Pompe volumétrique à engrenages à vis
Qu'est-ce qu'une pompe à engrenages à vis volumétrique ?
Une pompe à vis à engrenages à déplacement positif est un type de pompe à vis composée de deux vis et d'un engrenage de synchronisation. L'une des vis est l'entraîneur, tandis que l'autre est la vis entraînée. Les vis s'engrènent pour mettre le liquide sous pression et le déplacer dans le système de la pompe. Un moteur électrique fournit le mouvement rotatif nécessaire à la vis d'entraînement couplée à son arbre. La vis d'entraînement fait tourner l'engrenage de synchronisation, ce qui fait tourner la vis entraînée de sorte que les rotors mâle et femelle n'entrent pas en contact métal contre métal. Ainsi, la roue dentée transmet le mouvement de la vis d'entraînement à la vis entraînée, qui tourne autour de son axe et à l'opposé de la roue d'entraînement.
Ces pompes sont auto-amorçantes, offrent de meilleures capacités d'aspiration et nécessitent moins d'entretien pour une même plage de vitesse ; elles constituent donc l'un des types de pompes les plus fiables pour de nombreuses opérations. Les fabricants de pompes à engrenages à vis volumétrique conçoivent ces pompes pour qu'elles offrent d'excellentes performances dans de nombreuses applications, telles que les industries marines et pétrochimiques, la production d'énergie, l'industrie alimentaire, etc.
Figure : montrant la configuration d'une pompe à engrenages à vis volumétrique
Les pompes volumétriques à engrenages à vis présentent de nombreuses caractéristiques intéressantes, telles que la capacité de fonctionner à une large gamme de vitesses, de fonctionner à sec pendant une courte période et de tolérer la pollution. Elles ont également besoin d'une faible hauteur de pression nette à l'aspiration et peuvent traiter des fluides de différentes viscosités et des débits élevés.
Composants d'une pompe à engrenages à vis volumétrique
Enveloppe
Le corps de pompe est la partie qui abrite les vis, l'engrenage de distribution, le palier et d'autres composants internes de la pompe. Il comporte également des orifices d'entrée et de sortie. Les corps de pompe sont généralement fabriqués en fonte parce qu'ils sont moins chers. Cependant, il peut également être fabriqué en acier au carbone, en acier inoxydable et en alliages d'aluminium.
Figure : différentes parties d'une pompe à engrenages à vis volumétrique
Vis d'entraînement
La vis plongeante, ou le rotor mâle, d'un côté, est reliée à l'arbre du moteur électrique et à un engrenage de synchronisation de l'autre côté. La fonction première de la vis d'entraînement est de faire tourner la vis entraînée par l'intermédiaire d'un engrenage de synchronisation. Les fabricants de pompes à engrenages à vis volumétrique produisent des vis d'entraînement principalement à partir de matériaux en acier, y compris l'acier à haute résistance, l'acier allié, l'acier trempé et l'acier traité en surface.
Vis d'entraînement
Les vis entraînées ou le rotor femelle s'adaptent bien à la vis d'entraînement. Il présente également une zone de dégagement constante qui contribue à retenir le liquide dans l'espace restreint. Elle reçoit le mouvement rotatif de l'engrenage de synchronisation, tournant dans son axe et dans la direction opposée. La vis d'entraînement est également fabriquée en acier à haute résistance, en acier allié et en acier trempé, car ces matériaux sont solides et peuvent résister aux vibrations.
Engrenage de synchronisation
La roue dentée est le lien entre la vis d'entraînement et les vis entraînées. Sa fonction première est de faire tourner la vis d'entraînement et de s'assurer que la vis d'entraînement ne crée pas de contact métal contre métal avec la vis d'entraînement. Le pignon de synchronisation tire le mouvement de rotation de la vis d'entraînement et le transmet à la vis entraînée.
Arbre d'entraînement
L'arbre d'entraînement relie le moteur principal (c'est-à-dire le moteur électrique) et la pompe. Il est fixé à l'arbre du moteur et à la vis d'entraînement à l'aide d'un ensemble d'accouplements flexibles. Il facilite la rotation de la vis d'entraînement lorsque le moteur fonctionne.
Palier
Les vis de la pompe sont soutenues par des roulements à chaque extrémité. Les paliers permettent de maintenir l'alignement des composants de la pompe. Ils supportent la masse de la vis et les charges hydrauliques imposées à l'équipage, à l'arbre d'entraînement et les charges dues à l'accouplement de l'arbre ou à la transmission par courroie. Ils contribuent à maintenir les mouvements axiaux et latéraux de la vis dans des limites acceptables. Dans la plupart des cas, le palier de la pompe est le fluide de pompage qui lubrifie les paliers. Ils font partie de l'équilibre de la poussée axiale de la pompe puisque la pression de refoulement d'un côté du palier et la pression d'aspiration de l'autre côté s'annulent tout en fournissant du liquide pour le refroidissement et la lubrification.
