Pompe à vis unique
Qu'est-ce qu'une pompe à vis unique ?
Une pompe à vis unique est également connue sous le nom de pompe à vis excentrée. Il s'agit d'un type de pompe volumétrique rotative. Les fabricants de pompes à vis unique les destinent au transport de boues et de liquides. Ces pompes peuvent également fonctionner avec des liquides multiphasés contenant des boues de gaz, ce qui est courant lors de l'extraction du pétrole brut. Une pompe à vis unique est conçue pour pouvoir pomper un liquide proportionnellement à sa vitesse, ce qui permet d'obtenir un taux de pompage linéaire prévisible dans toutes les plages de pression. La technologie employée par les fabricants de pompes à vis unique permet à ces pompes de fournir des pressions élevées d'environ 48 bars et un débit de 600m3 /h ainsi qu'un rendement élevé dans la gamme de 55% à 75%. Ces pompes sont particulièrement adaptées aux fluides très visqueux.
Figure : Pompe à vis unique.
Comment fonctionne une pompe à vis unique ?
La conception d'une pompe à vis unique comprend, entre autres, un moteur d'entraînement. Le moteur d'entraînement est la source d'énergie utilisée pour faire fonctionner la pompe. Il peut s'agir d'un moteur à combustion interne (IC) ou d'un moteur électrique à induction. La machine motrice est reliée à un réducteur. Le réducteur est destiné à réduire la vitesse de la machine motrice, car les pompes à vis unique fonctionnent à un faible nombre de tours par minute (RPM) par rapport à d'autres pompes comme les pompes centrifuges. La puissance est ensuite transmise par le réducteur à l'aide de l'arbre de sortie. Cet arbre est utilisé pour relier un rotor à l'aide d'un joint universel pour faire tourner le rotor dans un stator en caoutchouc. Le stator contient des cavités. Le rotor est utilisé pour pousser le liquide à travers les cavités pendant qu'il tourne. La capacité de la pompe à produire de la pression dépend du nombre de cavités. Les pompes à haute pression à vis unique sont souvent composées de plusieurs stators. Une pompe à vis unique fonctionne selon le principe du déplacement positif. Cette pompe possède une section d'entrée qui alimente le fluide dans un long corps. C'est dans le corps que sont montés le rotor et le stator. Lorsque le rotor commence à tourner, il crée des cavités. Ces cavités aspirent le fluide transporté et le font progresser avec le corps jusqu'à ce qu'il sorte par l'orifice de refoulement.
Fonctionnement d'une pompe à vis unique.
Types de pompes à vis unique
Les pompes à vis unique peuvent être classées en fonction de différents critères tels que la conception, l'application et l'orientation, entre autres. Compte tenu de ces facteurs, il existe plusieurs types de pompes à vis unique, comme suit.
Pompe à vis unique à trémie
Il s'agit d'une pompe à vis unique sur laquelle est montée une trémie. Ce type de pompe à vis unique est destiné au pompage de liquides très visqueux, de produits contenant beaucoup de matières sèches, de matériaux qui se plastifient et de solides de grande taille qui doivent être brisés. La trémie sert à alimenter le produit à transporter dans la pompe. Dans certains cas, la longueur de la trémie peut être adaptée à un plus grand nombre de matériaux ou de liquides en fonction des besoins de l'utilisateur.
Pompe à vis unique avec trémie
Pompe à vis unique de qualité alimentaire
Il s'agit d'un modèle de pompe à vis unique conçu pour améliorer le niveau d'hygiène. Les fabricants de pompes à vis unique conçoivent cette pompe avec les matériaux requis par la norme EHEDG ou 3A pour la rendre facile à nettoyer et améliorer ainsi l'hygiène. Ces modèles de pompes à vis unique pour applications alimentaires sont parfois montés sur des chariots pour faciliter leur déplacement.
Pompe à vis unique de qualité alimentaire (crédit : Nova rotors)
Pompe macératrice à vis unique
Il s'agit d'une pompe à vis unique dotée d'un puissant couteau utilisé pour déchiqueter et couper les particules solides avant qu'elles ne pénètrent dans l'élément de pompage. Ainsi, le fluide pompé peut être transporté efficacement sans provoquer de défaillance ou de blocage jusqu'à la destination prévue. Ce type de pompe à vis unique convient aux applications commerciales et domestiques telles que les eaux usées, où elle peut couper et déchiqueter les particules solides susceptibles d'obstruer la pompe. Elle peut également être utilisée pour déchiqueter les particules alimentaires qui sont pompées jusqu'à leur destination.
