Pièces de Rechange
Pour Pompes à Vis Excentrée

La pompes à queue de cochon a reçu son nom de par la forme de son rotor, en forme de queue de cochon.
Elles sont toutefois plus souvent nommées
Pompes à Vis Excentrée,
Pompes à Cavité Progressive, ou encore
Pompes Moineau, du nom de l’inventeur de ce type de pompes.

La pompe PCP est une pompe à cavité progressive. Ce nom explique son fonctionnement.

Il y a entre le stator et le rotor un espace libre (cavité) qui, lors de la rotation du rotor, va se propager de l’aspiration de la pompe à son refoulement.
La cavité va se déplacer en s’enroulant autour du rotor et avancer progressivement vers la sortie.
Cette cavité contient le fluide pompé.

Lorsque le stator s’use, le rotor est moins serré dans le stator.
Lorsque le fluide arrive à la sortie de la pompe, il doit vaincre la pression de refoulement du circuit.
Le fluide va donc chercher le chemin de moindre résistance.
 
Si la moindre résistance est le joint entre le stator et le rotor, une partie du fluide va fuir vers la cavité précédente.
Plus l’usure du stator est importante, plus cette fuite sera importante.
Cette fuite est la cause de la diminution du débit de la pompe.

La pompe est toujours une pompe volumétrique, son volume n’a pas changé mais une partie du débit a « fuité » vers l’intérieur de la pompe.

Le choix du matériau dépend essentiellement de 2 facteurs, la compatibilité chimique et la tenue à l’abrasion.

• Compatibilité chimique : Si l’on travaille avec des produits agressifs chimiquement,
  il conviendra de travailler avec de l’inox dont le type dépendra du fluide à pomper – Inox 304, Inox 316 ou Duplex.
  Les applications alimentaires requièrent l’usage de l’inox.

 

• Tenue à l’abrasion : Il existe 2 manières d’améliorer la tenue à l’abrasion,
  soit travailler avec un matériau plus dur tel que l’acier outil trempé (1.2436),
  soit en ajoutant une couche de chrome sur le rotor.
  La couche de chrome peut se rajouter sur n’importe quel acier. Il y a un risque à la placer sur un rotor qui n’est pas en Inox.
  Car, lorsque la couche de chrome est attaquée mécaniquement à un endroit particulier,
  l’acier peut se corroder.
  La corrosion pourra alors se propager sous le chrome et l’enlever par plaques au fil du temps.
  Avec pour conséquence que cela endommagera beaucoup plus rapidement le stator.

Pour augmenter la pression admissible de sortie, il convient de sélectionner une pompe à vis excentrée avec plus d’étages.

En pratique : cela veut dire que le nombre de cavités successives dans la pompe augmente.
Cela augmente le nombre de lignes de joint entre le stator et le rotor et donc entre l’entrée et le refoulement de la pompe.

En augmentant le nombre de lignes de joint on diminue le débit de fuite de la pompe à une pression donnée.
Cela permet de pomper à des pressions plus élevée tout en gardant le débit de fuite sous contrôle.

Lorsque le fluide arrive à la sortie de la pompe, il doit vaincre la pression de refoulement du circuit.
Le fluide va donc chercher le chemin de moindre résistance.
Si la moindre résistance est le joint entre le stator et le rotor, une partie du fluide va fuir vers la cavité précédente.

Plus l’usure la pression de refoulement est importante, plus cette fuite sera importante.
Cette fuite est la cause de la diminution du débit de la pompe.

Au-delà d’un seuil de pression, la totalité du fluide fuit entre le stator et le rotor et le débit de sortie est nul.

Oui, la pompe PCP est utilisable pour du dosage, étant une pompe volumétrique.

Il suffit de compter le nombre de tours pour connaître précisément le volume délivré (attention à l’influence de la pression).
C’est en plus une remarquable pompe de dosage car son débit est constant et ne présente pas de pulsation, contrairement aux pompes à membrane ou à piston.

De plus, comme la pompe est étanche, elle peut aussi servir de vanne d’arrêt.
On peut donc très facilement obtenir un dosage relativement précis, sans pulsations et sans besoin d’ajouter une vanne uniquement en contrôlant la rotation du moteur.

En augmentant la vitesse, vous pouvez augmenter le débit d’une pompe PCP.
La pompe PCP étant volumétrique, elle a une capacité donnée qui est liée à sa géométrie.
A chaque tour de rotor correspond un volume déplacé. Donc la courbe de débit est en fait une droite directement proportionnelle à la vitesse de rotation.

