Pompe à vis
Introduction
Une pompe à vis est un type de pompe volumétrique. Cette pompe est également connue sous le nom de pompe à eau à vis. Comme son nom l'indique, cette pompe utilise une vis pour transporter des fluides le long de son axe. Les vis de la pompe s'emboîtent les unes dans les autres pour créer une pression qui déplace le fluide dans le système. Les vis s'engrènent les unes dans les autres. Lorsqu'un fluide doit être pompé, il entre dans la pompe par une vanne d'aspiration et s'écoule linéairement vers le côté refoulement le long des vis qui s'emboîtent les unes dans les autres. Il y a un petit espace entre la cavité de la pompe et la vis, ce qui augmente la pression du fluide lorsqu'il traverse la pompe. Les fabricants de pompes à vis fabriquent des pompes destinées à être utilisées dans différentes industries telles que le transport maritime, la production d'énergie, les terminaux, le traitement chimique, les pipelines, la production de pétrole et de gaz et les raffineries.
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Qu'est-ce qu'une pompe à vis ?
La pompe à vis est très conviviale car elle a rarement besoin d'être entretenue en raison du faible nombre de pièces rotatives. Cette pompe est utile lorsqu'il s'agit de pomper un volume fixe de liquides de différentes viscosités, volumes et pressions. Ce type de pompe est fiable et facile à utiliser. Les fabricants de pompes à vis rendent la conception de la pompe facile à entretenir. Ce type de pompe est alimenté par un moteur d'entraînement qui peut être un moteur à combustion interne (IC) ou un moteur électrique à induction. Le corps de la pompe à vis comporte des extrémités de refoulement et d'aspiration. Une soupape d'aspiration est placée à la base de la pompe et une soupape de refoulement est placée au sommet. Un clapet anti-retour est également monté à l'extrémité de refoulement pour empêcher le fluide de s'écouler vers l'arrière.
Figure : Pompe à vis.
Comment fonctionne une pompe à vis ?
Comme indiqué précédemment, une pompe à vis est une pompe volumétrique. Ce type de pompe est entraîné par deux vis en contre-rotation. Lorsque la pompe à vis commence à fonctionner, la puissance est transmise depuis le moteur principal à l'aide de la vis d'entraînement. La vis d'entraînement est reliée à l'arbre d'entraînement chargé d'entraîner la vis d'entraînement. Dès que la vis d'entraînement commence à tourner, la vis entraînée tourne également car les deux sont en prise l'une avec l'autre. Lorsque les vis se déplacent, elles créent un vide partiel à l'entrée de la pompe. Grâce à ce vide, le fluide est aspiré dans la pompe à partir de la soupape d'aspiration. Lorsque le fluide pénètre dans la pompe, il est piégé entre les vis. Le fluide emprisonné se déplace au fur et à mesure que les vis tournent. Au fur et à mesure que les vis se déplacent, la quantité de fluide piégé diminue et la pression du fluide augmente. Lorsque la pression du fluide augmente jusqu'au niveau souhaité, il sort par la soupape de sortie et s'écoule vers la destination voulue.
Lorsqu'une pompe à vis fonctionne avec un fluide visqueux tel que l'huile, la surface de la vis est lubrifiée au fur et à mesure que le fluide est pompé, de sorte qu'il n'y a que peu ou pas d'espace entre les vis en rotation.
Figure : Fonctionnement d'une pompe à vis.
Composants d'une pompe à vis
Une pompe à vis se compose de plusieurs éléments. Les plus courants sont la vis d'entraînement, la vis entraînée, la roue dentée, la soupape de surpression, les roulements, les orifices d'entrée et de sortie, et l'arbre d'entraînement.
Figure : Composants des pompes à vis.
