Pompes à anneau liquide - Technologie de vide classique mais toujours à la pointe de la technologie

Maulburg, Germany La technologie de vide n’a jamais cessé de se développer et continue sa progression, non seulement au cours des dernières années, mais déjà depuis plusieurs décennies. À l’heure actuelle, les pompes à vide à vis sèches sont utilisées dans les technologies de traitement chimique et de nombreuses autres applications, tout comme les pompes à becs sont reconnues comme les générateurs de vide standard dans de nombreux secteurs de l’industrie. Les pompes à vide à palettes lubrifiées constituent, pour de nombreuses applications, une solution à la pointe de la technologie, en particulier grâce à leur développement continu. Dans leurs champs d’application, ce sont généralement les pompes à vide les plus utilisées. Néanmoins, en dépit de nombreuses améliorations, de nouveaux développements et d’autres avancées, un principe de génération de vide continue aujourd’hui à être appliqué avec succès dans certaines applications : la pompe à anneau liquide.
Fig. 1 : Deux versions de pompes à anneau liquide Dolphin proposées avec des capacités d'aspiration allant de 25 à 26 800 m3/h

Le principe inhérent à cette pompe a été développé dès 1890, en tant que « pompe à anneau à eau ». De par leur construction fonctionnelle et robuste, les pompes à anneau liquide (fig. 1) conviennent à la génération de vide dans des applications où des gaz ou vapeurs humides sont évacués, ou dans lesquelles de la condensation est générée à l'intérieur de la pompe à vide lors du processus de compression. Elles sont donc idéales pour les processus humides et sont par conséquent utilisées pour la génération de vide peu poussé dans la technologie des procédés, l'industrie chimique, la production et la transformation du pétrole, l'évacuation des condenseurs de turbines à vapeur, la plasturgie, la fabrication du papier, l'industrie des technologies alimentaires et de nombreuses autres applications industrielles.

Principe de fonctionnement
Comme liquide d'opération, les pompes à anneau liquide utilisent de l'eau ou un liquide compatible avec le gaz ou la vapeur à évacuer. De l'éthylène glycol, des huiles minérales ou des solvants organiques peuvent également être utilisés, tout comme d'autres liquides faisant déjà partie du procédé. Le principe de base est le même quelles que soient la taille et la version des pompes.

Fig. 2 : Schéma en coupe de la chambre de compression d'une pompe à anneau liquide Dolphin
 

Une roue à aubes montée excentriquement tourne à l'intérieur d'un boîtier cylindrique (fig. 2). Ce boîtier est rempli de liquide d'opération de façon à immerger les lames de la roue à aubes. Avec la rotation de la roue à aubes et la force centrifuge induite, le liquide dans le boîtier forme ledit anneau liquide. Le fluide pompé est alors transporté dans les espaces situés entre les lames et l'anneau liquide. La rotation excentrique de la roue à aubes modifie le volume de ces espaces, provoquant l'aspiration du gaz, qui est ensuite comprimé puis expulsé. L'anneau liquide assure l'étanchéité des espaces individuels jusqu'au cylindre.
C'est pourquoi on l'appelle parfois liquide d'étanchéité plutôt que liquide d'opération.

Mécanisme
En raison du liquide d'opération utilisé, ce mécanisme ne peut être utilisé que dans la plage de vide primaire. Cela s'explique par le fait que le niveau de vide pouvant être atteint dépend de la pression de vapeur du liquide d'opération, qui est constamment pompé par la pompe à vide. Cela permet d'utiliser une pompe à anneau liquide à des températures relativement basses, et la hausse de température du fluide est maintenue au minimum pendant le processus de compression. Par conséquent, les pompes à anneau liquide sont idéales pour le pompage de vapeurs et de gaz à haute teneur en humidité. Les basses températures de la pompe à vide sont favorables à la condensation des vapeurs de processus.
Dans une certaine mesure, cela signifie que la pompe à vide agit également comme condenseur et puisque la condensation a lieu lorsque le mélange pénètre dans la pompe à vide, le volume est considérablement réduit. Outre l'effet de condensation, la vitesse de pompage nominale augmente également.
Le liquide d'opération absorbe la chaleur de compression et les pompes à anneau liquide étant quasiment isothermes, elles offrent des avantages lors du pompage de produits sensibles à la température, comme les polymères.
L'un des avantages notables des pompes à anneau liquide est que le liquide d'opération et les matières utilisés pour les composants peuvent être adaptés en fonction du fluide pompé. Cela permet également de pomper des vapeurs et des gaz corrosifs ou explosifs.
En raison des faibles températures de fonctionnement, le pompage de matières explosives s'avère, dans tous les cas, bien moins problématique qu'avec d'autres pompes à vide mécaniques.

