Pompe à vide sèche sans étanchéité d’arbre
Les inconvénients des pompes à vide
traditionnelles peuvent être évités
Les pompes à vide sont utilisées pour de nombreuses applications dans l’industrie chimique. La distillation, la filtration, le dégazage, l’extraction, et le séchage en sont des exemples typiques. Les pompes à vide traditionnelles ont dans la plupart des cas besoin d’un liquide pour fonctionner, comme par exemple de l’huile de lubrification, un liquide d’étanchéité, de la vapeur ou de l’eau. Lorsque ces fluides entrent en contact avec le process, ils sont pollués ou sont consommés. Leur traitement provoque des coûts et leur évacuation a un impact sur l’environnement. Ces inconvénients peuvent être évités comme nous le démontre l ‘exemple suivant.
Suite à la globalisation des marchés et de la concurrence, on utilise de plus en plus des pompes à vide sèches pour des raisons écologiques. Elles travaillent efficacement sans liquide de fonctionnement et ont fait leurs preuves dans la pratique. Les garnitures d’étanchéité sont le point sensible de chaque pompe. Cela devient un point critique lorsque la pompe aspire des gaz toxiques, facilement inflammables, explosifs ou malodorants. Les garnitures d’étanchéité sont naturellement sujettés à usure et doivent être remplacées à intervalles déterminés. C’est pourquoi le personnel d’entretien ne les apprécie guère d’autant plus que leur remplacement s’effectue d’habitude pendant le weekend afin d’éviter un arrêt durant la semaine. La direction de l’usine n’y est d’ailleurs pas insensible.
Le coût total de ce remplacement est fort onéreux puisqu’il faut ajouter le prix des pièces de rechange à celui de la main d’oeuvres. Sterling Sihi a grâce à sa longue expérience dans la fabrication des pompes, mis sur le marché, en juin 97, une pompe sèche qui fonctionnen sans étanchéité d’arbre. Cette conception totalement innovatrice est la conséquence d’une longue expérience dans la construction des pompes à vide et d’une collaboration étroite avec l’industrie.
Principe de la compression à deux arbres
Les pompes à vide sèches fonctionnent, à quelques exceptions près, suivant le principe dit de la compression à deux arbres. Sa forme la plus simple, la pompe «roots» existe déjà depuis de nombreuses années. Les dernières évolutions, comme par exemple les pompes à griffes et à vis se distinguent entre elles uniquement sur un plan mécanique, c’est à dire par la forme des rotors. Pour les pompes à griffes, ils auront la forme de vis. Le point commun de toutes ces machines est la disposition des deux arbres sur lesquels les rotors sont montés et qui ainsi travaillent sans contact. La rotation synchronisée est obtenue par un système externe de synchronisation. D’habitude, chaque extrémité d’arbre est munie d’un roulement et d’une étanchéité à la sortie du corps de pompe. Toute pompe a donc besoin de 4 garnitures mécaniques d’étanchéité d’arbre. Les garnitures du côté de l’aspiration sont particulièrement sollicitées puisqu’elles sont soumises au vide.
Synchronisation électronique
La pompe à vide Sihidry est à l’opposé de cette construction classique: les deux arbres sont entraînés par leur propre moteur et la synchronisation de fonctionnement est obtenue de manière électronique via un variateur de fréquence. Cette technique, connue dans l’imprimerie depuis de nombreuses années, est appliquée pour la première fois dans le domaine de pompes. Toutes les garnitures d’étanchéité disparaissent. Les moteurs sont intégrés au corps de pompe. Un gaz de barrage empêche l’introduction de gaz du processus dans la chambre des moteurs. Des bagues labyrinthe réduisent la consommation de gaz de barrage. Les arbres comportent deux roulements. Aux extrémités d’arbre, sont montés d’un côté le rotor du moteur et de l’autre côté la vis. Les roues dentées ne servent qu’à la synchronisation et uniquement lorsque la pompe doit être arrêtée sans contrôle. Elles ne sont pas lubrifiées et ne se touchent pas lors du fonctionnement normal.
Qualités particulières
Grâce au principe de construction retenu, on obtient une série de propriétés de la pompe qui sont d’une importance décisive en pratique.
