Pompe à double vis

Pompe à double vis

Qu'est-ce qu'une pompe à double vis ?

Une pompe à double vis est un type de pompe volumétrique rotative. La pompe à double vis est également connue sous le nom de pompe à deux vis ou de pompe à double vis. Ce nom s'explique par le fait que les pompes ont deux vis. Dans une pompe à double vis, le fluide pompé entre dans la pompe par la soupape d'admission. Il s'écoule ensuite linéairement vers l'extrémité de sortie de la pompe le long de vis qui s'emboîtent les unes dans les autres. Un petit espace entre les vis et la cavité augmente la pression du fluide lorsqu'il s'écoule dans la pompe. La pompe à double vis est l'une des pompes les plus polyvalentes, couramment utilisée dans des applications lourdes telles que le traitement chimique, la production d'énergie, les raffineries, la production de pétrole et de gaz, les pipelines, etc. Ce type de pompe à vis est connu pour son faible nombre de pièces rotatives et donc ses faibles besoins de maintenance. Les pompes à double vis permettent d'acheminer efficacement un volume fixe de fluide dans différentes plages de volume, de pression et de viscosité. Ces pompes sont auto-amorçantes. Les pompes à double vis sont alimentées par un moteur d'entraînement qui est soit un moteur électrique, soit un moteur à combustion interne. 

Figure : Pompe à double vis.


Comment fonctionne une pompe à double vis ?

La pompe à double vis est constituée de deux vis parallèles. Les vis sont de forme hélicoïdale. Chaque vis forme un canal hélicoïdal qui est périodiquement obstrué par la deuxième vis. Cet agencement permet de créer de petits sas ou chambres remplis d'un mélange multiphasique. Lorsque les vis tournent, les chambres se déplacent continuellement le long des axes des vis, transférant le fluide du côté de l'entrée au côté de la sortie. Le débit d'une pompe à double vis est déterminé par le volume des chambres ainsi que par le pas et la taille des vis et la vitesse de rotation de la pompe. La pompe est alimentée par un moteur d'entraînement qui est soit un moteur électrique à induction, soit un moteur à combustion interne. La puissance du moteur principal est transmise à la pompe par l'intermédiaire de l'élément de l'arbre. Cet arbre est appelé arbre d'entraînement et est relié à la vis d'entraînement. L'autre arbre est entraîné par un engrenage de synchronisation. Cet engrenage transmet la puissance à la deuxième vis. Les pompes à double vis tournent à des vitesses comprises entre 1500 et 2400 tours/minute. 

Figure : Fonctionnement d'une pompe à double vis.


Composants d'une pompe à double vis

La pompe à double vis se compose de plusieurs éléments, dont la vis d'entraînement, la vis entraînée, l'arbre d'entraînement, les orifices d'aspiration et de refoulement, les paliers, les joints d'étanchéité rotatifs et fixes, la soupape de décharge et la roue dentée.

Components of twin screw pump

Figure : Composants d'une pompe à double vis.

Vis du conducteur 

C'est la partie d'une pompe à double vis utilisée pour aider la pompe à transférer un débit constant à tout moment de la rotation. Cette vis tourne en même temps que la vis entraînée avec un jeu étroit pour transférer le fluide vers l'avant le long de l'axe de rotation. Cette vis est une broche sur laquelle sont usinées des vis et qui est fabriquée dans un matériau résistant tel que l'acier à haute résistance à la traction. La vis d'entraînement est chargée de faire tourner la vis entraînée à l'aide d'un engrenage de synchronisation. La vis d'entraînement se déplace doucement le long du faible jeu avec la vis entraînée pour produire un faible effet de cisaillement. Cela permet également d'améliorer la durée de vie de la pompe en évitant des conditions telles que l'émulsification du fluide en cas d'eau contaminée ou l'impact négatif sur les autres machines connectées à la pompe. 

Vis d'entraînement 

La vis entraînée est fabriquée dans le même matériau résistant que la vis d'entraînement, par exemple de l'acier à haute résistance. Cette vis est alimentée par l'engrenage de synchronisation. Dans une pompe à double vis, la vis entraînée tourne dans le sens inverse de la vis d'entraînement. La vis d'entraînement a un jeu constant qui permet d'aspirer le fluide dans le jeu serré. Lorsque la vis entraînée et la vis motrice tournent ensemble, le volume du fluide diminue et il se déplace vers l'orifice de sortie. La pression du fluide augmente en raison de ce mouvement. Enfin, le fluide sort de la pompe par l'orifice de sortie. 

