bâche spirale

Une volute est un passage incurvé en forme de spirale qui entoure la roue d'une turbine et dirige le fluide entrant vers les aubes ou les pales avec un minimum de turbulence. Dans une pompe ou une turbine centrifuge, la volute convertit le refoulement à grande vitesse de la roue en un écoulement à vitesse plus faible, adapté à l'étape suivante ou à la sortie, réduisant ainsi les pertes d'énergie et les vibrations. La forme n'est pas une simple spirale, mais une chambre s'élargissant progressivement qui maintient une vitesse à peu près constante lorsque le fluide circule autour de la circonférence, distribuant l'écoulement uniformément sur tous les orifices d'entrée de la roue.

Les volutes apparaissent dans plusieurs contextes. Dans les turbomachines, une volute de pompe recueille le fluide éjecté radialement de la roue et le canalise vers le refoulement; une volute de turbine (également appelée bâche spirale) distribue l'eau entrante uniformément sur toute la circonférence de la roue avant qu'elle n'entre dans les aubes directrices. La volute doit être dimensionnée correctement pour le débit nominal; des volutes sous-dimensionnées entraînent une chute de pression excessive et une génération de chaleur, tandis que des volutes surdimensionnées réduisent l'efficacité et augmentent l'encombrement de la machine.

Conception et performance

La section transversale de la volute s'amincit généralement à mesure qu'elle s'enroule autour de la roue, suivant une courbe en développante ou logarithmique dans les unités bien conçues. Les volutes métalliques sont coulées dans le cadre du corps de pompe ou de turbine, souvent en fonte ductile ou en bronze pour la résistance à la corrosion dans les services d'eau. L'angle de la volute, le rayon de la languette et la géométrie de sortie affectent tous la façon dont le fluide entre proprement dans la roue ou la turbine; une mauvaise conception crée des zones mortes où la cavitation peut s'amorcer ou où les tourbillons gaspillent de l'énergie. Sur les pompes centrifuges, l'espace entre l'extrémité de la roue et l'entrée de la volute (la languette ou le bec) est critique; trop grand, il y a recirculation, trop petit, il y a blocage.

Le terme scroll (volute) dérive probablement de sa ressemblance avec un parchemin roulé vu de dessus. Dans certaines traditions hydrauliques européennes, la volute est appelée volute, en particulier dans la nomenclature des pompes, bien que scroll soit standard dans les applications de turbines. Le but de la volute est fondamentalement d'adapter la géométrie de l'élément rotatif à la tuyauterie fixe, empêchant l'expansion ou la contraction soudaine qui générerait du bruit, de la cavitation et des coups de bélier.

L'usure et l'érosion dans les volutes se produisent généralement au niveau de la languette et dans les zones à grande vitesse où les particules abrasives du fluide frottent contre les parois; cela réduit le passage effectif et dégrade les performances au fil des années de fonctionnement. Les dommages de cavitation apparaissent sous forme de piqûres sur le côté basse pression de la paroi de la volute, signe que la pression locale est tombée en dessous de la pression de vapeur. En service à long terme, les volutes peuvent être inspectées pour les dommages d'érosion et, dans certaines conceptions, alésées ou revêtues pour restaurer les jeux.