . 5
5 Test types and measurement items . 7
6 Model pump . 7
6.1 Extent of model pump . 7
6.2 Dimensional ranges of model pump . 8
6.2.1 Reynolds number . 8
6.2.2 Dimension of impeller . 8
6.2.3 Pump total head. 8
6.3 Construction of model pump . 8
7 Performance test . 9
7.1 Test installation and measuring instruments . 9
7.2 Test conditions .12
7.2.1 Test operation.12
7.2.2 Stability of operation .12
7.3 Number of measurement points .14
7.4 Pump total head .14
7.4.1 General.14
7.4.2 Measuring instruments .14
7.4.3 Liquid column manometer .14
7.4.4 Spring pressure gauge .15
7.4.5 Digital pressure gauge . .15
7.4.6 Pressure tappings .15
7.4.7 Damper .16
7.5 Volume rate of flow .16
7.5.1 Orifice plate nozzle and venturi tube .16
7.5.2 Electromagnetic flowmeter .16
7.5.3 Mass method or volumetric method.16
7.6 Speed of rotation .16
7.6.1 Measurement method .16
7.6.2 Measuring instruments .16
7.7 Pump power input .17
7.7.1 Method for measuring pump power input .17
7.7.2 Measurement of torque .17
7.8 Measurement uncertainty .17
7.9 Calculation of pump power input, pump power output, and pump efficiency .17
8 Cavitation test and NPSH3 test .18
8.1 Concept of test .18
8.2 Test method .18
8.2.1 General.18
8.2.2 Cavitation test.18
8.2.3 NPSH3 test .19
8.3 Characteristics of the test liquid .19
8.4 Test installation .19
9 Indication of performance and evaluation of test results .19
9.1 Arrangement of measured values and indication of performance test results .19
9.1.1 Conversion at specified speed of rotation .19
9.1.2 Performance curves of model pump .20
9.1.3 Performance curves of adjustable vane type model pump .20
9.2 Conversion of various quantities from model to prototype pump.21
9.2.1 Conversion of volume rate of flow, pump total head and pump power input.21
9.2.2 Calculation of volumetric, mechanical and hydraulic efficiency ratios.23
9.3 Evaluation of test results .23
9.3.1 Performance curve .23
9.3.2 Pump total head.23
9.3.3 Pump efficiency .23
9.3.4 Cavitation performance .23
9.4 Preparation of test results sheet .26
10 Prototype pump .26
Annex A (informative) Additional tests .27
Annex B (informative) Calculation of measurement uncertainty .37
Annex C (informative) Hydraulic performance conversion formulae .41
Bibliography .43
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by ISO/TC 115, Pumps, SC 2, Methods of measurement and testing.
Introduction
Wherever the capacity of a manufacturer's test facility is not appropriate to realise the necessary
physical preconditions for testing a pump at realistic flow/head conditions the alternative of a model
pump is taken. By means of the similitude theory, a model pump is used to assess and calculate the
ability of the real pump to be built. The option using such model pump or prototype pump is chosen
— when the capacity of the pump, namely its flow rate and/or its power input (e.g. flowrate ≥35,000 m /h,
and P ≥ 5,000 kW), exceeds the limitations of the test facility, or
— one part or parts of the pump should be constructed by concrete walls and reproduction of the
whole assembly is impractical.
In consideration of these given facts the application of a model pump for the hydraulic performance
acceptance test is an efficient and effective alternative. The advantages using a model pump may also
include:
— a higher precision due to the difference in measurement uncertainties;
— minimising costs in respect to material and other resources;
— and shorter delivery period(s) of the prototype pump(s).
For many years, manufacturers have developed and specified independent calculation approaches and
collected experiences to handle the similitude theory for pumps and their specifics. Several calculation
models are described in the pertinent literature. This document describes testing methods using
model pumps for hydraulic performance acceptance tests in addition to other testing methods given in
ISO 9906 as hydraulic performance acceptance tests for prototype pumps.
This document has been initially established based on prior standards such as the Japanese Industrial
Standard JIS B 8327. This document combined with ISO 9906 presents new testing methods for
hydraulic acceptance tests of pumps.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 19688:2019(E)
Rotodymanic pumps — Hydraulic performance acceptance
test using a model pump
1 Scope
This document describes hydraulic performance tests (including cavitation tests) using a small size
pump (centrifugal, mixed flow or axial pump, hereinafter referred to as a “model pump”).
This document is used for pump acceptance tests with a geometrically similar model pump to guarantee
the performance of a large size pump manufactured for practical use (hereinafter, a “prototype pump”).
This document, however does not preclude a temporary assembly inspection or other tests on the
prototype pump. Moreover, it is preferable to conduct the tests with prototype pumps unless
— the capacity of the pump, namely its flow rate and/or its power input, is beyond the limitations of
the test facility, though it is difficult to set a criterion for carrying out a model pump test instead of
the prototype pump test in terms of the volume rate of flow or the power input,
— a part of the pump is to be constructed by concrete walls and reproduction of the whole assembly is
impractical,
— model tests are specified by the purchaser, or
— it is difficult to carry out the prototype pump test due to any other reasons.
This document applies to performance tests under steady operating conditions corresponding to the
prototype pump.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 17769-1, Liquid pumps and installation — General terms, definitions, quantities, letter symbols and
units — Part 1: Liquid pumps
ISO 17769-2, Liquid pumps and installation — General terms, definitions, quantities, letter symbols and
units — Part 2: Pumping system
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 17769-1 and ISO 17769-2 and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1 General terms
3.1.1
performance test
test to examine the performance of a pump in a state free from the influence of cavitation
3.1.2
cavitation test
test to examine whether pump total head changes happen due to the occurrence of cavitation under
operating conditions of a model pump corresponding to the working conditions of a prototype pump
Note 1 to entry: Cavitation test corresponds to NPSH Type III test in ISO 9906:2012.
3.1.3
NPSH3 test
test to reduce the NSPH of a model pump and determine the NSPH value at which the pump total head
of a model pump is reduced by 3 % due to the occurrence of cavitation compared with the pump total
head measured without the occurrence of cavitation
Note 1 to entry: NPSH 3 test corresponds to NPSH Type I or II test in ISO 9906:2012.
Note 2 to entry: NPSH is an abbreviation for “net positive suction head”.
3.1.4
four quadrant characteristic test
test to examine the characteristics of a model pump regarding its pump range, pump brake range, water
turbine range, water turbine brake range and reverse pump range
Note 1 to entry: The purpose is to obtain the characteristics necessary for the calculation of pump transient
phenomena.
3.1.5
specified speed of rotation
speed of rotation of a model pump selected to indicate the performance of the model pump
corresponding to the requirements on a prototype pump determined by the agreement between the
purchaser and manufacturer
3.1.6
test speed of rotation
measured speed of rotation of a model pump in a performance test or cavitation test on the pump
3.1.7
specified volume rate of flow
volume rate of flow at the specified speed of rotation of a model pump corresponding to the requirements
on a prototype pump determined by the agreement between the purchaser and manufacturer
3.1.8
specified pump total head
pump total head at the specified speed of rotation and volume rate of flow of a model pump
corresponding to the requirements on a prototype pump determined by the agreement between the
purchaser and manufacturer
3.2 Terms and definitions relating to performance
3.2.1
acceleration of gravity
g
acceleration due to gravity
local value used, the local value of the acceleration of gravity is calculated by the following formula:
26−
gZ=×9,,78031+×0 00533sin,ϕ −×010 ⋅
()
where
2 © ISO 2019 – All rights reserved
Z is the altitude, expressed in metres (m);
φ is the latitude, expressed in degrees [°].
