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Pompes à déplacement positif

Qu'est-ce qu'une pompe à déplacement positif ?


Les pompes à déplacement positif déplacent mécaniquement les volumes de fluide piégés dans le système. Du côté d'entrée (aspiration), le volume se dilate tandis que du côté sortie (refoulement), le volume se contracte. Le volume par tour est donc fixe et théoriquement constant quelle que soit la pression de sortie, le vide à l'entrée ou les propriétés du fluide. Les pompes à déplacement positif sont également auto-amorçantes, créant de forts vides à l'entrée. Cela peut simplifier la conception globale du système et permettre un entretien sans réamorçage manuel.

Le comportement des pompes à déplacement positif est très différent de celui des pompes centrifuges, qui s'appuient sur la dynamique du fluide accéléré pour délivrer le débit à pression et sont très sensibles aux variations de pression. Le graphique de droite compare une pompe à engrenages externes (pompe à déplacement positif commune) et une pompe centrifuge utilisant un moteur de même taille. Alors que les pompes centrifuges peuvent atteindre des débits considérablement plus élevés, elles sont extrêmement sensibles à la pression.

Pompe centrifuge vs. pompe à engrenages

L'indépendance du débit par rapport à la pression n'est que théorique. La flexion du matériau, les fuites internes (« coups »), l'usure et d'autres variables entraînent une légère dépendance à la pression. Le degré de dépendance de la pression dépend du type de pompe ainsi que de la précision des composants de la pompe. Lors du choix d'un type de pompe, il faut souvent faire un compromis entre la précision, la durée de vie et la réponse du système. Les aspects négatifs du compromis peuvent être minimisés en travaillant étroitement avec le concepteur de la pompe et en utilisant des composants de haute précision et de qualité.

Les pompes à déplacement positif peuvent être divisées en deux sous-catégories qui ont des caractéristiques et des applications très différentes.

  • Pompe alternative
  • Pompe rotative


Pompes alternatives à déplacement positif


Les pompes alternatives à déplacement positif fonctionnent par des mouvements linéaires répétés d'un mécanisme. Le mouvement est souvent appelé course, et la taille d'une pompe est souvent spécifiée comme le volume par course. Le profil de débit est pulsé en raison de la décharge d'une pompe à piston une fois par tour. En cas de mise en œuvre incorrecte, le débit pulsé peut provoquer des vibrations excessives et/ou endommager le système hydraulique, parfois appelées « coups de bélier ». Le débit pulsé provoque également des débits de pointe plus élevés que le débit moyen, ce qui exige une conception minutieuse du circuit hydraulique. Les pompes à piston sont idéales pour un dosage et un mesurage précis et reproductible des fluides. Les types de pompes alternatives les plus courants sont :

  • Pompe à membrane
  • Pompe à piston
  • Pompe à piston plongeur


Pompe à membrane

Une pompe à membrane utilise une membrane flexible (souvent appelée diaphragme) qui fléchit vers l'intérieur et vers l'extérieur. Le mouvement de la membrane modifie le volume interne de la pompe et, lorsqu'elle est couplée à des vannes, permet au fluide d'entrer et de sortir de la pompe. Les pompes à membrane sont idéales pour le vide, l'air et les fluides corrosifs basse pression.

Pompe à membrane

Pompe à piston

Dans une pompe à piston, le piston glisse dans un cylindre bien ajusté. Lorsque le piston se rétracte, le volume augmente. Généralement, une vanne sur l'entrée s'ouvre, permettant au fluide d'entrer dans la pompe au fur et à mesure que le volume augmente. Lorsque le piston s'inverse, le volume se contracte et une vanne sur la sortie s'ouvre, permettant au fluide de sortir de la pompe.

Pompe à piston

Pompe à piston sans soupape

Cette version spéciale de la pompe à piston est sans soupape et est parfois appelée pompe doseuse sans soupape. Les pompes ont un mouvement linéaire sinusoïdal couplé à une rotation de 360° du piston. Le piston a un plat à l'extrémité qui ouvre et ferme les orifices d'entrée et de sortie synchronisés avec le mouvement du piston. Ce type de pompe élimine le besoin en soupapes, qui peuvent s'user et coller, et simplifie grandement la conception globale.

Pompe à piston sans soupape

Pompe à piston plongeur

Une pompe à piston plongeur fonctionne presque de la même manière qu'une pompe à piston. La différence est que le piston se déplace à travers un joint d'étanchéité dans le volume de la pompe. Le volume déplacé du piston plongeur modifie le volume de liquide dans la pompe, ce qui entraîne une action de pompage.