Attention cependant, lorsque la pression de refoulement augmente ou lorsque le stator est usé,
le débit de fuite dans la pompe augmente et le débit total est plus faible que le débit théorique.

Dans la grande majorité des cas, la destruction rapide du stator est liée à un fonctionnement à sec de la pompe.
C’est à dire qu’il n’y avait pas de fluide circulant dans la pompe.

Il faut savoir que dans une pompe à vis excentrée, le stator frotte continuellement sur le rotor.
C’est un contact élastomère (caoutchouc) contre métal.
Si le contact est direct, sans fluide pour lubrifier le contact le frottement est important et la température du stator et du rotor augmente rapidement.

Aucun élastomère ne résiste à des températures élevées (voir quelle température pour quel élastomère ?).
Au delà de sa température limite le stator est mécaniquement endommagé.
Il n’y a plus d’étanchéité dans les cavités et la pompe ne pompe plus.

Les autres cas plus rares de destruction rapide sont l’attaque chimique ou mécanique de la pompe.
Si le fluide pompé a soudainement changé de composition, ou qu’un nouveau fluide est pompé, une usure rapide peut survenir.

Par exemple : la présence de sable dans des eaux de traitement ou un nouveau produit de nettoyage des conduites alimentaires sont des cas typiques.

Oui et non.
Comme les cavités entre le rotor et le stator sont étanches la pompe va pouvoir vider l’air d’une canalisation d’aspiration.
Elle est donc auto-amorçante.
 
Mais la pompe à vis excentrée (PCP) déteste la marche à sec.
Elle a pour résultat de détériorer très rapidement le stator.
L’amorçage à sec d’une pompe à vis excentrée se fait au prix de la détérioration du stator de la pompe.

Cependant si vous pompez habituellement des huiles ou du fuel et que le stator reste gras entre les opérations,
la pompe PCP sera auto-amorçante de manière durable.

Une pompe PCP est réversible, mais elle a une direction de fonctionnement privilégiée :
le refoulement par l’extrémité libre du rotor (le côté opposé au moteur).

En faisant tourner le moteur dans l’autre sens, la pompe va aspirer par l’extrémité et refouler par le corps de pompe.
Mais ce sens est à réserver à des applications avec une faible pression de refoulement.

En effet, dans cette configuration, la pression de refoulement s’applique sur l’étanchéité de la pompe (tresses ou garniture mécanique).

Elle est donc soumise à des contraintes plus importantes et cela diminue sa durée de vie.

Le choix du matériau élastomère dépend d’une combinaison de facteurs propres à l’application

• La température du fluide transporté :
  entre 0 et 60°C, tous les polymères proposés fonctionnent bien.

 

• Compatibilité alimentaire :
  Il existe un grand nombre de caoutchouc compatibles avec les normes alimentaires, à savoir le NBR, l’EPDM et certains Viton®.
  Ils peuvent d’ailleurs exister en noir ou en blanc.

 

• La compatibilité chimique :
  elle doit souvent être vérifié au cas par cas.

 

• Pour les applications peu agressives (biogaz, traitement des eaux, produits alimentaires…), le Nitrile est le matériau de référence utilisé pour les stators, il couvre à lui tout seul 80% du marché.

 

• Pour les applications basses températures (en dessous de 0°C) ou des acides et bases légères, l’EPDM sera en général un bon choix. Il est par contre totalement proscrit en présence d’huiles minérales.

 

• Pour les applications chimiques agressives ou à haute température, dans la plupart des cas le Viton sera apprécié pour sa tenue. Mais il a ses limites, comme une faible résistance à la vapeur d’eau et à la soude caustique (NaOH).

 

• Les propriétés physiques du matériau et du fluide :
  par exemple, la tenue à l’abrasion, où le Viton sera assez mauvais, le NBR est en général un bon compromis, et pour les cas extrêmes, le polybutadiène (Buna CD) est recommandé. 

Dans tous les cas, une analyse s’impose et nous sommes disposés à vous aider à ce sujet.

La pression de sortie maximale va dépendre du nombre d’étages de la pompe.

Chez la majorité des constructeurs, un étage de pompe correspond à 5 à 6 bar de pression maximale.
Une pompe de deux étages peut donc atteindre 10 à 12 bars.
 
Ce sont cependant des valeurs théoriques, mesurées avec de l’eau et un stator neuf.
Lorsque la pompe n’atteint plus le pression requise par le réseau,
c’est en général, le signe que le stator est usé.

Notez cependant que les stators à épaisseur constante permettent d’atteindre des pressions proches de 12 bars par étage.

En général, il n’est pas nécessaire de changer le rotor à chaque fois que l’on remplace le stator.