Vis du conducteur
C'est l'un des composants rotatifs d'une pompe à vis. Cette pièce permet de relier le moteur et l'arbre d'entraînement. Elle permet de pomper le fluide à un débit constant. Un côté de la vis d'entraînement est relié au pignon de synchronisation tandis que l'autre côté est relié à l'arbre d'entraînement. La vis d'entraînement est entraînée par l'arbre du moteur principal. Sous l'effet de la force motrice, la vis d'entraînement fait tourner la vis entraînée. La vis motrice et la vis entraînée sont toutes deux en prise. La vis d'entraînement est fabriquée dans un matériau métallique très résistant, tel que l'acier à haute résistance. La fonction principale de la vis d'entraînement est de faire tourner la vis entraînée à l'aide d'un engrenage de synchronisation.
Vis d'entraînement
La vis entraînée est également fabriquée dans le même matériau résistant que la vis d'entraînement, par exemple de l'acier à haute résistance. Ce composant tourne le long de son axe en raison du mouvement accentué par l'engrenage de synchronisation. La vis entraînée et la vis d'entraînement tournent dans des directions opposées. La vis entraînée présente une zone de dégagement constante. Cette zone de dégagement permet de retenir le fluide dans l'espace restreint. Lorsque la vis entraînée et la vis d'entraînement se déplacent simultanément, le volume de fluide diminue et se déplace vers l'orifice de sortie. Grâce à ce mouvement, la pression du fluide augmente. Le fluide s'écoule alors par l'orifice de sortie.
Engrenage de synchronisation
Cet engrenage entraîne la vis entraînée. Ils fonctionnent de manière à empêcher tout contact métal contre métal entre les rotors mâle et femelle. Cela permet de relier la vis motrice et la vis entraînée. L'engrenage de synchronisation reçoit l'énergie de la vis d'entraînement qui est ensuite transmise à la vis entraînée. C'est ainsi qu'il entraîne la vis entraînée.
Orifices d'entrée et de sortie
Une pompe à vis comporte différents orifices d'entrée et de sortie. L'orifice d'entrée est utilisé pour aspirer le fluide dans la pompe. L'orifice de sortie est utilisé pour évacuer le fluide vers le système de tuyauterie. Les fabricants de pompes à vis fabriquent les pompes de manière à ce qu'il y ait suffisamment de fluide lorsque le pompage s'arrête. Cela permet de fournir le fluide initial à la pompe. Ainsi, même si le tube d'aspiration est sec ou vide, la pompe ne s'assèche pas en peu de temps.
Soupape de sécurité
Les pompes à vis font partie de la catégorie des pompes volumétriques. Ces pompes peuvent créer de la pression même si la sortie est fermée. Il en résulte une accumulation de pression qui peut endommager les pièces internes de la pompe ou blesser l'opérateur. C'est pourquoi les fabricants de pompes à vis conçoivent la pompe avec une soupape de décharge qui contribue à protéger l'opérateur, la pompe et les autres machines connectées. La soupape de décharge renvoie la pression supplémentaire à l'entrée. Une autre solution pour neutraliser la surpression consiste à faire recirculer le liquide de sortie.
Paliers
Lorsque la pompe à vis montée verticalement fonctionne, les roulements supérieurs subissent davantage de charges et de forces dans les directions axiale et radiale. Les roulements inférieurs sont donc très peu sollicités. Le palier inférieur est destiné à supporter les pièces d'alignement de la pompe. Pour les pompes à vis installées en parallèle, les paliers lisses et les roulements subissent des charges très faibles. Cela est dû au fait que les charges axiales et radiales résultantes sont opposées l'une à l'autre et qu'elles s'annulent.
Arbre d'entraînement
Il s'agit d'un arbre utilisé pour transmettre la puissance du moteur principal à l'ensemble de la pompe. Pour ce faire, on utilise des accouplements mécaniques appropriés afin d'assurer la résistance mécanique entre les arbres connectés. Dans la plupart des cas, l'arbre d'entraînement est le principal composant de la pompe, car il se déplace d'un côté à l'autre pour assurer le fonctionnement de la vis d'entraînement. Dans ce type de pompe, le palier de fixation de l'arbre d'entraînement est monté dans le sens axial. Il est donc très important d'aligner parfaitement l'arbre d'entraînement pour que la pompe ait une longue durée de vie.