Note 1 to entry: In many cases, however, no notable error occurs when 9,80 m/s is used.
3.2.2
Reynolds number
Re
ratio of inertial force to viscous force
The Reynolds numbers used for hydraulic efficiency conversion for a model pump and a prototype pump
are given by the following formulae:
uD⋅
11PP
Re =
hP
v
P
for the prototype pump
uD⋅
11MM
Re =
hM
v
M
for the model pump
where
Re is the Reynolds number of the model pump, dimensionless (—);
hM
Re is the Reynolds number of the prototype pump, dimensionless (—);
hP
u is the peripheral velocity at the impeller inlet diameter of the model pump, expressed in
1M
metres per second (m/s), u = π · D · n ;
1M 1M M
u is the peripheral velocity at the impeller inlet diameter of the prototype pump, expressed
1P
in metres per second (m/s), u = π · D · n ;
1P 1P P
D is the inlet diameter of the impeller of the model pump, expressed in metres(m);
1M
D is the inlet diameter of the impeller of the prototype pump, expressed in metres(m);
1P
v is the kinematic viscosity of liquid in the model pump, expressed in square metres per
M
second (m /s);
v is the kinematic viscosity of liquid in the prototype pump, expressed in square metres
P
per second (m /s);
−1
n is the speed of rotation of the model pump, expressed in reciprocal seconds (s );
M
−1
n is the speed of rotation of the prototype pump, expressed in reciprocal seconds (s ).
P
3.2.3
peripheral velocity
u
speed of a rotor in the tangential direction
3.2.4
pipe friction loss coefficient
λ
coefficient used for calculating the loss of head due to friction in a pipe
3.2.5
equivalent diameter
D
e
the cross-sectional area divided by the wetted perimeter of a hydraulic passageway and multiplied by 4
3.2.6
hydraulic efficiency
η
h
proportion of the pump total head to the theoretical head (impeller head when there is no loss of head)
Note 1 to entry: It should be noted that the definition of hydraulic efficiency in this document is different from
that in ISO 17769-1. In ISO 17769-1, where hydraulic efficiency involves all hydraulic losses such as those resulting
from friction due to the relative motion of internal surfaces and internal leakage. In this Document, on the other
hand, disc friction losses at impellers and internal leakage losses are classified into the factor for mechanical
efficiency and volumetric efficiency, respectively, and out of scope of hydraulic efficiency.
3.2.7
hydraulic efficiency ratio
F
h
ratio between the hydraulic efficiency of a prototype pump and the hydraulic efficiency of a model
pump at a mutually corresponding operating point
3.2.8
mechanical efficiency
η
m
proportion of the power that an impeller transmits to a liquid to the pump power input
Note 1 to entry: It should be noted that the definition of mechanical efficiency in this document is different from
that in ISO 17769-1. Here, the loss of power at the seals and bearings is out of scope (it should be dealt with
separately) and the loss of power due to disc friction is considered as the factor, while loss of power at seals and
bearings is taken as factor as in ISO 17769-1.
3.2.9
mechanical efficiency ratio
F
m
ratio between the mechanical efficiency of a prototype pump and the mechanical efficiency of a model
pump at a mutually corresponding operating point
3.2.10
volumetric efficiency
η
v
proportion of the volume rate of flow of a pump and the volume rate of flow passing through the impeller
Note 1 to entry: It should be noted that the definition of volumetric efficiency in this document is different from
that in ISO 17769-1. The definition given in ISO 17769-1 seems applicable only for positive displacement pumps,
while the definition in this Technical Report is for rotodynamic pumps.
3.2.11
volumetric efficiency ratio
F
v
ratio between the volumetric efficiency of a prototype pump and the volumetric efficiency of a model
pump at a mutually corresponding operating point
3.2.12
scale effect coefficient
V
proportion of the loss due to the scale effect to the combination of scalable and non-scalable losses
Note 1 to entry: The loss due to the scale effect is equal to a loss due to friction of wall surface of flow passage.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
3.2.13
cavitation coefficient
σ
NPSH divided by the velocity head for the peripheral velocity at the impeller inlet given by the following
formula:
gN⋅ PSH
σ =
u 2
where
NPSH is the net positive suction head, expressed in metres (m);
u is the peripheral velocity at the inlet diameter of the impeller, expressed in metres per
second (m/s);
σ is the cavitation coefficient, dimensionless (—).
Note 1 to entry: The cavitation coefficient is a quantity deduced from the hydraulic similarity rule of pumps for
the best efficiency point and is nearly constant among similar pumps regardless of size and speed of rotation.
4 Symbols and suffixes
Table 1 — Main symbols and units used in this document
Symbol Quantity Unit
A Area m
D Diameter m
e Surface roughness m
e Uncertainty Unit of corresponding measuring quantity
F Efficiency ratio Dimensionless
F Axial force N
a
−1
f Frequency s
g Acceleration of gravity m/s
H Head, Loss of head m
H Pump total head m
K Type number Dimensionless
k Coverage factor Dimensionless
L, l Length or distance m
N Number of measurement sets Dimensionless
NPSH Net positive suction head m
NPSHA Net positive suction head available m
NPSH3 Net positive suction head required for a drop of 3 % of the m
pump total head of the first stage of the pump
−1
n Speed of rotation s
P (P ) Pump power input W
P Pump power output W
h
p Pressure Pa
Q Volume rate of flow m /s
Re Reynolds number Dimensionless
s Standard deviation Unit of corresponding measuring quantity
Table 1 (continued)
Symbol Quantity Unit
T Torque Nm
t Student's t-distribution Dimensionless
d
t Time s
U Expanded uncertainty, relative expanded uncertainty Unit of corresponding measuring
quantity or %
Mean velocity (for flow in pipe), peripheral velocity (for m/s
v
flow in pump)
u Uncertainty, relative uncertainty Unit of corresponding measuring
quantity or %
V Scale effect coefficient Dimensionless
v Local velocity m/s
X, x Measuring quantity Unit of corresponding measuring quantity
Z Altitude m
α Influence factor of pump total head in hydraulic efficiency Dimensionless
ratio between prototype and model pumps
β Influence factor of pump power input in hydraulic efficiency Dimensionless
ratio between prototype and model pumps
Δ Increment of variation Unit of corresponding measuring quantity
ε Fluctuation width Dimensionless
η Efficiency Dimensionless
λ Friction coefficient of pipe Dimensionless
υ Kinematic viscosity m /s
ρ Density kg/m
σ Cavitation coefficient Dimensionless
τ Tolerance Dimensionless
φ Latitude degree (°)
Table 2 — Characters used as suffixes and their meanings
Suffix Meaning
1 Suction or inlet
2 Discharge or outlet (except for P )
a Axial direction
B Wetted perimeter
c Combined uncertainty
d Discharge pipe
e Equivalent
e Expanded uncertainty
ED Dimensionless coefficient for four quadrant charac-
teristics
f Frictional resistance
G Guarantee point
H Pump total head
h Hydraulic
i, j Integer numbers of measurement sets (1, 2, 3, .)