Figure : Pompe macératrice à vis unique (avec une trémie et un couteau).
Pompe à vis unique à immersion verticale
Il s'agit de pompes à vis unique destinées à être immergées dans un fluide, par exemple dans des réservoirs. Cela permet d'éliminer les problèmes liés à la hauteur d'aspiration positive nette (NPSH) puisqu'elles peuvent accepter une NPSH de 0,5m. Ces pompes conviennent donc aux applications à drain fermé ou ouvert.
Figure : Pompe à vis unique à immersion verticale (crédit : Nova rotors).
Pompe à vis unique de conception multiphasée
Il s'agit d'une pompe à vis unique conçue avec une plaque de base pour la surpression multiphase. Cette surpression multiphase aide l'opérateur de la pompe à sélectionner la pompe de manière à ce qu'elle puisse traiter différents fluides et solides tels que l'huile, l'eau, le sable et les boues de gaz par le biais d'un fonctionnement automatique à distance.
Applications des pompes à vis unique
- Les pompes à vis unique sont utilisées pour le dosage et la distribution.
- Ils sont utilisés pour le pompage des eaux usées, notamment dans les réseaux d'égouts municipaux.
- Les pompes à vis unique sont utilisées pour pomper des produits chimiques au cours du processus de fabrication.
- Les pompes à vis unique sont utilisées pour pomper l'huile et le pétrole pendant la production.
- Ils sont utilisés dans la transformation des aliments et des boissons.
- Ils sont utilisés dans la fabrication du papier et de la pâte à papier.
- Ils sont utilisés dans la fabrication du ciment.
- Ils sont utilisés pour pomper l'huile de lubrification.
- Les pompes à vis unique sont utilisées pour pomper les boues et le lisier.
Avantages des pompes à vis unique
- Les pompes à vis unique ont une faible pulsation de débit. Cela est dû au fait que ces pompes ont un faible régime, ce qui fait que le débit est pulsé lentement, produisant de faibles niveaux de hauteur d'accélération. Les pompes sont également équipées de stators et de rotors à pas long qui réduisent encore les pulsations.
- Les pompes à vis unique ont un faible cisaillement. Cela permet aux pompes de traiter tous les fluides difficiles tels que les aliments visqueux, les résines, les émulsions d'eau et les huiles sans modifier la consistance du fluide. Cela les rend également utiles pour la séparation de l'huile et de l'eau, car elles garantissent que les gouttelettes d'huile restent intactes.
- Les pompes à vis unique sont réversibles et la pression de sortie diminue. Ainsi, les tuyaux peuvent être dégagés ou, si la pompe est bloquée, elle peut être inversée pour éliminer les blocages. Cette caractéristique de réversibilité aide les pompes à vis unique dans des situations telles que le déchargement et le chargement de camions-citernes.
- Les pompes à vis unique peuvent traiter une large gamme de fluides. Elles peuvent pomper des liquides visqueux, des matériaux abrasifs, des solides de grande taille, des bouchons de gaz et des solides fibreux.
- Auto-amorçage. Les fabricants de pompes à vis unique les fabriquent avec des tolérances serrées qui leur permettent d'avoir des capacités d'aspiration élevées et de s'auto-amorcer à faible NPSH.
- Haute précision. La vitesse de ces pompes est proportionnelle au débit. Grâce à la conception de la cavité, il est très facile de prévoir l'ampleur du débit. Elles conviennent donc parfaitement aux applications de dosage et de mesure.
- Elles ont des débits élevés. Les pompes à vis unique peuvent atteindre un débit d'environ 600m3 /heure grâce à leur conception à déplacement positif.
- Capacités de haute pression. Les pompes à vis unique peuvent produire une pression élevée permettant de transporter des fluides sur des hauteurs importantes.
- Les pompes à vis unique fonctionnent silencieusement car elles présentent de faibles niveaux de vibration.
- Ces pompes peuvent être installées et utilisées verticalement.
Inconvénients des pompes à vis unique
- Les pompes à vis unique ont besoin d'un film fluide pour maintenir les surfaces de contact (de glissement) bien lubrifiées.
