Pompes à piston ou pompes à vide à vis

Les pompes à piston et les pompes à vide à vis sont deux types courants de pompes utilisées pour générer le vide requis dans les environnements industriels, commerciaux et de laboratoire. Bien que les deux aient leurs avantages, les pompes à vide à vis offrent des performances supérieures dans de nombreuses applications — de l’emballage à la croissance de cristaux de silicium destinés aux panneaux solaires. Le choix de la bonne technologie de vide est crucial pour garantir l’efficacité opérationnelle et la rentabilité.

Fonctionnement des pompes à vide à vis

Une pompe à vide à vis est une pompe à déplacement positif qui élimine l’air ou d’autres gaz d’un environnement hermétique pour générer du vide. Elle fonctionne en utilisant deux rotors à vis tournant dans des sens opposés, à l’intérieur d’un boîtier cylindrique. Le mélange pompé pénètre dans la pompe à vide par l’aspiration, puis il est piégé dans des chambres formées entre le cylindre et les vis jumelles. Au fur et à mesure de la rotation des rotors, les rotors déplacent le mélange pompé le long des vis vers la sortie. Au cours de ce procédé, l’espace (volume) disponible pour le mélange pompé se réduit car la dimension de la chambre diminue continuellement. Par conséquent, le mélange pompé est comprimé jusqu’à ce qu’il atteigne son plus petit volume possible. Il est ensuite expulsé via l’échappement.

Pendant le procédé, les rotors à vis n’entrent pas en contact les uns avec les autres ou avec le boîtier de la pompe, ce qui minimise l’usure et élimine le besoin en lubrifiants tels que l’huile.

Fonctionnement des pompes à piston

Tout comme les pompes à vide à vis, les pompes à piston fonctionnent selon le principe du déplacement positif. Elles ont été conçues initialement pour le transfert efficace de l’eau et d’autres fluides sous pression, en particulier pour une utilisation agricole et domestique dans l’extraction d’eau de puits ou de rivières. Cependant, elles sont également capables de générer du vide.

La pompe elle-même se compose d’un cylindre dans lequel un piston se déplace d’avant en arrière. De chaque côté du cylindre se trouve une vanne, une pour l’aspiration, une pour le refoulement. Le piston est relié à une bielle fixée à un arbre-manivelle. Entraîné par la puissance d’un moteur électrique, l’arbre-manivelle tourne et déplace le piston lors du fonctionnement de la pompe.

La génération de vide commence avec la course d’admission, où le piston se déplace vers l’arrière, ce qui augmente le volume dans le cylindre. Lorsque le volume augmente, la pression à l’intérieur du cylindre diminue et les molécules de gaz ont plus d’espace pour se déplacer. La pression à l’intérieur du cylindre est désormais inférieure à celle du réservoir à évacuer. Lorsque les gaz se déplacent des zones de pression plus élevée à des zones de pression plus basse, l’air ou le gaz contenu dans le réservoir est aspiré dans le cylindre.

Lorsque le piston atteint la fin de sa course, la vanne d’aspiration se ferme, piégeant le mélange pompé. Le piston se déplace alors dans la direction opposée, réduisant le volume du cylindre et comprimant le mélange pompé. Au fur et à mesure qu’il est comprimé, il subit une augmentation de la pression et il est expulsé via la soupape d’échappement. De par le déplacement répété du piston d’avant en arrière, la pompe évacue en continu l’air ou le gaz du réservoir, générant ainsi du vide.

Types de pompes à piston

Contrairement aux pompes à vide, les pompes à piston ne sont pas optimisées pour générer des niveaux constants de vide poussé, mais peuvent être efficaces pour le vide fin à moyen. Pour obtenir un débit plus constant, il est possible d’utiliser des pompes à plusieurs pistons et cylindres. Les pompes à piston à simple effet sont équipées d’une vanne à chaque extrémité, où l’aspiration et le refoulement du gaz ont lieu selon le principe décrit ci-dessus. Chaque cycle du piston génère du vide en aspirant le gaz pendant la course d’aspiration, puis en le comprimant et en le déchargeant pendant la course d’échappement.

Cependant, lespompes à piston à double effet génèrent du vide pendant la course arrière et la course avant du piston. Dans cette conception, le cylindre est divisé en deux chambres, une de chaque côté du piston. Chaque chambre est équipée d’une vanne d’aspiration et d’une soupape d’échappement.

Lorsque le piston se déplace vers l’arrière, le volume dans la chambre A se dilate. Simultanément, la pression de la chambre diminue et aspire les gaz du récipient pompé à travers la vanne d’aspiration. Dans la chambre B, le procédé se déroule en sens inverse. Ainsi, avec la course arrière du piston, le gaz précédemment pompé est comprimé et expulsé par la soupape d’échappement. Lorsque le piston avance à nouveau, les rôles des chambres s’inverse. Cela signifie que l’aspiration du gaz a lieu dans la chambre B, tandis que le gaz pompé dans la chambre A est comprimé et évacué. Cette conception est plus efficace car l’évacuation a lieu lors des courses vers l’arrière et vers l’avant, ce qui permet un débit plus régulier.

Applications typiques

Bien que les pompes à vide à vis et les pompes à piston diffèrent par leur principe de fonctionnement, elles peuvent être utilisées dans de nombreuses applications identiques. Cependant, les pompes à piston ne peuvent pas atteindre des niveaux de vide poussé. Elles sont capables de fonctionner dans des environnements difficiles avec des températures fluctuantes, ainsi qu’avec des substances abrasives (comme le sable), qui peuvent être présentes dans le mélange pompé. Les applications pertinentes sont, par exemple, le traitement thermique dans la fabrication de composites, la distillation sous vide dans l’industrie chimique et pharmaceutique ou la fusion sous vide dans la métallurgie.