M Model pump
6 © ISO 2019 – All rights reserved
Table 2 (continued)
Suffix Meaning
m Mechanical
N Number of measurement sets
P Prototype pump
Q Volume rate of flow
r Type A uncertainty
r Radial direction
s Suction pipe
s Type B uncertainty
t Total
V Volumetric
x Coordinate axis
y Coordinate axis
5 Test types and measurement items
The tests shown in Table 3 should be carried out. Tests 2. and 3. should be conducted when specified
in the agreement between the purchaser and manufacturer. As a rule, the same model pump should be
used in both these tests.
Table 3 — Contents of tests
Type of test Measurement items
1. Performance test Pump total head, volume rate of flow, speed of rotation, pump
shaft torque or power input, pump efficiency, and NPSH
2. Cavitation test or NPSH3 test
3. Additional tests See Annex A.
6 Model pump
6.1 Extent of model pump
The extent of a model pump should be the segment between the inlet section and the outlet section of
the pump (see Figure 1). When a part of the suction channel or discharge channel has a form that can be
regarded as part of the pump and a suction opening or discharge opening cannot be clearly recognised,
a cross section where the flow velocity distribution is considered uniform should be designated as
an inlet or outlet of the model pump. The extent of the model pump may be otherwise defined by the
agreement between the purchaser and manufacturer.
a) b) c)
Key
1 inlet section of pump
2 outlet section of pump
Figure 1 — Extent of model pump
6.2 Dimensional ranges of model pump
6.2.1 Reynolds number
The Reynolds number of a model pump, Re , should be no less than 2,0 × 10 for either a centrifugal,
hM
mixed flow or axial pump.
6.2.2 Dimension of impeller
The largest diameter of the impeller of a model pump should be no less than 300 mm. For an adjustable
vane type pump, the largest diameter of the impeller should be the largest diameter at the designed
vane setting angle. When manufacturing, precision can be ensured, the largest diameter of the impeller
may be otherwise defined by the agreement between the purchaser and manufacturer.
6.2.3 Pump total head
The pump total head of a model pump should be determined to satisfy 6.2.1 and 6.2.2 and ensure the
necessary precision of performance measurement.
6.3 Construction of model pump
All parts forming the hydraulic passageways of the model pump should be geometrically similar as the
corresponding parts of the prototype pump. When this is difficult to attain, another arrangement may
be agreed between the purchaser and manufacturer.
Similarity of the model pump should be proven by comparing measured dimensions of the model pump
with the values of the model pump drawings. If necessary, vane profiles and degree of surface finish
may also be measured and evaluated. Dimensions and items to be measured, measuring methods and
permissible deviations may be agreed between the purchaser and manufacturer.
Regarding the clearance in the wearing part of a closed impeller, a geometrical similarity should be
kept between the model pump and the prototype pump for the number of annular clearance steps, axial
length, clearance average diameter, etc. The annular clearance may, however, be increased when it is
possible to conduct operational testing of the model pump. The effect of increased clearance may be
taken into consideration when converting performance of the model pump to that of the prototype.
8 © ISO 2019 – All rights reserved
7 Performance test
7.1 Test installation and measuring instruments
A test installation comprising a water reservoir or tank, piping, a discharge control valve, etc. providing
a normal flow of water and allowing stable operation of a model pump and a performance measurement
should be used. An example of a test arrangement is shown in Figure 2.
a) Centrifugal pump
b) Mixed flow and axial pump
c) Pump with suction sump
Key
1 pressure tapping
2 flow-meter
3 throttle valve
4 tank
5 inlet flange (Inlet boundary of model pump)
6 outlet flange (Outlet boundary of model pump)
a
To vacuum and pressure control.
Figure 2 — Performance test installation
10 © ISO 2019 – All rights reserved
The best measuring conditions are obtained when the flow in a measured section has
— an axially symmetrical distribution,
— a uniform static pressure distribution, and
— no swirls induced by piping installation.
Although it is difficult to achieve the above conditions completely, for practical purposes it is adequate
to make a measurement under the conditions given in a) to e) below.
In addition, any excessive curvature or steps in the approach piping and hydraulic passageways of the
pump should be avoided to make the pump inlet flow uniform and minimize disturbances as much as
possible.
Furthermore, it is preferable to implement a flow rectifier if there is a possibility of uneven flow or
disturbance.
a) Any bend, combination of bends, expanded pipe section, discontinuous pipe section, etc. should be
avoided in the vicinity of the measuring section.
b) A test arrangement where a suction line is provided by a closed channel extending from a sump
with a free surface or a large stilling vessel, the length of the straight suction pipe L is determined
by Formula (1)
LD/,≥+15K 55, (1)
where
D is the pipe diameter;
K is the type number.
As long as this condition is fulfilled, there it is not required to install a flow rectifier between a
bend and the model pump. On the other hand, a flow rectifier is required in a closed channel having
no sump or stilling vessel on the upstream side of the model pump.
c) A flow control valve should be installed in the discharge piping as a rule (it is preferable to refrain
from installing a flow control valve in the suction piping). If a flow control valve is installed in
the suction piping and cannot be fully opened (for example, in the case of a cavitation test), a flow
rectifier should be installed between the control valve and the pump inlet, or a straight pipe having
a length at least 12 times the pipe diameter should be installed. When using a flow control valve in
a throttled state, it should be noted that the pump cavitation performance may change due to the
occurrence of cavitation in the valve.
d) In the case of a vertical shaft pump, the geometry of the suction sump of the prototype pump
should be taken into consideration in the testing of the model pump, whose performance should be
measured between 5 and 6 [see Figure 2 b)]. Other measuring locations may, however, be adopted
according to the agreement between the purchaser and manufacturer.
e) Changes in water temperature should be minimized. In cases where liquid temperature rises more
than 5 degrees K during a test due to heat input, the liquid temperature should be measured before
and after each test and the average temperature should be used to evaluate physical properties.
Measuring instruments should have enough accuracy to measure the pump total head, volume rate of
flow, pump power input, and speed of rotation of the model pump. The permissible relative uncertainties
of instruments should be within the values listed in Table 4. Suitable periods for instrument calibration
as provided in ISO 9906:2012, Annex C should be recorded. The calibration should be guaranteed by a
calibration system that can be traced back to the relevant international metrology standard. In cases
where such an international calibration standard is not available, the procedure of calibration should
be documented. In cases where instruments other than those listed in Table 4 are used, the agreement
between the purchaser and manufacturer should apply.
Table 4 — Permissible relative uncertainties of instruments
Measuring quantity Uncertainty
a
Volume rate of flow 0,5 %
Pump total head (differential head) 0,3 %
Outlet head 0,3 %
Inlet head 0,3 %
b
Driver power input 0,3 %
Speed of rotation 0,1 %
Torque 0,2 %
Temperature 0,1 K
a
Uncertainty in the measurement of volume rate of flow using an orifice, nozzle,
Venturi tube or electromagnetic flowmeter should include the uncertainty of the
mass method or the volumetric method used in addition to the uncertainty of the
instrument itself. The calculation for estimating uncertainty is shown in Annex B for
reference purposes.
b
In the case when using watt meter with calibrated motor for pump power input,
uncertainty of pump power input should include the uncertainty of motor efficiency
in addition to the uncertainty of the instrument. See ISO 9906:2012, D.4.3.
