Assurez-vous que les pompes à incendie répondent aux normes de performance et mécaniques

May 30, 2023

Le Burj Khalifa, situé à Dubaï, aux Émirats arabes unis, est le plus haut bâtiment du monde et possède l'un des systèmes de protection contre les incendies les plus complexes jamais construits, contenant plus de 100 miles de tuyaux. Conçu pour fournir des milliers de gallons d'eau par minute à partir de réservoirs de stockage souterrains, le système de protection contre les incendies utilise plusieurs pompes pour déplacer l'eau jusqu'à la hauteur du bâtiment de 2 717 pieds (828 mètres). Ce système de pompe à incendie garantit que le bâtiment est bien équipé pour faire face à toute urgence incendie potentielle.

Quelle que soit la hauteur du gratte-ciel, les pompes à incendie sont essentielles dans tout bâtiment nécessitant un système de protection contre les incendies à base d'eau. Les pompes créent le débit et la pression requis à partir d'une alimentation en eau et les distribuent aux systèmes de gicleurs, aux bouches d'incendie et à d'autres équipements de protection contre les incendies lors d'une urgence incendie. Il est crucial d'installer des pompes à incendie éprouvées et fiables pour assurer la sécurité des occupants du bâtiment et minimiser les dommages matériels. Cependant, il est important de noter qu'une pompe à incendie n'est requise que lorsque la source d'eau disponible, comme un système d'eau municipal, n'a pas une pression ou une quantité d'eau adéquate.

Deux certifications largement reconnues pour les pompes à incendie sont la certification Underwriters Laboratories (UL) et l'approbation Factory Mutual (FM). Ces certifications indiquent que les pompes répondent aux normes de sécurité et de performance les plus élevées, y compris la norme 20 de l'Agence nationale de protection contre les incendies (NFPA) pour l'installation de pompes fixes pour la protection contre les incendies.

La NFPA est une organisation mondialement reconnue qui élabore et publie des codes, des normes, des pratiques et des guides de sécurité incendie. En ce qui concerne les pompes à incendie, la norme la plus importante est la NFPA 20, qui décrit les exigences minimales pour l'installation, le fonctionnement et l'entretien des pompes à incendie utilisées dans les systèmes de protection contre les incendies à base d'eau. Cette norme garantit que le système fonctionnera comme prévu pour fournir un approvisionnement en eau adéquat et fiable en cas d'incendie.

La plupart des pompes utilisées dans un système de protection contre les incendies sont de type rotodynamique de conception centrifuge. Bien que les pompes volumétriques jouent un rôle dans la protection contre les incendies, leur travail se limite aux systèmes de protection contre les incendies par brouillard d'eau et mousse/eau, ainsi qu'aux pompes d'amorçage installées sur les camions de pompiers. Il existe également d'innombrables composants, accessoires et exigences, tels que la soupape de décharge automatique ou la soupape de décharge de circulation, le contrôleur de pompe à incendie, les marquages ​​ou la plaque signalétique nécessaires et le clapet anti-retour nécessaire et la soupape de commande indicatrice du côté refoulement de la pompe.

Étant donné que les exigences relatives aux pompes à incendie s'étendent bien au-delà de la pompe elle-même, cet article se concentre sur les performances hydrauliques et les exigences de conception mécanique des pompes centrifuges à volute utilisées dans les systèmes de protection contre les incendies à base d'eau. Cependant, plusieurs des exigences concerneront à la fois les pompes à volute et les pompes à turbine à arbre vertical.

Les pompes à incendie sont conçues pour fournir des performances fiables sur une large gamme de capacités et de pressions nettes. Pour normaliser les performances et permettre la comparaison entre différents modèles de pompes, la norme NFPA 20 permet de classer une pompe en fonction de sa capacité à fournir une plage de pressions nettes à une capacité particulière. Ainsi, la cote de la pompe à incendie est la pression nette indiquée que la pompe produit lorsqu'elle fonctionne à 100 % de la capacité indiquée de la pompe. L'image 1 illustre les capacités nominales typiques décrites dans la norme NFPA 20, allant de 25 gallons par minute (gpm) à 5 000 gpm (95 à 18 925 litres par minute [L/min]). La pompe doit également être conçue pour des pressions nettes égales ou supérieures à 40 livres par pouce carré (psi) (276 kilopascal [kPa]).