À l’exception d’applications avec des fluides très abrasifs, un rotor doit être remplacé,
typiquement après 3 ou 4 remplacements de stators.

Il convient toutefois de changer le rotor s’il présente des marques profondes
ou si sa section n’est plus circulaire.
Dans ces cas, son usure diminuera la performance de la pompe
et risquerait d’endommager prématurément le stator.

Le stator d’une pompe PCP peut s’user trop vite essentiellement à cause de 2 causes fréquentes :
la vitesse de rotation et le type de fluide pompé.

Plus on va pomper vite un fluide abrasif, plus vite le stator va s’user.
En fonction du matériau que l’on pompe, il convient de trouver la vitesse maximum adaptée au fluide pompé.

L’usure du stator d’une pompe PCP n’est pas linéaire.
Elle s’accentue fortement avec la vitesse de rotation.
Une relativement faible augmentation de la vitesse de rotation peut diminuer fortement la durée de vie du stator.

Pour chaque produit pompé, il faut estimer la vitesse adaptée.
N’hésitez pas à prendre contact avec nous.
Nous pouvons vous aider dans les cas les plus difficiles.

A titre d’exemple, 180 tours/minute est une vitesse maximum pour des fluides boueux ou abrasifs.

Il est parfois moins couteux d’acquérir une pompe d’un plus gros calibre, qui tournera moins vite.
La différence entre le prix d’achat sera rapidement récupérée sur l’achat des multiples stators et les interruptions de production.

Bien comprendre le NPSH est impératif pour choisir une pompe.

Le NPSH est l’abréviation de Net Positive Suction Head.
En d’autres mots, c’est la hauteur d’eau requise (ou la pression) par la pompe
pour ne pas se mettre en cavitation (implosion de bulles de vapeur).

Pour qu’une pompe fonctionne correctement, elle doit disposer à son entrée d’une certaine pression,
d’ailleurs fonction du modèle de pompe.
Cette pression minimum requise est le NPSH dis requis ou NPSHr.
 
Pour connaître le NPSHr d’une pompe, il suffit de se reporter aux courbes de la pompe.
Notez bien que le NPSHr varie en fonction du débit.
Vérifiez bien le point d’utilisation de votre pompe, et prévoyez une marge de sécurité.

Le système de tuyauterie qui alimente la pompe offre quant à lui, un NPSH disponible ou NPSHd.
Il doit être supérieur dans l’ensemble de la zone d’utilisation de la pompe, au NPSHr.
 
Une bonne approche est de s’assurer d’une réserve de minimum 10% entre le NPSHr et le NPSHd,
avec un minimum de 1 mètre.

Pour calculer le NPSHd, il faut tenir compte de la pression atmosphérique (qui varie en fonction de l’altitude),
de la densité du fluide pompé, de la perte de charge au débit maximum prévu
dans les tuyaux d’alimentation de la pompe depuis le tank de stockage,
ainsi que la pression de vapeur.

Le bon fonctionnement d’une installation de pompage requiert un calcul précis.
N’hésitez pas à vous faire conseiller avant de faire votre choix.

Plus sur le NPSH sur Wikipedia

Il n’y a pas de pression à la sortie de la pompe, car la pompe ne produit pas de la pression mais plutôt du débit.
Elle lutte contre la perte de charge et la contre-pression du circuit en aval.

Si la pompe était raccordée à un robinet complètement ouvert, la pression à la sortie de la pompe serait nulle.
Si le robinet était fermé, la pression monterait à la valeur maximale que la pompe peut délivrer.

A titre d’exemple, si la pression au niveau d’un injecteur était trop faible,
c’est sans doute parce que l’injecteur est trop gros, autorise un trop grand débit ou qu’il y a trop d’injecteurs.
Il n’y a donc pas assez de perte de charge dans le circuit, et donc la pression ne monte pas.

Sur une pompe fermée, le rapport entre la longueur du stator et son diamètre donne une bonne indication :
s’il est entre 2 et 2,5, il s’agira probablement d’une pompe à vis excentrée à un étage.
Si le rapport se situe entre 3,5 et 5, il s’agira probablement d’une pompe à 2 étages.

Il existe toutefois quelques exceptions, par exemple dans les cas des pompes à vis excentrée de dosage ou
dans le cas d’une pompe à vis excentrée à un étage allongé.
Dans ce cas, il n’y a qu’en ouvrant la pompe et en comptant les cavités qu’on pourra déterminer le nombre d’étages.

Un étage correspond à 2 sinusoïdes complètes, ou 2 cavités (un creux et une bosse).