7.2 Test conditions
7.2.1 Test operation
The test operating conditions are as follows.
a) Tests should be conducted with clean, cold water, whose characteristics should meet the
requirement specified in ISO 5198.
b) While conducting a performance test, the fluctuation around the mean of the measured values
and the extent of variation during the repeated measurement period, as defined in 7.2.2.1, should
satisfy the criteria given in Table 5 and 7.2.2.3, respectively. These conditions should be confirmed
close to the specified pump total head before conducting the performance test.
c) The speed of rotation in the test should be within ±5 % of the specified speed of rotation.
7.2.2 Stability of operation
7.2.2.1 Fluctuation and variation
The following definitions apply to this document.
7.2.2.1.1 Fluctuation
The range of fluctuation around the mean during one measurement ε is defined by the following
Formula (2):
XX−
ji
ε = (2)
X
i
where
12 © ISO 2019 – All rights reserved
X is the instantaneous value during one measurement;
j
X is the measured value (arithmetic mean of one measurement).
i
7.2.2.1.2 Variation
Changes in a measuring quantity observed between one reading and the next reading. The uncertainty
of variation is discussed in detail in 7.2.2.3, and the method of calculation is described in Annex B.
7.2.2.2 Allowable fluctuation in readings and use of fluctuation damper
7.2.2.2.1 Measurement of signals from measurement system
The allowable fluctuation of each measuring quantity is shown in Table 5. The fluctuations are
confirmed at the same time when the test operating conditions are confirmed. The confirmation is
made by conducting a set of measurements within 10 seconds with a sampling cycle of not less than
once per second close to the specified pump total head.
Table 5 — Allowable fluctuation around the mean value of measuring quantity
Measuring quantity Allowable fluctuation
Volume rate of flow ±2 %
Pump total head (differential ±3 %
pressure)
Outlet pressure ±2 %
Pump Inlet pressure ±2 %
Driver power input ±2 %
Speed of rotation ±0,5 %
Torque ±2 %
Temperature ±0,3 K
The allowable fluctuation of the pump total head is obtained as the square root of the square sum of the
fluctuation ranges of inlet and outlet pressure. When using a differential pressure-type instrument for
measuring the volume rate of flow, the allowable fluctuation of measured differential pressure is ±4 %.
When measuring the pump total head of suction and the pump total head of discharge separately, the
allowable fluctuation is determined about the pump total head.
When the pump generates vibration of larger amplitude due to its construction or operating conditions,
a damper may be introduced in the instrument or connecting pipe to reduce fluctuation according to
the limits shown in Table 5.
Since the damper could influence the accuracy of readings, a damper that has symmetrical and
linear characteristics and is appropriate to show an integral value for at least one cycle of fluctuation
(e.g. capillary tube) should be used.
7.2.2.2.2 Automatic reading or automatic calculation of signals in measurement system
When automatically recording, or integrating signals obtained from an instrument by a measurement
system, the ranges of fluctuation of such signals are permitted to exceed those given in Table 5 if the
following conditions are met.
a) The measurement system is equipped with a device that can automatically calculate a mean with
sufficient accuracy for a period specified longer than the response time of the system.
b) When integration is made to calculate a mean from continuously recorded or sampled analogue
signals in the form of x(t) (time-dependent measuring quantity) (the sampling conditions should be
described in a test report).
7.2.2.3 Limit of variation
7.2.2.3.1 Number of measurement sets
At each operating point, the measurement should be conducted repeatedly at random intervals of not
less than 10 seconds, and multiple sets of data should be recorded. During measurement, only the speed
of rotation and temperature can be adjusted. All other settings such as control valves, water level,
sealing water of the packing, and balancing water should be kept at the same conditions as the initial
conditions of measurement.
Variations among repeated readings under the same operating conditions imply, at least partially, the
unsteadiness of the test conditions, which are affected by the equipment and the pump being tested. At
each test point, no less than three sets of measurement should be obtained and the arithmetic mean of
them should be taken as a measured value.
7.2.2.3.2 Calculation of uncertainty due to the number of measurement sets
If data around the mean value are distributed randomly because of repeated observation of the same
measuring quantity, the uncertainty of measurement can be estimated statistically. The method of
estimation is shown in Annex B.
7.3 Number of measurement points
The number of measurement points should be as follows.
a) Normally, it is recommended to conduct measurement at minimum of seven points between the
minimum and the maximum allowable operating rate of flow.
b) When the prototype pump is of variable speed type, a variable speed test on the model pump can
be omitt
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 19688
Première édition
2019-01
Pompes rotodynamiques — Modèle
réduit de pompe utilisé pour les essais
de performance hydraulique
Rotodymanic pumps — Hydraulic performance acceptance test using
a model pump
Numéro de référence
©
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Termes généraux . 2
3.2 Termes et définitions relatifs aux performances . 3
4 Symboles et suffixes . 5
5 Types d'essai et éléments de mesure . 7
6 Modèle réduit de pompe . 8
6.1 Étendue du modèle réduit de pompe . 8
6.2 Plages sans dimension du modèle réduit de pompe . 8
6.2.1 Nombre de Reynolds . 8
6.2.2 Dimension de la roue . 8
6.2.3 Hauteur totale de charge de la pompe . 8
6.3 Construction du modèle réduit de pompe . 9
7 Essai de performance . 9
7.1 Installation d'essai et instruments de mesure. 9
7.2 Conditions d'essai.12
7.2.1 Opération d'essai .12
7.2.2 Stabilité de fonctionnement .12
7.3 Nombre de points de mesure .14
7.4 Hauteur totale de charge de la pompe .14
7.4.1 Généralités .14
7.4.2 Instruments de mesure .15
7.4.3 Manomètre à colonne liquide .15
7.4.4 Manomètre à ressort .15
7.4.5 Manomètre numérique .15
7.4.6 Prises de pression .15
7.4.7 Amortisseur .16
7.5 Débit volumique .16
7.5.1 Tuyère à diaphragme et tube de Venturi .16
7.5.2 Débitmètre électromagnétique .16
7.5.3 Méthode massique ou méthode volumétrique .16
7.6 Vitesse de rotation .17
7.6.1 Méthode de mesure .17
7.6.2 Instruments de mesure .17
7.7 Puissance absorbée de la pompe .17
7.7.1 Méthode de mesure de la puissance absorbée de la pompe .17
7.7.2 Mesurage du couple .17
7.8 Incertitude de mesure .18
7.9 Calcul de la puissance absorbée, de la puissance utile et du rendement de la pompe .18
8 Essai de cavitation et essai NPSH3 .18
8.1 Concept de l'essai.18
8.2 Méthode d’essai .18
8.2.1 Généralités .18
8.2.2 Essai de cavitation .19
8.2.3 Essai NPSH3 .19
8.3 Caractéristiques du liquide d'essai .19
8.4 Installation d'essai .19
9 Indication des performances et évaluation des résultats d'essai .19
9.1 Disposition des valeurs mesurées et indication des résultats d'essai de performances .19
9.1.1 Conversion à la vitesse de rotation spécifiée .19
9.1.2 Courbes de performances du modèle réduit de pompe .20
9.1.3 Courbes de performances d'un modèle réduit de pompe à aube réglable .21
9.2 Conversion de différentes grandeurs entre le modèle réduit de pompe et le
prototype de pompe .22
9.2.1 Conversion du débit volumique, de la hauteur totale de charge de la
pompe et de la puissance absorbée de la pompe .22
9.2.2 Calcul des rapports de rendement volumétrique, mécanique et hydraulique .23
9.3 Évaluation des résultats d’essai .24
9.3.1 Courbe de performances .24
9.3.2 Hauteur totale de charge de la pompe .24
9.3.3 Rendement de la pompe .24
9.3.4 Performances de cavitation .24
9.4 Préparation de la fiche de résultats d'essai .27
10 Prototype de pompe.27
Annexe A (informative) Essais supplémentaires .28
Annexe B (informative) Calcul de l'incertitude de mesure .38
Annexe C (informative) Formules de conversion des performances hydrauliques .42
Bibliographie .45
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www .iso .org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le Comité technique ISO/TC 115, Pompes, Sous-Comité 2,
Méthodes de mesure et d'essai.