Construction
Il existe une différence fondamentale entre les pompes à anneau liquide mono-étagées et bi-étagées. Dans la version mono-étagée, le processus de compression décrit précédemment est réalisé dans un seul étage de compression. Dans la pompe à vide bi-étagée (fig. 3), le fluide pompé précomprimé au premier étage est transporté jusqu'à un second étage de compression et comprimé à nouveau. Des vides limites de 130 hPa (mbar) peuvent être obtenus avec les versions de pompes à anneau liquide mono-étagées, tandis que les versions bi-étagées permettent d'obtenir jusqu'à 33 hPa (mbar).

Fig. 3 : Débit de gaz dans une pompe à anneau liquide bi-étagée

Même les dimensions varient de manière significative. Busch Pompes à vide et Systèmes propose différentes séries et versions de pompes à anneau liquide Dolphin, avec des capacités d'aspiration couvrant la plage de 25 à 26 800 m3/h.

Variantes
L'alimentation et l'évacuation du liquide d'opération sont possibles de trois façons:

1. Fonctionnement sans recirculation – fonctionnement en flux continu
Il s'agit de la variante la plus simple d'utilisation d'une pompe à anneau liquide. Utilisée à chaque fois qu'une quantité suffisante de liquide d'opération est disponible. L'étage de compression est constamment alimenté en liquide d'opération. Le liquide est ensuite évacué avec le gaz et le condensat. 

2. Circuit de liquide ouvert – fonctionnement à recirculation partielle
Dans un circuit ouvert (fig. 4), le liquide d'opération est dévié dans un séparateur de liquide avec le gaz, à sa sortie de la pompe à vide. Liquide et gaz sont alors séparés. Le gaz est évacué ou transféré tandis que le liquide d'opération retourne dans la pompe à vide. Du liquide d'opération propre est également fourni via le séparateur de liquide dans le circuit. Cela garantit une quantité suffisante de liquide dans le circuit et empêche toute augmentation de température. Ce type de circuit ouvert peut permettre d'économiser jusqu'à 50 % de liquide comparé à un fonctionnement sans recirculation.

Fig. 4 : Pompe à anneau liquide Dolphin avec système de recirculation partielle

3. Circuit de liquide fermé – fonctionnement à recirculation totale
Dans le cas du circuit fermé, un séparateur de liquide est également installé en aval de la pompe à vide (fig. 5). Le gaz est évacué du séparateur, tandis que le liquide d'opération est dévié à l'aide d'un échangeur thermique avant de pénétrer à nouveau dans la pompe à vide. Le liquide d'opération est ainsi maintenu à une température constante. Cette configuration permet d'économiser jusqu'à 95% du liquide d'opération.
Ainsi, seules de petites quantités de liquide propre doivent être ajoutées via le séparateur de liquide. Nous recommandons le circuit fermé quand le liquide d'opération n'est pas disponible en quantité suffisante ou qu'une partie du liquide d'opération doit être préservée.



Fig. 5 : Pompe à anneau liquide Dolphin avec système de recirculation totale

Systèmes de vide sur mesure
Les pompes à anneau liquide sont particulièrement adaptées en tant que modules dans les systèmes et installations de vide. Des vides limites inférieurs peuvent être obtenus en combinaison avec des éjecteurs de gaz, d'air ou de vapeur ou des pompes boosters. Il est ainsi possible de trouver des solutions optimales du point de vue technique et économique pour des systèmes de vide directement adaptés à l'application concernée. Busch Pompes à vide et Systèmes dispose de dizaines d'années d'expérience dans la conception, la configuration et la construction de ces types de systèmes, utilisés de manière sûre et économique dans le monde entier, dans la technologie de traitement chimique, la production et la transformation de pétrole, la production d'électricité et de nombreux autres secteurs. Les pompes à anneau liquide Dolphin de Busch sont proposées dans différentes versions certifiées ATEX.


Fig. 6 : Système de vide avec cinq pompes à anneau liquide Dolphin mono-étagées pour le dégazage de liquide de process

Catégories
Vous souhaitez en savoir plus ?
Contactez-nous directement ( Busch France ):
+33 (0) 1 69 89 89 89 Contactez-nous