Chemise de refroidissement
Une chemise de refroidissement, également appelée générateur de débit, assure un débit d'eau adéquat sur la surface du moteur pour le refroidir. Elle est utilisée lorsque la pompe est installée en eau libre, là où il n'y a pas de puits pour guider l'eau sur la surface du moteur.
Soupape de sécurité
La fonction des limiteurs de pression est de protéger la pompe contre les surpressions qui peuvent endommager les composants internes de la pompe. Les pompes à vis génèrent beaucoup de pression pendant leur fonctionnement, et les soupapes de décharge permettent de renvoyer la pression supplémentaire à l'admission.
Joints d'étanchéité
Les joints empêchent l'air de pénétrer dans la pompe lorsque celle-ci est sous vide.
Orifices d'entrée et de sortie
Les orifices d'entrée et de sortie des pompes volumétriques à engrenages à vis diffèrent. La pompe aspire le liquide par l'orifice d'entrée et le rejette par l'orifice de sortie. Les fabricants de pompes volumétriques à engrenages à vis conçoivent les orifices d'entrée et de sortie de manière à maintenir une quantité suffisante de liquide lorsque la pompe finit par s'arrêter. Cela permet d'éviter que le tube d'aspiration ne se dessèche rapidement.
Figure : Composants d'une pompe à engrenages à vis volumétrique.
Comment fonctionne une pompe à engrenages à vis volumétrique ?
Lorsque les moteurs électriques démarrent, l'arbre moteur transmet le couple à la vis entraînée par l'intermédiaire d'un accouplement flexible. La vis motrice fait tourner l'engrenage de synchronisation, qui transmet cette rotation aux vis entraînées. Lorsque les vis tournent en sens inverse, leurs profils s'engrènent, créant des cavités étanches qui aident à piéger et à transporter le fluide de l'orifice d'aspiration à l'orifice de refoulement. Le volume piégé diminue vers le côté refoulement, ce qui crée une pression élevée permettant de surmonter la contre-pression du système en aval. Les cavités de la pompe s'ouvrent et se ferment en douceur, ce qui permet un fonctionnement silencieux de la pompe et un refoulement avec peu de pulsations. Les vis tournent avec un jeu radial important par rapport à l'alésage, ce qui élimine l'usure par abrasion et améliore l'aptitude de la pompe à transférer des fluides à faible pouvoir lubrifiant.
Figure : Fonctionnement d'une pompe à engrenages à vis volumétrique.
Types de pompes à engrenages à vis volumétrique
En général, les pompes volumétriques à vis sont à aspiration unique, ce qui signifie que le liquide entre d'un côté et sort de l'autre. Cependant, elles peuvent être classées en pompes à vis volumétriques horizontales ou verticales.
Pompes à engrenages horizontales à vis volumétrique
Les vis d'entraînement et les vis d'entraînement d'une pompe à engrenages à vis horizontale sont orientées horizontalement.
Figure : Pompe à engrenages horizontale à vis volumétrique
Pompes à vis verticales à déplacement positif
Les pompes à engrenages à vis volumétrique de type vertical ont des vis et des arbres d'entraînement orientés verticalement.
Figure : Pompe à engrenages à vis verticale volumétrique
Applications d'une pompe à engrenages à vis volumétrique
Les pompes volumétriques à vis sont utilisées dans de nombreuses applications telles que les procédés alimentaires, le séchage des aliments, les produits laitiers, les boissons, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques, les produits chimiques, le pétrole, la fabrication, le gaz et les applications minières. Les applications typiques sont les suivantes
- Les pompes volumétriques à engrenages sont utilisées pour pomper des fluides très visqueux et des fluides peu visqueux sous haute pression.
- Ils sont également utilisés dans des applications de grande puissance comme le transfert d'huile de graissage.
- Elles s'appliquent également au transfert de produits structurels sensibles.
- Ils sont également utilisés dans les applications nécessitant un débit sans pulsation.
- Les pompes volumétriques à engrenages à vis s'appliquent également aux revêtements à grande échelle, tels que les revêtements de verre architectural.
- Ils sont utilisés dans les navires pour déplacer le fioul du réservoir à double fond vers les réservoirs de décantation.
- Elles sont utilisées comme pompes de dégrossissage pour les pompes à vide élevé.
- Ils sont également utilisés dans les fours à vide pour le flambage et le sérigraphie.
- Ils sont également utilisés dans le système hydraulique pour générer et surmonter la pression.
- Également utilisé pour la lubrification et le pompage multiphasique.
- Ils sont également utilisés dans les machines-outils, les moulins à vent et les presses.
- Ils peuvent être utilisés pour les fluides sensibles au cisaillement, les fluides non newtoniens et les émulsions, car ils subissent de faibles taux de cisaillement pendant le fonctionnement.
Avantages de la pompe à engrenages à vis volumétrique
- Les pompes volumétriques à engrenages à vis sont très fiables pour une grande variété d'opérations.
- Ils sont très polyvalents car ils peuvent être utilisés dans diverses applications.
- Ils ont une meilleure capacité d'aspiration.
- Ils sont auto-amorçants et peuvent fonctionner avec une faible pression d'aspiration.