Introduction
Si la capacité de l'installation d'essai d'un fabricant ne réunit pas les conditions physiques préalables
indispensables à la réalisation des essais d'une pompe dans des conditions de débit/charge réalistes, le
recours à un modèle réduit de pompe est envisagé. À l'aide de la théorie des similitudes, un modèle réduit
de pompe est utilisé pour évaluer et calculer l'aptitude de la pompe réelle à être construite. L'option
prévoyant d'utiliser ce type de modèles réduit de pompe ou un prototype de pompe a été choisie
— lorsque la capacité de la pompe, à savoir son débit et/ou sa puissance absorbée (débit ≥35 000 m /h
et P ≥ 5 000 kW), dépasse les limites de l'installation d'essai ou
— s'il convient qu'une ou que plusieurs parties de la pompe soient composées de parois en béton et que
la reproduction de l'ensemble du montage soit difficile.
Compte tenu des éléments ci-dessus, l'utilisation d'un modèle réduit de pompe pour les essais de
performance hydraulique est une alternative efficace et pertinente. L'utilisation d'un modèle réduit de
pompe peut également présenter les avantages suivants:
— une plus grande précision en raison de la différence des incertitudes de mesure;
— la réduction des coûts liés au matériel et à d'autres ressources;
— et une/des période(s) de livraison plus courte(s) des prototype(s) de pompe.
Pendant de nombreuses années, les fabricants ont développé et spécifié des méthodes de calcul
indépendantes et ont recueilli des expériences en matière de gestion de la théorie des similitudes
en ce qui concerne les pompes et leurs spécificités. Plusieurs modèles de calcul sont décrits dans la
documentation de référence correspondante. Le présent document décrit les méthodes d'essai utilisant
des modèles réduits de pompe pour les essais de performance hydraulique en plus des autres méthodes
d'essai données dans l'ISO 9906 (les essais de performance hydraulique destinés aux prototypes de
pompe, par exemple).
Le présent document a été initialement élaboré en s'appuyant sur des normes précédentes telles que la
norme Japanese Industrial Standard JIS B 8327. Le présent document associé à l'ISO 9906 présente de
nouvelles méthodes d'essai de performance hydraulique des pompes.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 19688:2019(F)
Pompes rotodynamiques — Modèle réduit de pompe
utilisé pour les essais de performance hydraulique
1 Domaine d'application
Le présent document décrit les essais de performance hydraulique (y compris les essais de cavitation)
utilisant une pompe de petite taille (centrifuge, hélico-centrifuge ou axiale, ici appelées «modèle réduit
de pompe»).
Le présent document est utilisé pour les essais de performances des pompes avec un modèle réduit de
pompe similaire d'un point de vue géométrique, afin de garantir les performances d'une pompe de grande
taille fabriquée pour une utilisation pratique (appelée ici «prototype de pompe». Toutefois, le présent
document n'interdit pas un examen de l'assemblage temporaire ni d'autres essais sur le prototype de
pompe. De plus, il est préférable de procéder aux essais avec les prototypes de pompe, sauf si
— la capacité de la pompe, à savoir son débit et/ou sa puissance absorbée, dépasse les limites de
l'installation d'essai, même s'il est difficile de définir un critère justifiant de soumettre à essai le
modèle réduit de pompe plutôt que le prototype de pompe en ce qui concerne le débit volumique ou
la puissance absorbée,
— une partie de la pompe doit être composée de parois en béton et si la reproduction de l'ensemble du
montage n'est pas pratique,
— les essais de modèle réduit sont spécifiés par l'acheteur, ou
— s'il est difficile de procéder à l'essai du prototype de pompe à cause d'autres raisons.
Le présent document s'applique aux essais de performances dans les conditions de fonctionnement
stable correspondant au prototype de pompe.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 17769-1, Pompes pour liquides et installations — Termes généraux, définitions, grandeurs, symboles
littéraux et unités — Partie 1: Pompes pour liquides
ISO 17769-2, Pompes pour liquides et installations — Termes généraux, définitions, grandeurs, symboles
littéraux et unités — Partie 2: Systèmes de pompage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 17769-1 et
l'ISO 17769-2, ainsi que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques à utiliser en normalisation, aux
adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http: //www .electropedia .org/
3.1 Termes généraux
3.1.1
essai de performance
essai permettant d'examiner les performances d'une pompe dans un état ne subissant pas l'influence de
la cavitation
3.1.2
essai de cavitation
essai permettant de déterminer si les variations de hauteur totale de charge de la pompe se produisent
après à l'occurrence d'une cavitation dans les conditions de fonctionnement d'un modèle réduit de
pompe correspondant aux conditions de travail d'un prototype de pompe
Note 1 à l'article: L'essai de cavitation correspond à l'essai de la NPSH de type III de l'ISO 9906:2012.
3.1.3
essai NPSH3
essai de réduction de la NSPH d'un modèle réduit de pompe et de détermination de la valeur de la NSPH
à laquelle la hauteur totale de charge d'un modèle réduit de pompe diminue de 3 % en raison d'une
cavitation comparée à la hauteur totale de charge de la pompe mesurée sans cavitation
Note 1 à l'article: L'essai de NPSH3 correspond à l'essai de la NPSH de type I ou de type II de l'ISO 9906:2012.
Note 2 à l'article: NPSH est l'abréviation de «net positive suction head» (hauteur énergétique nette absolue à
l'aspiration).
3.1.4
essai caractéristique à quatre quadrants
essai visant à examiner les caractéristiques d'un modèle réduit de pompe en ce qui concerne la gamme
de pompe, la gamme de freins de pompe, la gamme de turbines hydrauliques, la gamme de freins de
turbine hydraulique et la gamme de pompes réversibles
Note 1 à l'article: Il s'agit d'obtenir les caractéristiques nécessaires au calcul du phénomène transitoire de pompe.