Protection contre l’explosion: L’alimentation de gaz de barrage pour des zones explosives est réglé par un organe de commande agréé PTB. On obtient ainsi le degré de protection Eexp. Le corps de pompe est contrôlé avec une surpression de 15 bar. Les nombreuses possibilités de refroidissement (e.g. le refroidissement du corps de pompe, le refroidissement interne de la vis, le refroidissement interne du gaz, le refroidissement de la chambre du moteur) permettent de maintenir les températures en dessous de 135°C, ce qui correspond à la classe de température T4.
Le pompage de fluides sensibles à la températur: La possibilité de limiter efficacement la température est bien entendu d’une importance primordiale pour les gaz sensibles à la température. La polymérisation ou le cracking du gaz aspiré ainsi que les problèmes de dépôt qui en découlent peuvent être évités. De la même manière, on peut atteindre un niveau de température. Cela peut être nécessaire pour éviter la condensation et ses conséquences comme par exemple la corrosion.
Pompe hermétique: il a déjà été signalé que la pompe ne comporte pas de sortie d’arbre vers l’extérieur; elle est fermée hermétiquement et donc particulièrement adaptée pour les fluides inflammables, explosifs, toxiques ou malodorants.
Sécurité de fonctionnement aussi à hautes températures
Une série de facteurs garantissent à cette pompe une grande sécurité de fonctionnement. L’un d’eux est la bonne maîtrise et le contrôle des températures. Etant donné qu’il n’y a pas dans les pompes à vide sèches de liquide de refroidissement ou de lubrification pour l’évacuation de la chaleur de compression, cela peut provoquer localement des températures de travail trop importantes. La dilatation provoquée par la chaleur peut provoquer un contact entre pièces métalliques et des problèmes de fonctionnement. La limitation de température assure la sécurité de fonctionnement. Un deuxième facteur est le jeu important entre la vis et le corps de pompe. La combinaison des vis avec un grand nombre d’étages avec des vitesses de rotation élevées permet de contrôler les pertes par recirculation interne tout en utilisant des jeux importants. Le réglage de la vitesse des moteurs a une grande importance dans cette conception, de telle sorte qu’il est possible de la régler jusqu’à 8000 t/m. D’une manière simplifié, les vis fonctionnent comme des bagues à labyrinthe. Le rapport entre le débit interne de fuite et le débit aspiré devient plus petit et même négligeable à mesure que la vitesse diminue. C’est pourquoi le risque de pannes par l’aspiration de particules solides est fortement réduit. La pompe a été essayée en phase de test avec du sable et ce, avec succès. La construction simple de la pompe garantit dès lors une haute sécurité de fonctionnement. Le moteur et la vis sur un arbre commun, le fonctionnement sans contrat des vis, pas d’étanchéité d’arbre: on ne pouvait pas concevoir une pompe à vide plus simple et plus sûre.
Le pompage de liquide: La pompe est fournie soit en exécution polytropique. Une pompe à vide de conception isochore ne produit pas de compression interne. De ce fait, elle peut pomper des liquides sans problèmes jusqu’à la charge maximale des composants électriques. En cas d’urgence de surcharge, il se produit une adaptation de la vitesse. La version polytropique, en fonction de sa géométrie interne, pour pomper un volume de liquide égal à environ 50% du volume du gaz aspiré. Dans les deux cas, la pompe n’est pas affectée par l’introduction de liquides.
Régulation et programmation: La régulation électrique de la vitesse de rotation offre de multiples possibilités de conduite de process et de surveillance. Le réglage par un by-pass est inutile. La vitesse est adaptée afin de maintenir une pression d’aspiration constante. Si cela est nécessaire pour l’optimalisation d’un process le profil de la pression peut être préprogrammé. Grâce à des capteurs de vibrations les roulements peuvent être surveillés comme les autres données du process : la première ayant une capacité d’aspiration jusqu’à 250 m³/h et une pression finale de 0,1 mbar, la deuxième jusqu’à 780 m³/h et 0,01 mbar. Le niveau de pression de pression sonore est inférieur à 75 dBA. Le corps est en fonte nodulaire et les vis sont en acier inoxydable.
André Stevens