Engrenage de synchronisation 

Comme la vis d'entraînement et la vis entraînée fonctionnent avec un faible jeu, elles peuvent par hasard entrer en contact. Un simple contact peut facilement user le bord de la vis et réduire considérablement la pression de sortie. S'il n'est pas contrôlé, il peut facilement rendre la pompe à double vis beaucoup moins efficace et moins rentable, et faire en sorte que les vis se bloquent l'une l'autre. C'est pourquoi un engrenage de synchronisation est utilisé pour vérifier ces cas. L'engrenage de synchronisation est utilisé pour entraîner la vis entraînée de manière à ce qu'il n'y ait pas de contact métal sur métal entre la vis entraînée et la vis entraînante. Cet engrenage garantit également l'absence de contact métal-métal entre les vis si la pompe fonctionne à sec pendant un certain temps. 

Orifice d'aspiration et de refoulement

Les pompes à double vis ont différents orifices d'entrée et de sortie, le fluide pompé se déplaçant le long de l'axe de rotation de la vis jusqu'à l'orifice de refoulement. Les orifices d'entrée et de sortie sont conçus de manière à contenir suffisamment de liquide lorsque la pompe s'arrête. Cela permet d'introduire le fluide initial dans la pompe et d'empêcher la pompe de fonctionner à sec pendant une courte période, même lorsque le tuyau d'aspiration est sec ou vide. L'orifice d'aspiration obtient un vide partiel lorsqu'il y a une différence de pression entre l'orifice d'aspiration et l'orifice de refoulement de la pompe. Cela crée l'énergie nécessaire pour transférer le fluide dans diverses zones confinées du jeu de la vis. Lorsque l'orifice d'entrée subit un vide partiel, l'orifice de sortie subit une haute pression où la pompe essaie de pousser plus de fluide. 

Soupape de sécurité 

La pompe à double vis peut accumuler de la pression lorsque sa sortie est fermée. Cette pression peut endommager les pièces internes de la pompe ou même blesser l'opérateur de la pompe. C'est pourquoi les fabricants de pompes à double vis conçoivent la pompe avec une soupape de décharge. Cette soupape permet de protéger l'opérateur, la pompe et les autres machines connectées. Cette soupape sert à renvoyer l'excès de pression vers la section d'entrée. 

Paliers 

Dans une pompe à double vis montée verticalement, les roulements qui subissent les charges les plus élevées sont ceux du côté supérieur. Ces roulements subissent des forces radiales et axiales lorsque la pompe fonctionne. Les roulements du côté inférieur sont donc soumis à des charges très faibles. Les roulements inférieurs sont destinés à maintenir l'alignement des pièces dans la pompe. Pour les pompes à deux vis installées en parallèle, les paliers lisses et les roulements à rouleaux utilisés subissent des charges très faibles. Cela est dû au fait que les forces axiales et radiales exercées sur les roulements sont opposées et s'annulent donc. 

Arbre d'entraînement 

L'arbre d'entraînement de la pompe à double vis sert à relier l'arbre du moteur aux autres parties de la pompe. Cette liaison est assurée par l'utilisation d'un accouplement flexible. Dans les pompes à double vis, l'arbre d'entraînement est parfois utilisé comme une pièce maîtresse qui part de chaque côté pour assurer la rotation de la vis d'entraînement. Dans de telles conceptions, l'arbre d'entraînement utilise des roulements montés dans la direction axiale. L'alignement de l'arbre d'entraînement est donc très important, car un léger désalignement peut entraîner un dysfonctionnement de la pompe. 

Joint stationnaire et rotatif 

Les fabricants de pompes à double vis conçoivent les pompes avec des garnitures mécaniques pour assurer l'étanchéité de la surface entre le fluide de travail et le côté sec de la pompe. Cela permet de maintenir l'engrenage de distribution et les roulements séparés d'un côté de la pompe à double vis, tandis que l'accouplement de l'arbre et les roulements sont séparés de l'autre côté. D'autres pompes à double vis ont un presse-étoupe supplémentaire monté après la garniture mécanique pour améliorer l'étanchéité à l'aspiration. Il est recommandé de remplacer immédiatement une garniture mécanique qui présente une fuite de 6 à 8 gouttes en une heure par une neuve. En effet, si elle n'est pas contrôlée, la fuite augmente de plus en plus rapidement et risque d'endommager la pompe. 