Types de pompes à vis
Pompe à vis unique
Les pompes à vis unique fonctionnent selon le principe du déplacement positif. Cette pompe est composée d'un rotor à simple spirale et d'un stator à double spirale. Ces pompes sont réversibles. Lorsque le rotor de la pompe se déplace dans le stator, il forme des cavités. Ainsi, le fluide se déplace le long de la cavité générée grâce à l'action de déplacement positif, après quoi il est évacué de la pompe par l'orifice de refoulement. Ces pompes sont également appelées pompes à vis sans fin, pompes à cavité progressive ou pompes PC. Les pompes à vis unique conviennent au pompage de fluides nécessitant un débit régulier et non pulsatoire. Les pompes à vis unique sont surtout connues pour leur grande capacité d'aspiration. Elles sont utilisées dans plusieurs industries telles que les eaux usées, le pétrole et le gaz, le transport maritime, la peinture, les produits chimiques, le papier, la céramique, etc. Les pompes à vis unique peuvent fonctionner efficacement dans des milieux abrasifs ou non abrasifs, avec ou sans particules solides, tels que les boues, les eaux de cale, les eaux usées, etc. Les pompes à vis unique sont moins chères. Plus important encore, les pompes à vis unique ne se bouchent pas.
Figure : Pompe à vis unique.
Pompe à vis unique
Les pompes à vis unique fonctionnent selon le principe du déplacement positif. Cette pompe est composée d'un rotor à simple spirale et d'un stator à double spirale. Ces pompes sont réversibles. Lorsque le rotor de la pompe se déplace dans le stator, il forme des cavités. Ainsi, le fluide se déplace le long de la cavité générée grâce à l'action de déplacement positif, après quoi il est évacué de la pompe par l'orifice de refoulement. Ces pompes sont également appelées pompes à vis sans fin, pompes à cavité progressive ou pompes PC. Les pompes à vis unique conviennent au pompage de fluides nécessitant un débit régulier et non pulsatoire. Les pompes à vis unique sont surtout connues pour leur grande capacité d'aspiration. Elles sont utilisées dans plusieurs industries telles que les eaux usées, le pétrole et le gaz, le transport maritime, la peinture, les produits chimiques, le papier, la céramique, etc. Les pompes à vis unique peuvent fonctionner efficacement dans des milieux abrasifs ou non abrasifs, avec ou sans particules solides, tels que les boues, les eaux de cale, les eaux usées, etc. Les pompes à vis unique sont moins chères. Plus important encore, les pompes à vis unique ne se bouchent pas.
Figure : Pompe à vis excentrique.
Pompe à double vis
Une pompe à deux vis est également connue sous le nom de pompe à deux vis ou pompe à double vis. Ce nom s'explique par le fait que cette pompe possède deux vis. Une pompe à double vis est une pompe polyvalente destinée à des opérations lourdes telles que le transfert d'huile lourde. Les pompes à double vis sont auto-amorçantes. L'entraînement de ce type de pompe à vis est relié au moteur d'entraînement et contient un engrenage utilisé pour faire tourner la vis suivante. Les pompes à double vis sont utilisées dans différentes industries telles que l'alimentation, le transport maritime, l'énergie et la pétrochimie, entre autres. Cette pompe a de superbes performances grâce à ses propriétés telles que :
- Capacité à fonctionner à sec.
- Faible teneur en liquide.
- Il peut fonctionner à des vitesses variables.
- Il a besoin d'une faible hauteur d'aspiration positive nette.
- Il peut tolérer la contamination.
- Il peut traiter de grandes quantités de fluides et des fluides à haute viscosité.