3.1.5
vitesse de rotation spécifiée
vitesse de rotation d'un modèle réduit de pompe, choisie pour indiquer les performances du modèle
réduit de pompe correspondant aux exigences relatives à un prototype de pompe déterminées dans le
cadre d'un accord entre l'acheteur et le fabricant
3.1.6
vitesse de rotation d'essai
vitesse de rotation mesurée d'un modèle réduit de pompe dans le cadre d'un essai de performances ou
d'un essai de cavitation réalisé sur la pompe
3.1.7
débit volumique spécifié
débit volumique à la vitesse de rotation spécifiée d'un modèle réduit de pompe correspondant aux
exigences relatives à un prototype de pompe déterminées dans le cadre d'un accord entre l'acheteur et
le fabricant
3.1.8
hauteur totale de charge de la pompe spécifiée
hauteur totale de charge de la pompe à la vitesse de rotation spécifiée et au débit volumique d'un modèle
réduit de pompe correspondant aux exigences relatives à un prototype de pompe déterminées dans le
cadre d'un accord entre l'acheteur et le fabricant
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3.2 Termes et définitions relatifs aux performances
3.2.1
accélération de la pesanteur
g
accélération due à la pesanteur
valeur locale utilisée. La valeur locale de l'accélération de la pesanteur est calculée par la formule
suivante:
26−
gZ=×9,,78031+×0 00533sin,ϕ −×010 ⋅
()
où
Z est l'altitude, exprimée en mètres (m);
φ est la latitude, exprimée en degrés [°].
Note 1 à l'article: dans de nombreux cas, toutefois, aucune erreur notable ne se produit lorsque 9,80 m/s est
utilisé.
3.2.2
nombre de Reynolds
Re
rapport de la force d'inertie sur la force de viscosité
Les nombres de Reynolds utilisés pour la conversion d'efficacité hydraulique d'un modèle réduit de pompe
et d'un prototype de pompe sont donnés par les formules suivantes:
uD⋅
11PP
Re =
hP
v
P
pour le prototype de pompe
uD⋅
11MM
Re =
hM
v
M
pour le modèle réduit de pompe
où
Re est le nombre de Reynolds du modèle réduit de pompe, sans dimension (—);
hM
Re est le nombre de Reynolds du prototype de pompe, sans dimension (—);
hP
u est la vitesse périphérique au niveau du diamètre d'entrée de la roue du modèle réduit
1M
de pompe, exprimée en mètres par seconde (m/s), u = π · D · n ;
1M 1M M
u est la vitesse périphérique au niveau du diamètre d'entrée de la roue du prototype de
1P
pompe, exprimée en mètres par seconde (m/s), u = π · D · n ;
1P 1P P
D est le diamètre d'entrée de la roue du modèle réduit de pompe, exprimé en mètres (m);
1M
D est le diamètre d'entrée de la roue du prototype de pompe, exprimé en mètres (m);
1P
v est la viscosité cinématique du liquide dans le modèle réduit de pompe, exprimée en
M
mètres carrés par seconde (m /s);
v est la viscosité cinématique du liquide dans le prototype de pompe, exprimée en mètres
P
carrés par seconde (m /s);
−1
n est la vitesse de rotation du modèle réduit de pompe, exprimée en secondes réciproques (s );
M
−1
n est la vitesse de rotation du prototype de pompe, exprimée en secondes réciproques (s ).
P
3.2.3
vitesse périphérique
u
vitesse d'un rotor dans la direction tangentielle
3.2.4
coefficient de frottement dans la conduite
λ
coefficient utilisé pour calculer la perte de hauteur de charge due au frottement dans une canalisation
3.2.5
diamètre équivalent
D
e
section transversale divisée par le périmètre mouillé d'un passage hydraulique, puis multipliée par 4
3.2.6
rendement hydraulique
η
h
partie de la hauteur totale de charge de la pompe sur la hauteur de charge théorique (hauteur de charge
de la roue en l'absence de perte de hauteur de charge)
Note 1 à l'article: Il convient de noter que la définition du rendement hydraulique du présent document est
différente de celle de l'ISO 17769-1. Dans l'ISO 17769-1, lorsque le rendement hydraulique concerne toutes les
pertes (celle résultant du frottement dû au mouvement relatif des surfaces intérieures et des fuites internes, par
exemple). D'autre part, dans le présent document, les pertes dues au frottement des flasques au niveau des roues
et les pertes dues à des fuites internes sont respectivement classées dans le facteur de rendement mécanique et
de rendement volumétrique, et ne relèvent pas du domaine d'application du rendement hydraulique.
3.2.7
rapport de rendement hydraulique
F
h
rapport entre le rendement hydraulique d'un prototype de pompe et le rendement hydraulique d'un
modèle réduit de pompe en un point de fonctionnement correspondant mutuellement
3.2.8
rendement mécanique
η
m
proportion de la puissance qu'une roue transmet à un liquide à la puissance absorbée de la pompe
Note 1 à l'article: Il convient de noter que la définition du rendement mécanique du présent document est
différente de celle de l'ISO 17769-1. Ici, la perte de puissance au niveau des garnitures d'étanchéité et des paliers
ne relève pas du domaine d'application (il convient de la traiter séparément) et la perte de puissance due au
frottement des flasques est considérée comme étant le facteur à prendre en considération, alors que la perte de
puissance au niveau des garnitures d'étanchéité et des paliers est considérée comme étant le facteur conforme à
l'ISO 17769-1.
3.2.9
rapport de rendement mécanique
F
m
rapport entre le rendement mécanique d'un prototype de pompe et le rendement mécanique d'un
modèle réduit de pompe en un point de fonctionnement correspondant mutuellement
3.2.10
rendement volumétrique
η
v
proportion entre le débit volumique d'une pompe et celui qui traverse la roue
Note 1 à l'article: Il convient de noter que la définition du rendement volumétrique du présent document est
différente de celle de l'ISO 17769-1. La définition donnée dans l'ISO 17769-1 semble ne s'appliquer qu'aux pompes
volumétriques, alors que celle du présent Rapport technique concerne les pompes rotodynamiques.
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3.2.11
rapport de rendement volumétrique
F
v
rapport entre le rendement volumétrique d'un prototype de pompe et le rendement volumétrique d'un
modèle réduit de pompe en un point de fonctionnement correspondant mutuellement
3.2.12
coefficient d'effet d'échelle
V
proportion de la perte due à l'effet d'échelle et de la combinaison des pertes transposables et non
transposables
Note 1 à l'article: La perte due à l'effet d'échelle est égale à une perte due au frottement et est fonction de la
surface de paroi du passage prévu pour l'écoulement.
3.2.13
coefficient de cavitation
σ
NPSH divisée par la hauteur dynamique correspondant à la vitesse périphérique à l'entrée de la roue et
donnée par la formule suivante:
gN⋅ PSH
σ =
u 2
où
NPSH est la hauteur énergétique nette absolue à l'aspiration, exprimée en mètres (m);
u est la vitesse périphérique au niveau du diamètre d'entrée de la roue, exprimée en
mètres par seconde (m/s);
σ est le coefficient de cavitation, sans dimension (—).
Note 1 à l'article: Le coefficient de cavitation est une grandeur déduite de la règle de similarité hydraulique des
pompes au point du meilleur rendement et est pratiquement constant pour des pompes similaires, quelles que
soient la taille et la vitesse de rotation.