La norme NFPA 20 a normalisé la forme de la courbe de performance de la pompe en établissant plusieurs exigences hydrauliques. La pression d'arrêt, ou pression de baratte, doit être comprise entre 101 % et 140 % de la pression nominale et ne doit pas être inférieure à 99 % de la pression maximale développée par la pompe conformément aux exigences FM. Cette exigence de pression de désabonnement est nécessaire pour s'assurer que la pompe peut maintenir la pression d'eau requise lorsqu'il n'y a pas de demande. La performance hydraulique doit également dépasser 150 % du débit nominal à 65 % de la pression nominale pour garantir que la pompe peut gérer une augmentation supplémentaire de la demande en eau lors d'une urgence incendie, connue sous le nom de capacité de surcharge. Cette performance hydraulique doit être réalisable avec une pression d'aspiration adéquate et lors d'un fonctionnement avec une hauteur d'aspiration d'au moins 15 pieds (4,6 mètres).

L'image 2 montre les caractéristiques de performance acceptables d'une pompe à incendie, ainsi que les paramètres établis par NFPA 20, et l'image 3 montre les caractéristiques de performance typiques de la pompe lorsqu'une pompe fonctionne avec un surplus de pression d'aspiration, connu sous le nom de test de pression positive, et sous un ascenseur d'aspiration de 15 pieds.

La conception mécanique d'une pompe à incendie répertoriée UL/approuvée FM doit être conforme à la norme NFPA 20, ainsi qu'aux exigences spécifiques décrites dans UL 448 - Pompes centrifuges stationnaires pour le service de protection contre l'incendie, et aux normes FM applicables pour les pompes à incendie centrifuges à volute. (FM 1311, FM 1319 et FM 1371). Il est important de noter que les exigences de conception mécanique discutées dans cet article ne sont qu'une partie des exigences générales pour les pompes à incendie homologuées UL et approuvées FM. Pour une compréhension plus complète, il est recommandé de se référer à UL 448 et à toutes les normes FM pertinentes.

La norme NFPA 20 autorise l'utilisation de deux types de pompes centrifuges à volute - la conception de la roue en porte-à-faux et la conception de la roue entre les roulements - dans les systèmes de protection contre les incendies à base d'eau. Ces pompes peuvent être de conception à aspiration axiale, verticale en ligne ou à carter divisé, avec toutes les pièces en contact avec le fluide fournies dans des matériaux résistants à la corrosion. Les pompes à aspiration en bout et verticales en ligne peuvent être de construction à un ou deux étages, tandis que les pompes à carter divisé peuvent être à un étage, comme illustré à l'image 4, ou à plusieurs étages. Cependant, il convient de noter que FM 1371 s'applique uniquement aux pompes en ligne verticales à un seul étage.

Pour un entretien efficace de la pompe à incendie, le corps de pompe doit être conçu pour un démontage facile, permettant l'inspection de la roue et d'autres composants internes sans perturber la tuyauterie d'aspiration. De plus, l'épaisseur de la paroi du tubage doit être suffisamment robuste pour résister à une pression hydrostatique d'au moins deux fois la pression de service maximale, ou 400 psi (2 758 kPa), selon la valeur la plus élevée, avec un facteur de sécurité approprié pour éviter la rupture. Les brides d'aspiration et de refoulement doivent être conformes à la norme American National Standards Institute (ANSI)/American Society of Mechanical Engineers (ASME) B16.1 pour assurer la compatibilité avec les tuyaux ou raccords de raccordement. Le corps doit également être équipé d'orifices de vidange pour permettre la vidange de toutes les pièces de la pompe lors de l'entretien ou de l'inspection.

La conception de la pompe doit incorporer des boîtes à garniture avec une garniture de compression d'une profondeur d'au moins cinq fois la largeur de la garniture, plus un anneau de lanterne. Ces composants doivent être sécurisés avec des presse-étoupes qui appliquent une pression uniforme sur la garniture (Image 5). De plus, une boîte à garniture située à l'extrémité d'aspiration de la pompe doit être étanche à l'eau par une pression d'aspiration maximale de 30 psi (207 kPa). Bien que les normes FM autorisent l'utilisation de méthodes d'étanchéité alternatives, elles sont limitées aux applications où seule de l'eau propre est pompée et sont soumises à des exigences supplémentaires. Il convient de noter que l'emballage de compression est l'option préférée.

