Pompe volumétrique

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Coupe d’une ancienne pompe à bras à pistons utilisée pour la lutte contre les incendies. 1905.

Une pompe volumétrique est une pompe dans laquelle une certaine quantité de fluide « emprisonnée » est forcée à se déplacer jusqu’à l’orifice de sortie.

Le débit d’une pompe volumétrique est proportionnel à la vitesse d’actionnement de ses éléments mobiles et dépend très peu de la pression de refoulement (par contre, l’énergie consommée par la pompe est proportionnelle à la différence de pression entre la sortie et l’entrée de la pompe, aussi appelée hauteur manométrique). Les pompes volumétriques sont d'une grande diversité. Dans les bases de données de brevets, elles portent le nom de « pompes à déplacement positif ».

Types de pompes volumétriques

Pompe volumétrique alternative

Les pompes volumétriques alternatives utilisent la variation d'un volume créée par un déplacement alternatif d'une pièce mobile. Ces types de pompes sont équipées de clapets et de soupapes pour permettre l'entrée et la sortie de fluide dans la pompe de manière alternative[1].

Pompe à piston

Pompe manuelle à piston.

Dans ces pompes, la variation de volume est créée par le déplacement d'un piston. Ce déplacement peut être obtenu par un système de came ou de bielle-manivelle [2].

  • Fonctionnement d'une pompe à piston simple effet
  • Pompe à piston en position dans laquelle le volume n'est pas occupé par le fluide. Les clapets à l'aspiration (3) et au refoulement (4) sont en position fermée.
    Pompe à piston en position dans laquelle le volume n'est pas occupé par le fluide. Les clapets à l'aspiration (3) et au refoulement (4) sont en position fermée.
  • Lorsque la manivelle tourne, le piston (5) se déplace et créé un volume. Sous l’effet de la dépression, le clapet à l’aspiration (3) s’ouvre, et le fluide remplie le volume libre.
    Lorsque la manivelle tourne, le piston (5) se déplace et créé un volume. Sous l’effet de la dépression, le clapet à l’aspiration (3) s’ouvre, et le fluide remplie le volume libre.
  • Lorsque le piston revient par la rotation de la manivelle, la pression plaque le clapet à l’aspiration en position fermée (3), tandis que le clapet au refoulement (4) s’ouvre sous la pression du fluide, qui est alors évacué..
    Lorsque le piston revient par la rotation de la manivelle, la pression plaque le clapet à l’aspiration en position fermée (3), tandis que le clapet au refoulement (4) s’ouvre sous la pression du fluide, qui est alors évacué..

Ce type de pompe ne refoule le fluide que pendant la moitié d’un cycle, avec un débit pulsé. Cela est appelé pompe de simple effet. Il existe des systèmes de pompes à piston à double effet.

Pompe à membrane

Ces pompes fonctionnent de manière similaires aux pompes à piston, mais les déplacements du piston sont remplacés par les déformations alternatives d’une membrane en matériau élastique (caoutchouc, élastomère, Néoprène, Viton, etc.)[1].

Pompes volumétriques rotatives

Dans les pompes volumétriques rotatives, le déplacement du fluide se fait grâce à un élément en rotation qui va transporter le fluide de l’aspiration au refoulement[1].

Pompes à palette

Article détaillé : Pompe à palettes.
Pompe à palette

Une pompe à palette est un corps cylindrique dans lequel tourne un tambour excentré auquel sont fixées un nombre N de palettes. Celles-ci sont plaquées contre les parois du cylindre extérieur, par la force centrifuge ou par des ressorts situées dans le tambour, et délimitent plusieurs volumes qui vont permettre de transférer le fluide.

Ces pompes ont des débits de quelques dizaine de m3.h−1 et des pressions de refoulement de quelques bars. Elles conviennent aux liquides peu visqueux et n'entraîne ni laminage, ni brassage, ni émulsion du liquide.

