Au cours de mon exploration des systèmes hydrauliques, j'ai appris à apprécier le principe de fonctionnement de pompes à engrenagesGrâce à leur fiabilité et à leur efficacité, ces pompes sont essentielles au transfert de fluides dans diverses applications. Comprendre leur fonctionnement me permet de résoudre efficacement les problèmes et d'optimiser les performances du système. Dans cet article, j'aborderai en détail la mécanique fondamentale des pompes à engrenages, en expliquant leur conception, leur fonctionnement et leurs avantages. Mon objectif est de fournir des informations précieuses qui aideront les acteurs du secteur à mieux comprendre et appliquer cette technologie essentielle.

●Le concept de base de la pompe à engrenages

Le concept d'une pompe à engrenages est très simple. Sa forme la plus simple est constituée de deux engrenages de même taille qui s'engrènent et tournent l'un avec l'autre dans une enveloppe ajustée. L'intérieur de l'enveloppe, en forme de « 8 », abrite deux engrenages. Le diamètre extérieur et les deux côtés de l'engrenage sont parfaitement adaptés au carter. Le matériau provenant de l'extrudeuse pénètre au centre des deux engrenages par l'orifice d'aspiration, remplit l'espace, se déplace le long du carter grâce à la rotation des dents et est finalement évacué lorsque les deux dents s'engrènent.

En termes terminologiques, une pompe à engrenages est également appelée dispositif volumétrique, comparable à un piston dans un cylindre. Lorsqu'une dent pénètre dans l'espace fluide d'une autre dent, le liquide étant incompressible, le liquide et la dent ne peuvent pas occuper le même espace, de sorte que le liquide est expulsé mécaniquement.

Grâce à l'engrènement continu des dents, ce phénomène se produit en permanence. Un débit constant est ainsi fourni à la sortie de la pompe, et ce débit est identique à chaque tour. Grâce à la rotation ininterrompue de l'arbre d'entraînement, la pompe refoule le fluide en continu. Le débit est directement lié à la vitesse de rotation.

En réalité, la pompe subit une légère perte de fluide, car ces fluides servent à lubrifier les roulements et les deux côtés des engrenages. Or, le corps de la pompe ne peut jamais s'ajuster sans jeu. Le fluide ne peut donc pas être évacué par la sortie 100%. Une légère perte de fluide est donc inévitable, ce qui empêche la pompe d'atteindre un rendement de 100%. Cependant, la pompe continue de fonctionner correctement et, pour la plupart des matériaux extrudés, elle peut atteindre un rendement de 93% à 98%.

Pour les fluides dont la viscosité ou la densité varie au cours du procédé, cette pompe ne sera pas trop affectée. Si un amortisseur, tel qu'une crépine ou un restricteur, est présent sur le côté de l'orifice de refoulement, la pompe propulsera le fluide à travers eux. Si cet amortisseur change pendant le fonctionnement, c'est-à-dire si le filtre est encrassé, obstrué ou si la contre-pression du limiteur augmente, la pompe maintiendra un débit constant jusqu'à ce que la limite mécanique du composant le plus faible de l'appareil soit atteinte.

La vitesse d'une pompe est limitée, et dépend principalement du fluide utilisé. Si l'huile est transportée, la pompe peut tourner à grande vitesse, mais si le fluide est un polymère fondu à haute viscosité, cette limitation est considérablement accrue lors d'une activité physique.

Il est essentiel de pousser le fluide à haute viscosité dans l'espace à deux dents situé sur le côté de l'orifice d'aspiration. Si cet espace n'est pas rempli, la pompe ne pourra pas fournir le débit exact. La valeur de la pression de service (PV) constitue donc un facteur limitant et une variable du procédé. Compte tenu de ces limitations, les fabricants de pompes à engrenages proposent une gamme de produits aux spécifications et aux cylindrées variées. Ces pompes sont adaptées à chaque application afin d'optimiser la capacité et le prix du système.

L'engrenage et l'arbre de la pompe PEP-II sont intégrés, et le processus de durcissement intégral du corps a été adopté pour une durée de vie prolongée. Le palier de type « D » intègre un mécanisme de lubrification forcée, permettant au polymère de traverser la surface du palier et de retourner à l'entrée de la pompe pour assurer une lubrification efficace de l'arbre rotatif. Cette caractéristique réduit le risque de rétention et de dégradation du polymère. Le corps de pompe, usiné avec précision, assure un ajustement précis du palier de type « D » à l'arbre d'engrenage, garantissant ainsi son absence d'excentricité et prévenant ainsi l'usure de l'engrenage. La structure d'étanchéité Parkwood et le joint à lèvre en PTFE constituent un joint refroidi par eau.

Ce type de joint ne touche pas la surface de l'arbre. Son principe d'étanchéité consiste à refroidir le polymère jusqu'à l'état semi-fondu pour former une étanchéité automatique. On peut également utiliser un joint Rheoseal, doté de rainures en spirale inversée sur la surface intérieure du joint d'arbre, permettant ainsi au polymère d'être refoulé vers l'entrée. Afin de faciliter l'installation, le fabricant a conçu une surface de montage pour boulon à anneau compatible avec les brides d'autres équipements, ce qui simplifie la fabrication de brides cylindriques.