Pompe à piston plongeur

Pompes rotatives à déplacement positif


Les pompes rotatives à déplacement positif utilisent une série de volumes rotatifs pour transférer les fluides plutôt que le mouvement linéaire des pompes à piston. Les éléments rotatifs sont étanches contre le corps de pompe ou contre d'autres éléments rotatifs. Généralement, il y a plusieurs volumes par tour, ce qui permet d'obtenir un débit beaucoup plus régulier que les pompes à piston. Cependant, les volumes ne sont généralement pas aussi précis que ceux des pompes à piston, ce qui les rend moins adaptées aux applications de dosage ou de distribution. Les types les plus courants de pompes rotatives à déplacement positif sont :

  • Pompes à engrenages externes
  • Pompe à engrenages internes
  • Pompes à palettes
  • Pompes péristaltiques
  • Pompes à lobes


Pompe à engrenages externes

Les pompes à engrenages externes sont le type de pompe à engrenages rotatifs le plus simple et le plus courant. Elles ont généralement deux engrenages sur des arbres séparés avec un arbre relié à un moteur. Le démêlage des engrenages crée un vide à l'entrée de la pompe. Lorsque les engrenages sont en rotation, du liquide est emprisonné entre les dents des engrenages et la paroi de la cavité du carter. Il est ensuite tourné vers la sortie et déchargé. Le fluide ne peut pas s'écouler vers l'arrière en direction de l'entrée à cause de la maille des engrenages et doit donc s'écouler vers l'extérieur de la sortie. Le fluide pompé lubrifie le treuil et les paliers lisses associés.

Pompe à engrenages externes

Pompe à engrenages internes

Les pompes à engrenages internes utilisent des engrenages de tailles différentes avec un nombre de dents différent, dont l'une a des dents internes. Les engrenages sont excentriques par rapport au corps de pompe, ce qui permet à un espace de s'ouvrir dans les mailles de l'engrenage pendant sa rotation. Les volumes sont séparés par un élément en forme de croissant qui fait office de joint. Après avoir passé le croissant, la maille commence à se fermer, déchargeant le volume vers la sortie. Les exigences de puissance plus élevées, la complexité accrue du croissant et la fabrication plus difficile des engrenages font des pompes à engrenages internes une catégorie quelque peu spécialisée.

Pompe à engrenages internes

Gerotor

Le Gerotor est un type spécial de pompe à engrenages internes sans l'utilisation de l'élément en croissant. Le rotor intérieur est généralement entraîné par un moteur. L'élimination du croissant simplifie la conception, mais exige une grande précision et de faibles dégagements. Le profil et le fonctionnement en douceur permettent l'utilisation de matériaux spécialisés qui ne sont pas possibles avec d'autres pompes à engrenages traditionnelles.

Pompe Gerotor

Pompe à palettes

Les pompes à palettes n'ont qu'un seul élément rotatif excentré par rapport à la cavité de la pompe. L'élément rotatif contient plusieurs ailettes qui peuvent glisser ou se déformer pour s'adapter au profil de la paroi de la cavité. Les ailettes forment un joint coulissant étanche contre la paroi de la cavité, emprisonnant le volume de fluide à l'entrée et le déchargeant à la sortie. Les pompes à palettes sont très insensibles aux variations de pression car les palettes sont en contact avec la paroi de la cavité. Cependant, le glissement entre les ailettes et le mur crée des problèmes de puissance, de bruit et de durée de vie.

Pompe à palettes

Pompe péristaltique

Parfois appelées pompes à rouleaux, les pompes péristaltiques déplacent le fluide en utilisant des rouleaux pour piéger le liquide dans un tube flexible et le déplacer de l'entrée vers la sortie. Cette conception permet un contact du fluide uniquement avec l'intérieur du tube. Cette caractéristique, associée à un tube facile à remplacer, rend les pompes péristaltiques idéales pour les applications à usage unique, comme le contact sanguin dans un appareil de dialyse. Cependant, le pressage fréquent du tube nécessite également un remplacement fréquent du tube, ce qui les rend gênantes pour de nombreuses applications. Les pompes péristaltiques ont un débit pulsé, un peu comme une pompe à piston.

Pompe péristaltique

Pompe à lobes

Une pompe à lobes est similaire à une pompe à engrenages externes mais a des éléments en forme de lobes au lieu d'engrenages. Les éléments en forme de lobes sont entraînés chacun par un moteur à engrenages temporisés. Ceci élimine le contact entre les deux lobes, ce qui réduit l'usure et minimise le cisaillement du fluide. Les pompes à lobes sont capables de manipuler des solides plus gros que les autres pompes à déplacement positif en raison du petit nombre de dents.

Pompe à lobes

Sélection de la pompe


Choisir le bon type de pompe pour un système hydraulique est la première étape vers la création d'un appareil fiable et efficace. Il est recommandé de travailler en étroite collaboration avec les ingénieurs concepteurs de la pompe pour s'assurer que la pompe optimale est choisie pour une longue durée de vie et la stabilité du système. Le choix du bon type et de la bonne qualité de pompe au début du processus de conception peut grandement simplifier le système dans son ensemble, en économisant temps, espace, argent et maux de tête.