- Ils permettent un fonctionnement régulier et une décharge sans pulsation.
- La pompe ne nécessite qu'un minimum d'entretien ; sa conception est très résistante à l'usure par abrasion, et l'engrenage de synchronisation empêche tout contact entre les vis, ce qui entraînerait leur usure.
- Ils sont parfaits pour les fluides visqueux et les liquides multiphases, ainsi que pour les mélanges de gaz.
- Ils pompent un fluide ayant des propriétés lubrifiantes ; ils ne nécessitent donc pas de service de lubrification.
- Ils sont tolérants aux gaz et peuvent traiter des fluides avec des gaz entraînés sans blocage de la vapeur.
- Ils peuvent également fonctionner à la vitesse d'écoulement maximale.
Inconvénients de la pompe à engrenages à vis volumétrique
- Les coûts initiaux d'acquisition et d'installation peuvent être très élevés.
- Ils nécessitent l'installation d'un ballast à gaz pour transférer le gaz d'éclairage.
- S'ils sont utilisés pour pomper des gaz légers sans ballast, ils entraînent une faible vitesse de pompage et une pression finale plus basse.
- Il n'est pas facile de réduire le taux de pompage en dessous de 50 mètres cubes par heure.
Dépannage d'une pompe volumétrique à engrenages à vis
La pompe n'est pas en mesure de s'auto-amorcer
- Le sens de rotation du moteur est incorrect. Vérifier le sens de rotation du moteur et l'inverser si nécessaire. S'assurer que la rotation du moteur est alignée sur la flèche indiquée sur la plaque signalétique par le fabricant de la pompe à engrenages à vis volumétrique.
La pompe est plus bruyante et plus vibrante
- Les pièces internes de la pompe sont usées. Inspecter les vis, les roulements et le corps pour vérifier l'usure et les remplacer si nécessaire.
- Certaines pièces de la pompe sont en contact. Vérifier si certaines pièces de la pompe sont en contact.
- Le système est bloqué. Vérifier que le système n'est pas bloqué et que les vannes fonctionnent à la fois du côté de l'aspiration et du côté du refoulement.
- La soupape de décharge s'ouvre et se ferme rapidement. Augmenter la pression de tarage de la soupape de décharge conformément au guide du fabricant de la pompe.
La pompe émet un débit à basse pression
- La pompe ne respecte pas le NPSH du fabricant de la pompe. Augmentez la pression d'aspiration et le niveau du réservoir d'aspiration ou réduisez la vitesse de la pompe.
- Les vis sont usées. Inspecter et remplacer les vis si nécessaire.
- Il y a trop d'air dans la pompe. Vérifier l'usure des raccords de tuyauterie et l'absence de pénétration d'air.
La pompe aspire trop d'air
- Les raccords de tuyauterie sont très usés. Inspecter, réparer ou remplacer les raccords de tuyauterie.
- Défaut d'étanchéité au niveau de l'orifice d'aspiration. Inspecter et réparer l'étanchéité de la pompe.
- La vitesse de la pompe est faible. Augmentez la vitesse de la pompe jusqu'au niveau recommandé par le fabricant de la pompe à engrenages à vis volumétrique.
Résumé
Une pompe à engrenages à vis volumétrique comprend deux vis et un engrenage de synchronisation. L'engrenage de synchronisation relie la vis motrice et la vis entraînée de manière à ce qu'elles n'entrent pas en contact métal contre métal, ce qui évite d'endommager la pompe. Les vis motrices et les vis entraînées s'engrènent pour presser le liquide et le déplacer à l'intérieur du système de pompage. Pendant le fonctionnement, un moteur électrique fournit l'énergie mécanique nécessaire pour faire tourner la vis d'entraînement qui fait tourner la roue dentée. L'engrenage de synchronisation transmet le mouvement de rotation à l'engrenage de la vis, ce qui la fait tourner dans la direction opposée à la vis d'entraînement. Au fur et à mesure que les vis tournent, leurs profils s'engrènent, créant des cavités étanches qui aident à piéger et à transporter le fluide de l'orifice d'aspiration à l'orifice de refoulement. Les fabricants de pompes à engrenages à vis volumétrique conçoivent ces pompes pour qu'elles fonctionnent parfaitement dans de nombreuses applications, telles que les industries marines et pétrochimiques, la production d'énergie et l'industrie alimentaire. La conception de cette pompe est uniquement à aspiration simple, mais les pompes sont disponibles dans des configurations horizontales et verticales.
Les pompes volumétriques à engrenages à vis sont dotées de grandes capacités d'aspiration et sont très fiables et polyvalentes dans leurs applications. Elles sont auto-amorçantes et peuvent véhiculer des liquides avec des gaz entraînés sans blocage de vapeur. En outre, elles fonctionnent silencieusement et peuvent fournir un débit sans pulsation. Cependant, elles ne peuvent pas fonctionner à sec pendant trop longtemps, car le fonctionnement à sec peut endommager la pompe, et elles sont chères à l'achat.