- Ces pompes se déplacent lentement par rapport aux autres pompes.
- Ces pompes ne peuvent pomper des fluides que sur de courtes distances.
- Les vis simples ont un taux de glissement élevé émanant des ajustements du stator et du rotor, ce qui réduit l'efficacité de la pompe.
- L'efficacité d'une pompe à vis unique peut être affectée lorsque la pompe fonctionne avec un fluide visqueux si le fluide ne s'écoule pas rapidement dans la pompe. Ainsi, les limites de vitesse pour des fluides donnés doivent être déterminées afin d'améliorer les performances de la pompe.
Facteurs à prendre en compte lors de l'achat d'une pompe à vis unique
Moyens de pompage
Comme pour les autres pompes, la sélection d'une pompe à vis unique doit se faire en tenant compte du produit à pomper. Dans ce cas, plusieurs caractéristiques du fluide doivent être analysées :
- Rapport solide/liquide. Il s'agit essentiellement du rapport entre les solides et le liquide dans le fluide. Le nombre de solides influe sur les caractéristiques de la boue.
- Nature du liquide à pomper. Le fluide à transporter peut être visqueux ou non, abrasif ou corrosif. Pour confirmer la nature du fluide afin de sélectionner la pompe à vis unique la mieux adaptée et la plus économique pour cette application.
- Caractéristiques des solides en suspension. Certains fluides peuvent contenir des particules solides de taille importante et de forme irrégulière. Ces particules peuvent être dures, rondes, molles, légères, denses, non pulpeuses, pulpeuses ou fibreuses. Il est donc très important de s'assurer que la pompe à vis unique choisie a une taille de cavité suffisante pour permettre le passage de particules solides de différentes tailles.
Température
Il est très important de déterminer d'abord les plages de température minimale et maximale du fluide à pomper. En effet, des températures très élevées peuvent endommager certains matériaux de la pompe, par exemple le stator qui est en caoutchouc. Un stator endommagé rendrait la pompe inopérante. De même, une température très basse peut affecter la viscosité du fluide, ce qui a une incidence sur les besoins en énergie et sur les caractéristiques de l'écoulement, telles que le débit.
Pression
Pour améliorer le bon fonctionnement de la pompe, il faut connaître la pression requise pour transférer le fluide dans les tuyaux. Cela affectera également la pression différentielle, c'est-à-dire la différence de pression entre les sections d'entrée et de sortie de la pompe. Une pompe est susceptible de patiner si elle fonctionne à une pression supérieure à celle qu'elle peut supporter. On parle de glissement de pompe lorsqu'une pompe à fluide perd sa capacité de pompage, le fluide commençant à retourner du côté du refoulement vers l'entrée. Si la pression requise est élevée, un stator ou un rotor supplémentaire peut être ajouté. La pression influe également sur l'usure de la pompe en ce sens qu'une pression différentielle élevée entraîne une usure abrasive importante.
Viscosité
La viscosité du fluide pompé affecte la température de travail. Dans certains cas, certains fluides sont très visqueux et sont donc chauffés pour réduire leur viscosité. La viscosité diminue avec l'augmentation de la température et inversement.
Abrasion
L'abrasion est l'une des principales raisons pour lesquelles votre pompe à vis unique peut tomber en panne. Les caractéristiques de l'usure par abrasion dépendent de la nature des particules solides à pomper. Il existe différents types d'abrasifs qui peuvent vous aider à sélectionner la bonne pompe à vis unique. Il s'agit des types suivants :
- Abrasifs légers. Il s'agit de particules solides dans un fluide tel qu'une fente, de la terre ou de la saleté.
- Sans abrasifs. Il s'agit d'un cas où le fluide pompé ne contient pas de particules solides, comme l'eau claire, l'essence, l'huile de graissage et l'essence.
- Abrasifs moyens. Le fluide pompé contient des solides tels que des boues d'argile, de la poussière de bois, des boues, des frittes et de l'émail de porcelaine.
- Abrasifs lourds. Il s'agit de particules solides chargées de sable, de poussière d'émeri, de composés de rodage, de calamine, de coulis et de gypse de toiture.