4 Symboles et suffixes
Tableau 1 — Principaux symboles et unités utilisés dans le présent document
Symbole Grandeur Unité
A Aire m
D Diamètre m
e Rugosité de surface m
e Incertitude Unité de grandeur de mesure
correspondante
F Rapport de rendement Sans dimension
F Force axiale N
a
−1
f Fréquence s
g Accélération de la pesanteur m/s
H Hauteur de charge, perte de hauteur de charge m
H Hauteur totale de charge de la pompe m
K Nombre caractéristique Sans dimension
k Facteur d'élargissement Sans dimension
L, l Longueur ou distance m
Tableau 1 (suite)
Symbole Grandeur Unité
N Nombre d'ensembles de mesures Sans dimension
NPSH Hauteur énergétique nette absolue à l'aspiration m
NPSHA Hauteur énergétique nette absolue disponible à l'aspiration m
NPSH3 Hauteur énergétique nette absolue à l'aspiration exigée m
pour une chute de 3 % de la hauteur totale de charge de la
pompe au premier étage de la pompe
−1
n Vitesse de rotation s
P (P ) Puissance absorbée de la pompe W
P Puissance utile de la pompe W
h
p Pression Pa
Q Débit volumique m /s
Re Nombre de Reynolds Sans dimension
s Écart-type Unité de grandeur de mesure
correspondante
T Couple Nm
t Distribution Student Sans dimension
d
t Temps s
U Incertitude élargie, incertitude élargie relative Unité de grandeur de mesure
correspondante ou %
Vitesse moyenne (de l'écoulement dans un conduit), m/s
v
vitesse périphérique (de l'écoulement dans une pompe)
u Incertitude, incertitude relative Unité de grandeur de mesure
correspondante ou %
V Coefficient d'effet d'échelle Sans dimension
v Vitesse locale m/s
X, x Grandeur de mesure Unité de grandeur de mesure
correspondante
Z Altitude m
α Facteur d'influence de la hauteur totale de charge de la Sans dimension
pompe dans le rapport de rendement hydraulique entre le
prototype de pompe et le modèle réduit de pompe
β Facteur d'influence de la puissance absorbée de la pompe Sans dimension
dans le rapport de rendement hydraulique entre le prototype
de pompe et le modèle réduit de pompe
Δ Incrément de variation Unité de grandeur de mesure
correspondante
ε Largeur de fluctuation Sans dimension
η Rendement Sans dimension
λ Coefficient de frottement du conduit Sans dimension
υ Viscosité cinématique m /s
ρ Masse volumique kg/m
σ Coefficient de cavitation Sans dimension
τ Tolérance Sans dimension
φ Latitude degré (°)
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Tableau 2 — Caractères utilisés comme suffixes et leurs significations
Suffixe Signification
1 Aspiration ou entrée
2 Décharge ou sortie (sauf pour P )
a Sens axial
B Périmètre mouillé
c Incertitude combinée
d Conduite de refoulement
e Équivalent
e Incertitude élargie
ED Coefficient sans dimension des caractéristiques à quatre
quadrants
f Résistance à l'écoulement
G Point de garantie
H Hauteur totale de charge de la pompe
h Hydraulique
i, j Nombres entiers d'ensembles de mesure (1, 2, 3,.)
M Modèle réduit de pompe
m Mécanique
N Nombre d'ensembles de mesures
P Prototype de pompe
Q Débit volumique
r Incertitude de type A
r Sens radial
s Tuyau d'aspiration
s Incertitude de type B
t Total
V Volumétrique
x Axe de coordonnées
y Axe de coordonnées
5 Types d'essai et éléments de mesure
Il convient de procéder aux essais présentés au Tableau 3. Il convient de procéder à l'essai 2 et à
l'essai 3 lorsque cela est précisé dans l'accord entre l'acheteur et le fabricant. En principe, il convient
d'utiliser le modèle réduit de pompe dans ces deux essais.
Tableau 3 — Contenu des essais
Type d'essais Éléments de mesure
1. Essai de performance Hauteur totale de charge, débit volumique, vitesse de
rotation, couple sur l'arbre ou puissance absorbée de la
2. Essai de cavitation ou essai NPSH3
pompe, rendement de la pompe et NPSH
3. Essais complémentaires Voir Annexe A.
6 Modèle réduit de pompe
6.1 Étendue du modèle réduit de pompe
Il convient que l'étendue d'un modèle réduit de pompe soit le segment entre la section d'aspiration et la
section de refoulement de la pompe (voir la Figure 1). Si la forme d'une partie du canal d'aspiration ou du
canal de décharge peut être considérée comme une partie de la pompe et qu'une ouverture d'aspiration
ou une ouverture de décharge ne peut pas être clairement reconnue, il convient de prévoir une section
transversale permettant une répartition des vitesses d'écoulement uniforme en entrée ou en sortie du
modèle réduit de pompe. Sinon, l'étendue du modèle réduit de pompe peut être définie dans le cadre
d'un accord entre l'acheteur et le fabricant.
a) b) c)
Légende
1 section d'aspiration de la pompe
2 section de refoulement de la pompe
Figure 1 — Étendue du modèle réduit de pompe
6.2 Plages sans dimension du modèle réduit de pompe
6.2.1 Nombre de Reynolds
Il convient que le nombre de Reynolds d'un modèle réduit de pompe, Re , ne soit pas inférieur
hM
à 2,0 × 10 pour une pompe centrifuge, hélico-centrifuge ou axiale.
6.2.2 Dimension de la roue
Il convient que le diamètre le plus important de la roue d'un modèle réduit de pompe ne soit pas inférieur
à 300 mm. Pour une pompe à aube réglable, il convient que le diamètre le plus important de la roue soit
le diamètre le plus important à l'angle de réglage prévu de l'aube. La précision peut être assurée au
moment de la fabrication, le diamètre le plus important de la roue pouvant être par ailleurs défini dans
le cadre d'un accord entre l'acheteur et le fabricant.
6.2.3 Hauteur totale de charge de la pompe
Il convient de déterminer la hauteur totale de charge de la pompe d'un modèle réduit de pompe pour
satisfaire à 6.2.1 et 6.2.2 et assurer la précision nécessaire du mesurage des performances.
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6.3 Construction du modèle réduit de pompe
Il convient que toutes les parties qui composent les passages hydrauliques du modèle réduit de pompe
présentent une géométrie similaire aux parties correspondantes du prototype de pompe. Si cela s'avère
difficile, une autre disposition peut faire l'objet d'un accord entre l'acheteur et le fabricant.
Il convient de démontrer les similarités du modèle réduit de pompe en comparant ses dimensions
mesurées avec les valeurs indiquées sur les plans de modèle réduit de pompe. Si nécessaire, les profils
d'aube et le degré de l'état de surface peuvent également être mesurés et évalués. Les dimensions et
éléments à mesurer, les méthodes de mesure et les écarts admissibles peuvent faire l'objet d'un accord
entre l'acheteur et le fabricant.
Concernant le jeu dans les pièces d'usure d'une roue fermée, il convient de maintenir une similarité
géométrique entre le modèle réduit de pompe et le prototype de pompe eu égard au nombre de pas
de jeu annulaire, à la longueur axiale, au diamètre moyen du jeu, etc. Le jeu annulaire peut toutefois
être augmenté s'il est possible de soumettre le modèle réduit de pompe à des essais de fonctionnement.