La pompe à engrenages PEP-II est équipée d'éléments chauffants adaptés à ses spécifications, sélectionnables par l'utilisateur, garantissant un chauffage et un contrôle rapides de la température. Contrairement au chauffage du corps de pompe, les dommages causés par ces composants sont limités à une seule carte et n'affectent pas l'ensemble de la pompe.

●Dispositif d'entraînement

La pompe à engrenages est entraînée par un moteur indépendant, ce qui permet de bloquer efficacement les pulsations de pression et les fluctuations de débit en amont. Les pulsations de pression à la sortie de la pompe à engrenages peuvent être contrôlées par le 1%. L'utilisation d'une pompe à engrenages sur la ligne d'extrusion permet d'augmenter le débit et de réduire le cisaillement et le temps de séjour du matériau dans l'extrudeuse.

La pompe à engrenages externes est la pompe à engrenages la plus répandue et désigne généralement la pompe à engrenages externes. Sa structure, illustrée à la figure 1, se compose principalement d'un engrenage menant, d'un engrenage mené, d'un corps de pompe, d'un couvercle et d'une soupape de sécurité. L'espace étanche formé par le corps de pompe, le couvercle et l'engrenage constitue l'espace de travail de la pompe à engrenages. Les axes des deux engrenages sont respectivement installés dans les paliers des deux couvercles de pompe, et l'arbre de l'engrenage menant sort du corps de pompe et est entraîné en rotation par le moteur. La pompe à engrenages externes présente une structure simple, un faible poids, un faible coût, une fiabilité de fonctionnement et un large champ d'application.

Lorsque la pompe à engrenages fonctionne, la roue motrice tourne avec le moteur et entraîne la roue entraînée. Lorsque les dents d'engrènement d'un côté de la chambre d'aspiration s'écartent progressivement, le volume de cette dernière augmente et la pression diminue. Le liquide contenu dans le tuyau d'aspiration est aspiré par la pompe ; le liquide aspiré est poussé dans la chambre de refoulement par l'engrenage logé dans la rainure de la dent, de deux manières.

Une fois le liquide entré dans la chambre de refoulement, les dents des deux engrenages s'engrènent en continu, ce qui a pour effet d'expulser le liquide de la chambre de refoulement vers le tuyau de refoulement. Les engrenages menant et mené tournent en permanence, permettant à la pompe d'aspirer et de refouler le liquide en continu.

Le corps de la pompe est équipé d'une soupape de sécurité. Lorsque la pression de refoulement dépasse la pression spécifiée, le liquide transporté ouvre automatiquement la soupape de sécurité pour renvoyer le liquide haute pression vers la conduite d'aspiration.

La pompe à engrenages internes est composée d'une paire d'engrenages internes engrenés, de pièces en forme de croissant et d'un corps de pompe. La pièce en forme de croissant sépare la chambre d'aspiration de la chambre de refoulement. Lorsque l'engrenage d'entraînement tourne, un vide partiel se forme à l'endroit où l'engrenage se désengage et le liquide est aspiré dans la pompe pour remplir les dents de la chambre d'aspiration, puis pénètre dans la chambre de refoulement par deux voies, le long des faces intérieure et extérieure de la pièce en forme de croissant. Lorsque les dents de l'engrenage entrent en prise, le liquide présent entre elles est comprimé et envoyé dans le tuyau de refoulement.

Outre ses caractéristiques d'auto-amorçage, de débit et de pression de refoulement, la pompe à engrenages est dépourvue de clapets d'aspiration et de refoulement. Elle se caractérise par une structure simple, un débit uniforme et un fonctionnement fiable, mais présente un faible rendement, un niveau sonore et des vibrations élevés, ainsi qu'une usure importante. Elle est principalement utilisée pour le transport d'huiles lubrifiantes non corrosives et non solides, dont la température ne dépasse généralement pas 70 °C, telles que les huiles lubrifiantes et les huiles végétales alimentaires. Son débit est généralement compris entre 0,045 et 30 ms/h, sa pression entre 0,7 et 20 MPa, et sa vitesse de rotation entre 1 200 et 4 000 tr/min.

●Caractéristiques structurelles

⑴ Structure simple et prix bon marché ;

⑵ Faibles exigences de travail et large application ;

⑶ Les embouts et les rainures inter-dents de l'engrenage forment de nombreuses chambres de travail fixes et étanches, qui ne peuvent être utilisées que comme pompe quantitative.

L'engrenage adopte une nouvelle technologie de pointe internationale des années 1990 : le profil de dent à double arc sinusoïdal. Comparé aux engrenages à développante de cercle, son principal avantage réside dans l'absence de glissement relatif sur la surface du profil de dent lors de l'engrènement. Ainsi, la surface dentée est inusable, équilibrée, sans rétention de liquide, silencieuse, durable et hautement performante. La pompe s'affranchit des contraintes de conception traditionnelles, ouvrant ainsi un nouveau champ d'application en termes de conception, de production et d'utilisation.

●Classification des pompes à engrenages

En ce qui concerne les engrenages des composants principaux, ils sont principalement composés de composants normaux communs. pompes à engrenages et pompes à engrenages à arc. Les pompes à engrenages classiques sont plus durables que les pompes à engrenages à arc circulaire pour le transport de fluides impurs. Ces dernières, grâce à leur structure spécifique, transportent des fluides propres, sont silencieuses et offrent une longue durée de vie. Chacune présente ses propres avantages.