Les pompes à vide à vis peuvent être utilisées dans les mêmes applications exigeantes que les pompes à piston, en offrant des avantages supplémentaires. Elles peuvent atteindre des niveaux de vide poussé, nécessitent moins de maintenance et fonctionnent plus proprement. Elles conviennent également au dégazage de l’acier, aux procédés de lyophilisation dans l’industrie alimentaire ou à diverses applications dans la fabrication de piles au lithium, par exemple. Elles sont disponibles en différents modèles, offrant des options pour s’adapter à des industries différentes, y compris celles nécessitant des environnements propres et exempts de contamination, telles que la fabrication de semi-conducteurs.

Avantages des pompes à vide à vis

Efficacité énergétique

Les pompes à vide à vis sont plus efficaces sur le plan énergétique dans les applications de vide où les pompes à piston ont tendance à peiner. Les pompes à piston, initialement conçues pour déplacer des fluides dans une plage de haute pression, peuvent gaspiller de l’énergie lors de la génération de vide. Cela est dû au mouvement mécanique du piston nécessaire pour maintenir le vide, ainsi qu’à la friction et à la perte de chaleur. Par conséquent, les pompes à piston sont souvent utilisées en fonctionnement intermittent. Cela signifie qu’elles sont mises en marche et arrêtées à intervalles réguliers, par exemple lors de l’emballage ou de la manutention et du levage, où le vide n’est nécessaire que sur de courtes périodes. À l’inverse, les pompes à vide à vis génèrent du vide par rotation, ce qui permet un fonctionnement continu plus efficace. Cela minimise les pertes d’énergie et aide à maintenir des niveaux de vide constants.

Les pompes à vide Busch sont conçues pour optimiser l’efficacité énergétique. Elles peuvent être équipées de l’ECOTORQUE, le variateur de vitesse (VSD) de Busch. Cette option est également disponible pour les pompes à vide à vis sèches COBRA. En ajustant la vitesse de rotation de la pompe à vide en fonction des exigences du procédé, l’ECOTORQUE permet d’économiser jusqu’à 50 % d’énergie. Cette caractéristique en fait un choix idéal pour toutes les industries qui souhaitent réduire les coûts énergétiques et améliorer l’efficacité opérationnelle.

Maintenance

Les pompes à vide à vis nécessitent souvent moins de maintenance que les pompes à piston. Les pompes à piston comportent davantage de composants mécaniques, tels que les chemises de cylindre et les roulements, qui s’usent au fil du temps. Les pompes à vide à vis offrent une meilleure durabilité à long terme, en particulier dans les applications où la pompe est utilisée en continu et où les temps d’arrêt dus à la maintenance doivent être réduits au minimum. Les rotors à vis à l’intérieur de la pompe à vide ne sont pas en contact les uns avec les autres, ni avec le boîtier du cylindre. Cette compression sans contact du mélange pompé n’entraîne aucune usure des pièces mobiles. Pour les pompes à vide à vis sèches COBRA, les coûts de maintenance sont réduits au minimum, car seule l’huile à engrenages doit être changée à intervalles réguliers.

Coûts d’exploitation

Les pompes à piston nécessitent un système de graissage constant pour assurer une lubrification correcte des pièces mobiles, maintenir une parfaite étanchéité entre les pistons et les parois du cylindre, et dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement. C’est la raison pour laquelle de nombreux clients installent une conduite d’huile spéciale pour éliminer le besoin de remplissage constant. Cependant, cela entraîne des coûts d’exploitation plus élevés en raison des grandes quantités d’huile consommées. Les pompes à vide à vis sèches COBRA de Busch ne nécessitent pas d’huile dans la chambre de compression, ce qui permet d’économiser ces dépenses.

Niveaux sonores

Le mouvement d’avant en arrière des pompes à piston a tendance à générer des niveaux de vibration et de bruit élevés. Cela peut poser problème dans les environnements où le contrôle du bruit et la minimisation des vibrations sont importants.

Les pompes à vide à vis sèches COBRA fonctionnent à un niveau sonore beaucoup plus faible d’environ 69 dB(A), comparable au bruit d’un aspirateur à vide domestique. En revanche, selon ses dimensions, une pompe à vide à piston peut atteindre 85 dB(A), ce qui équivaut à se tenir à proximité d’une route fréquentée.

Fiabilité opérationnelle

Les pompes à piston sont principalement utilisées pour déplacer des liquides ou des gaz par le mouvement d’avant en arrière d’un piston à l’intérieur d’un cylindre. Elles ne sont pas optimisées pour maintenir des niveaux de vide élevés en fonctionnement en continu, mais peuvent être efficaces pour générer un vide fin à moyen, comme pour le formage ou l’emballage sous vide.

Les pompes à vide à vis de Busch sont réputées pour leur long cycle de service, leur efficacité et leur fiabilité opérationnelle sur de longues périodes à tous les niveaux de vide. Les pompes à vide à vis sèches COBRA sont conçues pour les environnements difficiles tels que le dégazage de l’acier. Elles présentent une tolérance à la vapeur et aux particules extrêmement élevée, ce qui garantit des performances inégalées dans les applications industrielles les plus exigeantes.