Les effets de l'augmentation du jeu peuvent être pris en considération lors de la conversion des
performances du modèle réduit de pompe à celles du prototype.
7 Essai de performance
7.1 Installation d'essai et instruments de mesure
Il convient d'utiliser une installation d'essai composée d'un réservoir d'eau ou d'une cuve, de
canalisations, d'une vanne de décharge, etc. assurant un débit d'eau normal et un fonctionnement stable
du modèle réduit de pompe, et permettant de mesurer les performances. Un exemple de montage d'essai
est présenté à la Figure 2.
a) Pompe centrifuge
b) Pompe hélico-centrifuge et axiale
c) Pompe avec puisard d'aspiration
Légende
1 prises de la pression
2 débitmètre
3 robinet d'étranglement
4 réservoir
5 bride d'aspiration (limite d'aspiration du modèle réduit de pompe)
6 bride au refoulement (limite de refoulement du modèle réduit de pompe)
a
Vers le réglage du vide et de la pression.
Figure 2 — Installation d'essai de performances
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Les meilleures conditions de mesures sont obtenues lorsque, dans une section mesurée, le débit
présente:
— une répartition axisymétrique,
— une répartition uniforme de la pression statique, et
— aucun tourbillon induit par l'installation des canalisations.
Même s'il est difficile de réunir toutes les conditions ci-dessus, il est pertinent, pour des raisons
pratiques, de procéder aux mesurages dans les conditions indiquées de a) à e) ci-dessous.
De plus, il convient d'éviter toute courbure ou pas excessifs dans le système de tuyauteries et passages
hydrauliques de la pompe, de manière que le débit d'entrée de la pompe soit uniforme et à réduire le
plus possible les perturbations.
En outre, il est préférable de mettre en œuvre un redresseur d'écoulement s'il existe une possibilité de
débit irrégulier ou de perturbations.
a) Il convient d'éviter les coudes, successions de coudes, sections de tuyau étendues, sections de tuyau
discontinues, etc. à proximité de la section de mesurage.
b) Un montage d'essai dont la conduite d'aspiration est alimentée par un canal fermé partant d'un
puisard avec une surface libre ou une grande cuve de tranquillisation, la longueur de la section de
longueur droite L est déterminée par la Formule (1)
LD/,≥+15K 55, (1)
où
D est le diamètre du conduit;
K est le nombre caractéristique.
Tant que cette condition est satisfaite, il n'est pas exigé d'installer un redresseur de débit entre un
coude et le modèle réduit de pompe. Par ailleurs, un redresseur de débit est exigé dans un canal
fermé dépourvu de puisard ou de cuve de tranquillisation à l'amont du modèle réduit de pompe.
c) En principe, il convient d'installer un robinet de régulation du débit dans la conduite de refoulement
(il est préférable de s'abstenir d'installer un robinet de régulation du débit dans la conduite
d'aspiration). Si un robinet de régulation du débit est installé dans la conduite d'aspiration et qu'il
ne peut pas être totalement ouvert (dans le cas d'un essai de cavitation, par exemple), il convient
d'installer un redresseur d'écoulement entre le robinet de régulation et l'amenée de la pompe ou
une conduite droite d'une longueur au moins égale à 12 fois le diamètre de la conduite. Si un robinet
de régulation du débit est utilisé à l'état de régulation, il convient de noter que les performances de
la pompe en matière de cavitation peuvent varier en cas de cavitation dans le robinet.
d) Dans le cas d'une pompe de puits verticale, il convient de prendre en considération la géométrie
du puisard d'aspiration du prototype de pompe lors de l'essai du modèle réduit de pompe, dont
il convient de mesurer les performances entre 5 et 6 [voir la Figure 2 b)]. Toutefois, d'autres
emplacements de mesure peuvent être choisis dans le cadre d'un accord entre l'acheteur et le
fabricant.
e) Il convient de limiter les variations de température de l'eau. Si la température du liquide s'élève
de plus de 5 degrés K au cours d'un essai en raison d'un apport de chaleur, il convient de mesurer
la température du liquide avant et après chaque essai, et d'utiliser la température moyenne pour
évaluer les propriétés physiques.
Il convient que les instruments de mesure présentent une précision suffisante pour mesurer la
hauteur totale de charge de la pompe, le débit volumique, la puissance absorbée de la pompe et la
vitesse de rotation du modèle réduit de pompe. Il convient que les incertitudes relatives acceptables
des instruments soient dans les limites indiquées au Tableau 4. Il convient de consigner les périodes
adaptées d'étalonnage des instruments indiquées dans l'ISO 9906:2012, Annexe C. Il convient que
l'étalonnage soit garanti par un système d'étalonnage qui peut être suivi selon la norme de métrologie
internationale correspondante. En l'absence de ce type de normes internationales d'étalonnage, il
convient de documenter la procédure d'étalonnage. Si d'autres instruments que ceux figurant au
Tableau 4 sont utilisés, il convient d'appliquer l'accord entre l'acheteur et le fabricant.
Tableau 4 — Incertitudes relatives acceptables des instruments
Grandeur de mesure Incertitude
a
Débit volumique 0,5 %
Hauteur totale de charge de la pompe
0,3 %
(hauteur de charge différentielle)
Hauteur de charge au refoulement 0,3 %
Hauteur de charge à l'aspiration 0,3 %
Puissance absorbée par la machine
0,3 %
b
d’entraînement
Vitesse de rotation 0,1 %
Couple 0,2 %
Température 0,1 K
a
Il convient que l'incertitude de mesure du débit volumique à l'aide d'un orifice, d'une
tuyère, d'une Venturi-tuyère ou d'un débitmètre électromagnétique inclue l'incertitude
de la méthode massique ou de la méthode volumétrique utilisée en plus de l'incertitude
de l'instrument lui-même. Le calcul pour l'estimation de l'incertitude est présenté en
référence à l'Annexe B.
b
Si un wattmètre à moteur étalonné pour la puissance absorbée de la pompe est utilisé,
il convient que l'incertitude de la puissance absorbée de la pompe inclue l'incertitude du
rendement du moteur en plus de l'incertitude de l'instrument. Voir l'ISO 9906:2012, D.4.3.
7.2 Conditions d'essai
7.2.1 Opération d'essai
Les conditions de fonctionnement d’essai sont les suivantes.
a) Il convient de procéder aux essais à l'eau froide claire, dont il convient que les caractéristiques
satisfassent aux exigences spécifiées dans l'ISO 5198.
b) Lors d'un essai de performances, il convient que la fluctuation autour de la moyenne des valeurs
mesurées et que l'étendue de la variation lors de la période de mesurage répété (voir 7.2.2.1)
satisfassent aux critères indiqués au Tableau 5 et en 7.2.2.3, respectivement. Il convient que ces
conditions soient confirmées proches de la hauteur totale de charge de la pompe avant de procéder
à l'essai de performances.
c) Lors de l'essai, il convient que la vitesse de rotation soit dans les limites de ±5 % de la vitesse de
rotation spécifiée.
7.2.2 Stabilité de fonctionnement
7.2.2.1 Fluctuation et variation
Les définitions suivantes s'appliquent au présent document.
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7.2.2.1.1 Fluctuation
La plage de fluctuations autour de la moyenne lors d'un mesur
...
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