- Il est très fiable.
Figure : Pompe à double vis.
Pompe à triple vis
Une pompe à trois vis est également connue sous le nom de pompe à trois vis. Comme son nom l'indique, cette pompe possède trois vis et un moteur d'entraînement qui est soit un moteur électrique, soit un moteur à combustion interne. Ce type de pompe à vis est l'une des pompes à vis les plus utilisées dans les applications de production d'énergie. Elle possède un seul rotor en acier trempé. Le rotor effectue la tâche de pompage avec deux rotors libres en fonte ou en acier trempé. Les rotors travaillent sur une fine pellicule de fluide dans la chemise de la pompe qui sert de grand palier lisse pour améliorer le support et protéger contre le contact métal contre métal. En outre, les pompes à triple vis sont dotées d'une ligne d'équilibrage interne qui permet d'équilibrer les rotors, ce qui annule les forces axiales et le besoin de paliers de butée. Cette pompe a besoin d'un seul palier pour positionner les rotors et d'un seul joint en fonction de la pression d'aspiration.
Figure : Pompe à trois vis.
Pompe à vide à vis
La pompe à vide à vis est un type de pompe à vis rotative utilisée pour créer un vide. La pompe à vide à vis se compose de deux rotors accouplés. Les deux rotors tournent dans des directions opposées. L'action de la rotation est responsable du déplacement des molécules d'air piégées le long des vis. L'air emprisonné se déplace le long de la vis et finit par être comprimé avant d'être évacué de l'autre côté. Ces pompes peuvent être sèches ou scellées à l'huile. Les pompes à vide à vis sèches n'ont pas besoin de lubrification/chambre à huile. Elles ne produisent pas d'émissions d'huile et sont refroidies par l'air. Les pompes à vide sèches peuvent créer un vide plus élevé que les pompes à vide scellées à l'huile. La pompe scellée à l'huile utilise de l'huile pour le refroidissement, l'étanchéité et la lubrification. La pompe à vis à vide scellée à l'huile convient aux applications grossières qui n'ont pas besoin d'un vide propre. Les applications de la pompe à vide à vis sont, entre autres, l'emballage, le travail du bois, le séchage et le nettoyage.
Figure : Pompe à vide à vis
Avantages de la pompe à vis
- Les fabricants de pompes à vis conçoivent les pompes de manière à ce qu'elles puissent fonctionner à sec.
- Les pompes à vis sont dotées d'une structure compacte qui renforce leur solidité.
- Les pompes à vis déplacent les fluides dans le sens axial sans provoquer de turbulences. Cela permet de réduire les bulles formées par les fluides visqueux.
- Les pompes à vis sont faciles à réparer et à entretenir.
- Les pompes à vis peuvent être utilisées pour tous les types de fluides.
- Ces pompes sont rarement bruyantes lorsqu'elles fonctionnent.
- Les pompes à vis transportent des fluides sans pulsation et à débit constant.
- Les pompes à vis sont auto-amorçantes.
- Leur construction est robuste, ce qui les rend résistants.
- Ils sont fiables car ils tombent rarement en panne en cours d'utilisation.
- Ils transportent des fluides à très grande vitesse.
- Les pompes à vis ont une grande tolérance aux vapeurs d'eau et aux particules de poussière.
- Les pompes à vis ont une rotation sans frottement.
- Ils sont réputés pour leur grande efficacité.
- Ils peuvent pomper des fluides très visqueux sans perte de débit.
Inconvénients de la pompe à vis
- L'installation de pompes à vis est assez coûteuse pour les petites industries.
- Il a besoin de l'aide d'un ballast pour transporter les gaz légers.
- Les performances des pompes à vis sont sensibles aux changements de viscosité.
- De longs éléments de pompage sont nécessaires pour le pompage à haute pression.
Application de la pompe à vis
- Les pompes à vis sont utilisées pour fournir de l'huile dans les machines hydrauliques et de lubrification.