La norme UL 448 décrit les exigences spécifiques pour toutes les fixations, telles que les boulons, les goujons et les vis d'assemblage, qui sont utilisées pour connecter des pièces soumises à des contraintes causées par la pression hydraulique. Il est impératif que toutes les fixations répondent à ces exigences, qui incluent un diamètre minimum de 3/8 pouce (9,5 millimètres [mm]) et une contrainte maximale qui ne dépasse pas un quart de la limite élastique du matériau du boulon lorsqu'elle est calculée à l'aide de la contrainte du boulon zone. Ces réglementations sont essentielles, car la défaillance des boulons du boîtier peut entraîner une défaillance catastrophique de la pompe à incendie, ce qui rend essentiel de s'assurer que toutes les fixations répondent aux exigences minimales définies par l'organisme de certification.

La conception d'un arbre de pompe à incendie nécessite une attention particulière à son diamètre et à son matériau pour éviter toute défaillance causée par le couple appliqué et les charges hydrauliques. Les directives UL et FM exigent que la contrainte de cisaillement maximale et la contrainte de cisaillement de torsion maximale qui se produisent dans l'arbre ne dépassent pas 30 % de la limite d'élasticité à la traction et 18 % de la résistance à la traction ultime du matériau de l'arbre. Pour les arbres avec rainures de clavette, une réduction supplémentaire de 25 % des contraintes admissibles est requise. De plus, la déflexion dynamique de l'arbre à la face du presse-étoupe ne peut pas dépasser 0,002 pouce (0,05 mm).

La turbine et les éléments rotatifs de la pompe à incendie doivent être équilibrés dynamiquement à une quantité d'équilibre G6.3 conformément à l'Organisation internationale de normalisation (ISO)-1940. La largeur de la turbine à la sortie doit respecter les exigences suivantes : supérieure à 5/16 pouce (7,9 mm) pour une capacité comprise entre 25 gpm et 100 gpm, supérieure à 3/8 pouce (9,5 mm) pour une capacité comprise entre 100 gpm et 500 gpm, supérieur à 1/2 pouce (12,7 mm) pour une capacité entre 500 gpm et 750 gpm et supérieur à 5/8 pouce (15,9 mm) pour une capacité supérieure à 750 gpm.

Pour éviter tout mouvement axial, les roues doivent être sécurisées par des clavettes, des douilles et des écrous à douille. Le jeu radial entre les pièces fixes et mobiles, telles que la roue et la bague d'usure, doit être maintenu à plus de 0,0075 pouce (0,191 mm).

Lors de la sélection des roulements à billes et à rouleaux pour les pompes à incendie, il est essentiel d'assurer une durée de vie L-10 d'au moins 5 000 heures sous les charges générées par la pompe lorsque le fonctionnement est à l'arrêt, le diamètre maximal de la roue, la vitesse de rotation maximale et la puissance développée maximale. . Une attention particulière doit être accordée au type de roulement, sa taille, sa capacité de charge et sa vitesse nominale pour s'assurer qu'il répond à la durée de vie L-10 requise. Les roulements doivent également être lubrifiés à la graisse et la conception doit permettre à l'ensemble de flotter conformément à la norme UL 448 et à la norme FM correspondante.

Les pompes à incendie sont des composants essentiels des systèmes de protection contre les incendies qui aident à maintenir la sécurité et l'intégrité des bâtiments et de leurs occupants. A ce titre, leur conception, leur installation et leur maintenance sont soumises à des réglementations et normes strictes, notamment celles fixées par NFPA 20, UL et FM. Répondre à ces exigences et assurer le bon fonctionnement de la pompe à incendie nécessite une attention particulière aux détails, de la sélection des bons matériaux et composants au respect des procédures établies et des calendriers d'entretien. Le non-respect de ces réglementations et normes peut entraîner de graves conséquences, notamment des dommages matériels, des blessures et la mort.

En comprenant les exigences, nous pouvons aider à garantir que les pompes à incendie sont fiables, efficaces et prêtes à protéger en cas de besoin.

Les références

FM Approvals, LLC., Examination Standard for Centrifugal Fire Pumps (Horizontal, End Suction Type), Class Number 1319. FMGlobal, 2020.

Association nationale de protection contre les incendies. Norme pour l'installation de pompes fixes pour la protection contre l'incendie (NFPA 20). 2013.

Puchovsky, Milosh T. et Kenneth E. Isman. Manuel de la pompe à incendie. 1re éd., National Fire Protection Association, 1998.

Underwriters Laboratories, Inc. Norme pour les pompes stationnaires centrifuges pour le service de protection contre les incendies (UL 448). 2011.

Alex Moser est l'ingénieur principal des normes et de la formation à l'Institut hydraulique. Il peut être contacté à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez pompes.org.