Il existe plusieurs variations des pompes à palette, comme les pompes à palettes flexibles, où les palettes sont fabriquées en élastomère, ou encore les pompes à palettes guidées[1].

Pompe à engrenage

Article détaillé : Pompe à engrenages.

Pompe à lobes

Représentation d’une pompe à lobes courante. Le fluide est poussé vers la sortie dans les espaces compris entre les deux rotors et le corps de la pompe. Les lobes s’engrènent au milieu, ce qui empêche le retour du fluide vers l’entrée.

Deux roues équipées de lobes tournent en sens contraires de façon similaire à un engrenage. Le déplacement des cavités créées de part et d'autre du carter permet de mettre en mouvement le liquide pompé.

Pompe péristaltique

Pompe péristaltique vinicole.
Les « pompes à cavité progressive  » (auto-amorçable) dont l'ancêtre est la « pompe Moineau » sont encore très utilisées par l'industrie pétrolière et gazière (ici pour mettre en dépression une couche de charbon afin d'en extraire l'eau (fluide incompressible) et d'y désorber le méthane (Gaz de couche) qui était piégé dans la matrice charbonneuse

Dans une pompe péristaltique, le fluide passe dans un tube flexible que pressent des galets, délimitant ainsi un volume de fluide poussé par la sortie par le mouvement des galets.

Pompe à rotor excentré

La pompe à rotor excentré (ou pompe à vis excentrée ou pompe à cavité progressive ou PCP pour Progressing Cavity Pump ou encore pompe Moineau, du nom de son inventeur qui l'a aussi brevetée[3],[4] ou pompe à colimaçon d'après la forme du rotor, ou encore pompe à queue de cochon) est très utilisée par l'industrie pétrolière et gazière dans le monde[5].

Elle est constituée d'un rotor dur et d'un stator de forme hélicoïdale qui peut être souple (silicone, polymères spéciaux). Du fait de leur forme complémentaire, le mouvement de rotation du rotor entraîne la création d'une cavité entre le rotor et le stator. Lors de la rotation, cette cavité se déforme et avance le long de l'axe de rotation principal. Une fois la rotation complétée : 1,5 tour au moins et 1 tour de plus par étage de pompage, la cavité se retrouve en communication libre avec la canalisation sur la partie aval de la pompe

Applications

Chevalet de pompage associé à une pompe à piston souterraine, utilisée dans l’industrie pétrolière.

Les pompes volumétriques sont utilisées pour les applications suivantes :

  • agriculture : transfert d'effluent, alimentation animale, irrigation.
  • environnement : transfert de boues d'épuration, boues déshydratées

Notes et références

  1. ↑ a b c et d Bernard de ChargèRes et Robert Rey, « Pompes volumétriques pour liquides », Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques,‎ (DOI 10.51257/a-v1-bm4320, lire en ligne, consulté le )
  2. ↑ Olivier Coste, « Conception des circuits fluides en eau - Rappels de technologie », Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques,‎ (DOI 10.51257/a-v1-bm6202, lire en ligne, consulté le )
  3. ↑ Moineau, R.J.L. 1932. Gear Mechanism. US Patent No. 1,892,217
  4. ↑ Moineau, R.J.L. 1937. Gear Mechanism. US Patent No. 2,085,115
  5. ↑ Cholet, H. 1997. Progressing Cavity Pumps. Paris, France: Inst. Français du Pétrole

Annexes

Bibliographie

  • Gaymard, B., Chanton, E., and Puyo, P. (1988) The Progressing Cavity Pump in Europe: Results and New Developments. Presented at the Offshore South East Asia Show, Singapore, 2-5 February 1988. SPE-17676-MS. https://dx.doi.org/10.2118/17676-MS
  • Saveth, K.J., Klein, S.T., and Fisher, K.B. (1987), A Comparative Analysis of Efficiency and Horsepower Between Progressing Cavity Pumps and Plunger Pumps. Presented at the SPE Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, 8-10 March 1987. SPE-16194-MS. https://dx.doi.org/10.2118/16194-MS

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