Types de pompes à vis double

Les types de pompes à double vis sont définis par plusieurs facteurs tels que les fonctions, l'orientation, les conditions de fonctionnement, etc. Il existe ainsi plusieurs modèles de pompes à vis jumelées, décrits ci-dessous. 

Pompe horizontale à double vis 

Il s'agit de pompes à double vis utilisées lorsque le fluide à pomper est propre et possède des propriétés lubrifiantes. Ce type de pompe est constitué de roulements internes qui sont lubrifiés par le fluide pompé. Comme le nom "horizontal" l'indique, les orifices d'aspiration et de refoulement de ces pompes sont orientés horizontalement. Ces pompes peuvent être utilisées dans de nombreuses applications telles que l'élevage laitier, l'alimentation, les boissons, les cosmétiques, etc. 

Figure : Pompe à double vis horizontale.

Pompe verticale à double vis

Les pompes verticales à double vis sont surtout utilisées dans les endroits où l'espace est limité. Ces pompes sont dotées de roulements internes et externes. Ces pompes sont conçues pour fonctionner à des températures très élevées, de l'ordre de 350 oC avec ou sans chemise de vapeur. Ces pompes peuvent être utilisées dans de nombreuses applications telles que le pompage des eaux usées dans les stations d'épuration municipales.

Vertical twin screw pumps

Figure : Pompes verticales à double vis.

Pompe à vis jumelée à trémie 

Il s'agit d'un type de pompe à double vis avec trémie. Les fabricants de pompes à vis avec trémie conçoivent la pompe avec une trémie personnalisable. La trémie peut ainsi contenir les composants à transporter par la pompe. Cette pompe est utilisée pour transporter des produits très visqueux, des solides de grande taille qui doivent être déchiquetés et des produits à forte teneur en matière sèche.

Hopper twin screw pump

Figure : Pompe à double vis à trémie.

Avantages de la pompe à double vis

  • Les pompes à double vis pompent les fluides sans turbulence. Cela permet d'éradiquer les bulles produites lors du pompage de fluides visqueux. 
  • Les pompes à double vis peuvent fonctionner à sec. 
  • Les pompes à double vis ont peu de pièces mobiles, ce qui rend la maintenance facile et moins coûteuse. 
  • Leur structure compacte leur confère une grande solidité. 
  • Les pompes à double vis sont auto-amorçantes. 
  • Les pompes à double vis supportent très bien les vapeurs d'eau et les particules de poussière. 
  • Ils pompent des fluides avec de faibles pulsations. 
  • Les pompes à double vis peuvent pomper des fluides très visqueux sans perte de débit. 

Inconvénients de la pompe à vis double

  • Les pompes à double vis nécessitent plus de joints et un dégagement limité de l'arbre. 
  • Les arbres à double vis ont tendance à se déformer sous l'effet de fortes charges hydrauliques. 
  • Elles sont coûteuses par rapport à d'autres pompes telles que les pompes centrifuges. 

Applications de la pompe à vis double

  • Les pompes à double vis sont utilisées pour alimenter en huile les grandes machines hydrauliques. 
  • Ils sont utilisés dans les sites de production de gaz et de pétrole. 
  • Ils sont utilisés pour le pompage de fluides très visqueux et de fluides contenant des particules solides. 
  • Ils sont utilisés dans les secteurs de la chimie, de la céramique, de l'alimentation, de la peinture et du papier. 

Dépannage d'une pompe à double vis

La pompe à vis double ne débite pas de fluide 

  • Hauteur d'aspiration très élevée. Raccourcir les tuyaux d'aspiration ou réduire le nombre de raccords. 
  • Mauvais sens de rotation de la pompe. Modifier le sens de rotation pour qu'il soit celui indiqué par une flèche sur la pompe. 
  • Fuite d'air dans la pompe ou la conduite d'aspiration. Vérifier et localiser la fuite et y remédier. 
  • La conduite d'aspiration est obstruée. Éliminer les matériaux obstruant la conduite d'aspiration. 
  • Soupape de décharge mal réglée. Régler la soupape de décharge de manière à ce qu'elle s'ouvre au niveau de pression indiqué dans le manuel de la pompe ou sur la plaque signalétique. 