Installation et considérations environnementales
Les pompes à vis unique sont utilisées dans un large éventail de conditions environnementales. Il est donc important de tenir compte de l'environnement et de l'installation de la pompe. Cela inclut des considérations telles que l'environnement dangereux et d'autres facteurs tels que la portabilité, le débit réversible et les conditions d'immersion, entre autres. L'espace requis et l'orientation de l'installation sont également importants à prendre en compte.
Dépannage d'une pompe à vis unique
La pompe ne démarre pas
- Il y a de l'adhérence sur le rotor et le stator. Lubrifier le stator et le rotor avec de l'huile inerte ou de la glycérine.
- Pression de sortie excessive. Augmenter la taille du moteur ou de la pompe. Modifier la configuration de la tuyauterie ou du système pour réduire la pression de sortie.
- Enlever les solides dans les orifices d'inspection. Si le problème persiste, démontez votre pompe pour pouvoir la nettoyer facilement.
- Température du fluide. Vérifier la température du fluide pour s'assurer qu'elle est conforme aux exigences du fabricant.
- Grosses particules solides. Installer un filtre du côté de l'aspiration ou réduire la vitesse de la pompe.
- Cristallisation/sédimentation. Rincer la pompe ou la démonter pour qu'elle puisse être nettoyée correctement.
- Fluide gelé. Installez un système de chauffage par traçage ou protégez la pompe des éléments et vidangez-la lorsqu'elle n'est pas utilisée.
- Le stator n'est pas compatible avec le fluide. Vérifier la compatibilité chimique entre le stator et le fluide.
- Vitesse incorrecte de la pompe. Vérifier la vitesse de la pompe. S'assurer que le régime, la tension, la fréquence et la puissance absorbée correspondent aux zones requises.
- Viscosité trop élevée. Vérifier les spécifications du fabricant de la pompe.
Débit incorrect
- Pression de sortie excessive. Augmenter la taille du moteur ou de la pompe. Modifier la configuration de la tuyauterie ou du système pour réduire la pression de sortie.
- Entrée d'air par la tuyauterie d'entrée ou le joint. Remplacer le joint et serrer les boulons du joint.
- Retirer les solides de l'orifice d'inspection. Démonter la pompe pour un nettoyage efficace.
- Stator usé. Remplacer le stator.
- Rotor usé. Remplacer le rotor.
- Transmission défectueuse ou cassée. Réparer la transmission cassée ou défectueuse.
Débit irrégulier
- Pression excessive à la sortie. Utiliser un moteur ou une pompe plus puissant(e). Modifier la tuyauterie ou la configuration du système.
- Vitesse d'aspiration trop élevée. Vérifier le filtre d'entrée, la pression d'entrée et l'ouverture complète de la conduite d'aspiration.
Vibrations excessives de la pompe
- Roulements usés. Remplacer les roulements.
- Grande taille des solides. Installer un filtre à l'entrée ou réduire la vitesse de la pompe.
Résumé
Les pompes à vis unique, également connues sous le nom de pompes à cavité progressive, sont des pompes volumétriques rotatives. Cette pompe fonctionne grâce à la puissance d'un moteur électrique ou d'un moteur à combustion interne. Le moteur principal transmet sa puissance au réducteur par l'intermédiaire d'un arbre. Le réducteur réduit la vitesse car les pompes à vis unique fonctionnent à bas régime. La puissance du réducteur est ensuite transmise à un rotor et à un stator. Lorsque le rotor tourne, il pousse le fluide à travers les cavités du stator.
Les pompes à vis unique sont utilisées dans de nombreuses industries, notamment celles du papier et de la pâte à papier, du ciment et de l'argile, de la construction navale, de l'agriculture, de la pétrochimie et du traitement des eaux usées. Les pompes à vis unique sont utilisées dans de nombreuses industries en raison de leurs excellentes propriétés, telles que la production d'un débit constant et non pulsé, la réversibilité, le faible niveau de bruit, la capacité à traiter des fluides très visqueux, etc.
Il existe plusieurs types de pompes à vis unique qui sont nommées en fonction de leurs fonctions, telles que la pompe à vis unique de qualité alimentaire, la pompe à vis unique à macération, la pompe à vis unique à immersion verticale et la pompe à vis unique multiphase. Avant d'acheter une pompe à vis unique, il faut tenir compte de facteurs techniques tels que le type de produit à pomper, la température, la viscosité, la pression, l'abrasion, les conditions environnementales et les conditions d'installation.