- Les pompes à vis sont utilisées dans les secteurs du gaz et du pétrole, de la fabrication et de l'exploitation minière.
- Les pompes à vis sont utilisées dans les secteurs de l'alimentation, de la peinture, des produits chimiques, du papier et de la céramique.
- Les pompes à vis sont utilisées pour créer un vide dans différentes industries telles que l'alimentation, le papier et l'imprimerie, entre autres.
- Les pompes à vis sont utilisées pour pomper des fluides lourds et visqueux.
Dépannage des pompes à vis
Sens de rotation incorrect de la pompe à vis
- Cela peut être dû à une erreur de connexion des phases. Dans le cas d'un moteur triphasé, inverser les deux fils reliant les phases électriques.
Le débit de distribution est très faible
- Les vannes de la ligne de refoulement ne sont pas bien ouvertes. Ouvrez complètement les vannes et redémarrez la pompe.
- Des corps étrangers obstruent le filtre. Contrôler le filtre pour éliminer les corps étrangers. Contrôler l'installation.
- La valeur calibrée de la soupape de pression est trop basse. Dans ce cas, desserrez la vis de réglage jusqu'à ce qu'elle puisse tourner manuellement et redémarrez la pompe pendant quelques minutes sans pression. Ensuite, serrez la vis de réglage jusqu'au point où la valeur d'étalonnage est nécessaire.
La pression de la pompe à vis est trop faible
- Il y a une fuite dans la canalisation. Vérifiez que les tuyaux ne fuient pas.
- Pression de sortie très faible. Dans ce cas, remplacer la pompe par une autre pompe ayant un débit plus élevé.
- La valeur la plus élevée de la soupape de pression calibrée est très basse. Dans ce cas, desserrez la vis de réglage jusqu'à ce qu'elle puisse tourner manuellement et redémarrez la pompe pendant quelques minutes sans pression. Ensuite, serrez la vis de réglage jusqu'au point où la valeur d'étalonnage est nécessaire.
Démarrage difficile du moteur
- La pression requise par le système est trop élevée. Dans ce cas, vérifiez les exigences de l'installation en matière de pression.
- Relais d'étalonnage du moteur trop bas. Améliorer le seuil d'intervention du relais.
- Le moteur utilisé n'est pas adapté à la charge. Remplacer ce moteur par un autre moteur de puissance supérieure.
- L'huile utilisée est trop froide. Démarrer la pompe sans pression jusqu'à ce que l'huile atteigne sa température normale.
Résumé
Une pompe à vis est une pompe appartenant à la catégorie des pompes volumétriques. Elle fonctionne avec une ou plusieurs vis. Les pompes à vis fonctionnent en faisant tourner deux vis dans des directions opposées. Elle est alimentée par un moteur électrique ou un moteur à combustion interne. Une vis d'entraînement est utilisée pour transmettre l'énergie du moteur à la pompe. Lorsque les vis de la pompe tournent, un vide est créé à l'entrée de la pompe. Cette dépression permet au fluide d'être aspiré par la pompe via le clapet d'aspiration et de continuer à circuler dans la pompe jusqu'à la section de refoulement.
Il existe plusieurs types de pompes à vis, telles que la pompe à vis simple, la pompe à vis double, la pompe à vis excentrique, la pompe à vis triple et la pompe à vis à vide. Ces pompes possèdent de superbes caractéristiques qui les rendent aptes à être utilisées dans de nombreuses industries telles que le pétrole et le gaz, les produits chimiques, l'alimentation, la peinture, le papier, la céramique, entre autres. Les pompes à vis présentent plusieurs avantages par rapport aux autres pompes : elles sont faciles à entretenir, auto-amorçantes, fiables, de structure compacte, à haut rendement et à faibles pulsations. Cependant, les pompes à vis sont coûteuses lorsqu'elles sont installées dans de petites industries.