La pompe à double vis n'atteint pas le débit nominal 

  • La vitesse est très faible. Vérifier les vitesses du moteur et du réducteur sur la plaque signalétique et les modifier si nécessaire. 
  • Fuite dans la pompe ou dans la conduite d'aspiration. Vérifier la source de la fuite et la corriger en conséquence. 
  • Pertes élevées dans la conduite d'aspiration ou le clapet de pied. Réduire le nombre de raccords qui augmentent les pertes, réduire la longueur de la conduite d'aspiration. 
  • Pression de refoulement très élevée. Régler la pression de refoulement selon les spécifications recommandées. 
  • Le fluide n'est pas assez visqueux. Amener la viscosité au niveau requis, par exemple en modifiant la température du fluide. 
  • Pompe endommagée. Vérifier la pompe et remplacer les composants usés ou cassés si nécessaire. 

La pompe à vis double perd son aspiration quelques minutes après le début du pompage 

  • Il y a des poches de vapeur ou de l'air dans la conduite d'aspiration. Réorganiser les tuyaux pour éliminer les poches d'air. 
  • Fuite d'air dans la pompe ou la conduite d'aspiration. Trouvez la source de la fuite d'air et corrigez-la si nécessaire. Ces sources comprennent les garnitures de tige de soupape, les garnitures mécaniques simples et les joints de bride.

Les roulements sont devenus très chauds 

  • La pompe et le moteur ne sont pas bien alignés. Réalignez le moteur et la pompe. 
  • Roulements usés ou endommagés. Remplacer les roulements. 
  • Pression de refoulement trop élevée. Abaisser la pression de refoulement au niveau recommandé. 
  • Vitesse trop élevée. Réduire la vitesse de travail au niveau recommandé par le fabricant. 
  • La lubrification n'est pas suffisante. Vérifier et maintenir la lubrification à un niveau adéquat. 

La pompe à double vis est très bruyante et/ou vibrante 

  • La fondation n'est pas rigide. Vérifier les boulons de fixation et les serrer pour augmenter leur couple. Assurez-vous que la plaque de base est correctement mise à la terre, sans poches d'air ni vides.

Résumé

Une pompe à double vis est un type de pompe volumétrique rotative. Ce type de pompe fonctionne grâce à l'utilisation de la vis motrice et de la vis entraînée, ainsi que de l'engrenage de synchronisation. La pompe à double vis est alimentée par un moteur d'entraînement qui est un moteur électrique à induction ou un moteur à combustion interne. La puissance du moteur principal est transmise à la pompe par l'intermédiaire de l'arbre d'entraînement. L'arbre d'entraînement transmet la puissance à la vis d'entraînement par l'intermédiaire d'un accouplement. Lorsque la vis d'entraînement tourne, elle fait tourner la vis entraînée par l'intermédiaire de l'engrenage de synchronisation. Lorsque les vis tournent, un vide partiel est créé à l'entrée de la pompe, ce qui force la pression atmosphérique à faire entrer le fluide dans la pompe. La rotation des vis crée de petits sas ou chambres remplis de fluide. Les chambres de fluide se déplacent continuellement le long de l'axe de rotation des vis au fur et à mesure que celles-ci tournent. Le fluide se déplace continuellement jusqu'à ce qu'il sorte de la pompe à double vis par l'orifice de refoulement. Une pompe à double vis est une pompe polyvalente utilisée dans de nombreuses applications telles que la production de pétrole et de gaz, la lubrification des machines hydrauliques, les produits chimiques et les céramiques, ainsi que les industries du papier, de la peinture et de l'alimentation. 

Les pompes à double vis sont préférées dans de nombreuses industries en raison de leurs excellentes caractéristiques : elles peuvent fonctionner à sec, à vitesse variable, elles sont réversibles, elles ont besoin d'un faible NPSH, elles peuvent fonctionner avec des fluides abrasifs et elles peuvent traiter des fluides très visqueux. Cependant, les arbres des pompes à double vis ont tendance à se déformer sous l'effet de lourdes charges et sont coûteux à l'achat. Cependant, les inconvénients des pompes à double vis ne peuvent pas l'emporter sur leurs nombreux avantages.