Pompe à anneau liquide : fonctionnement, avantages et applications industrielles

Qu'est ce qu'une pompe à Vide à anneau liquide?

Une pompe à Vide à anneau liquide est une pompe volumétrique rotative conçue pour aspirer de l'air, des gaz ou des vapeurs afin de créer un Vide dans une installation industrielle.

Son principe repose sur un fluide de service entraîné par force centrifuge à l'intérieur de la machine. Il assure simultanément l'étanchéité, le refroidissement et l'augmentation de pression des gaz.

Contrairement aux pompes à Vide à palettes ou aux pompes à becs, cette technologie ne comporte aucun contact entre les pièces mobiles et le gaz aspiré. Cette particularité lui permet de fonctionner dans des conditions particulièrement exigeantes, notamment en présence d'humidité, de condensats ou de certains composés chimiques.

Grâce à cette conception, elle est largement utilisée dans les procédés nécessitant une grande robustesse et une excellente résistance aux gaz humides.

‍

Principe de fonctionnement d'une pompe à Vide à anneau liquide

Le fonctionnement de cette pompe repose sur la rotation d'une roue à aubes montée de manière excentrée dans un corps de pompe partiellement rempli de liquide de service. Sous l'effet de la force centrifuge, ce fluide se répartit contre la paroi interne de la machine. L'espace restant entre la roue et cet anneau crée des cellules de volume variable permettant l'aspiration, la compression puis le refoulement des gaz.

Généralement constitué d'eau, le fluide est entraîné par une roue à aubes excentrée. La force centrifuge le répartit uniformément contre la paroi interne de la machine. L'excentration entre la roue crée des chambres dont le volume varie au cours du cycle.

Lorsque le volume d'une chambre augmente, le gaz est aspiré par l'orifice d'entrée. Au fur et à mesure de la rotation, ce gaz est emprisonné entre les aubes de la roue et l'anneau liquide, puis transporté vers la zone de refoulement. La diminution progressive du volume augmente la pression du gaz jusqu'à son évacuation.

Le liquide de service joue simultanément plusieurs rôles essentiels :

• Il assure l'étanchéité entre les différentes chambres de compression
• Il évacue une partie de la chaleur produite pendant le pompage
• Il protège les composants mécaniques en limitant les frottements directs avec le gaz pompé.

Cette conception explique pourquoi ces pompes sont particulièrement adaptées au pompage de gaz humides, de mélanges condensables ou de gaz contenant de faibles quantités de liquide.

Les quatre étapes du cycle de fonctionnement

‍

1. Aspiration : le gaz entre dans la pompe

Lorsque la roue tourne, le volume des cellules augmente progressivement. Cette augmentation crée une dépression qui permet d'aspirer l'air ou les gaz à travers l'orifice d'admission. Les gaz occupent alors les espaces disponibles entre les aubes et l'anneau.

2. Emprisonnement : le gaz est isolé dans une chambre de pompage

La roue entraîne ensuite le gaz aspiré dans une chambre fermée. Le fluide agit comme une paroi mobile isolant le gaz entre deux aubes successives. Le gaz est ainsi transporté mécaniquement vers la zone de refoulement sans entrer directement en contact avec les composants métalliques de la pompe.

3. Compression : le volume diminue progressivement

Au cours du cycle, le volume des cellules diminue progressivement. Les gaz aspirés sont alors comprimés jusqu'à atteindre la pression nécessaire à leur évacuation. Le fluide contribue également le refroidissement des gaz pendant cette phase.

4. Refoulement : le gaz comprimé est évacué

Lorsque les cellules atteignent l'orifice de refoulement, les gaz comprimés sont évacués hors de la pompe. Le liquide de service reste dans le corps de pompe afin de recommencer immédiatement un nouveau cycle de fonctionnement.

‍

Les principaux composants d'une pompe à Vide à anneau liquide

Bien qu'elles existent dans de nombreuses configurations, leur architecture repose sur un nombre limité de composants dont chacun joue un rôle essentiel dans le fonctionnement de la machine.

Comprendre leur fonction permet de mieux appréhender le principe de fonctionnement de cette technologie et d'identifier les éléments à surveiller lors des opérations de maintenance.

Le corps de pompe crée les conditions de formation de l'anneau liquide

Le corps de pompe constitue l'enveloppe dans laquelle se déroule le cycle de pompage. Sa géométrie permet au liquide de service de former un anneau stable sous l'effet de la rotation de la roue à aubes. Cette conception garantit la création de cellules de volume variable indispensables au fonctionnement de l'équipement.

Selon les applications, il peut être fabriqué en fonte, en acier inoxydable ou dans des matériaux spécifiques destinés à résister aux fluides corrosifs ou aux environnements chimiques particulièrement agressifs.

La roue à aubes entraîne le liquide de service en rotation

La roue à aubes est l'élément moteur du système. En tournant à grande vitesse, elle met le liquide de service en mouvement et génère la force centrifuge nécessaire à la formation de l'anneau. Son montage excentré permet de faire varier le volume des cellules de pompage au cours de chaque rotation.

Le liquide de service assure l'étanchéité et le refroidissement

Généralement de l'eau, il remplit plusieurs fonctions essentielles. Ce fluide assure l'étanchéité entre les différentes chambres, limite l'échauffement des gaz et participe directement au processus de compression. Selon les applications, il peut être remplacé par un autre fluide compatible avec les contraintes du procédé.

Le liquide assure plusieurs fonctions simultanément :

• Etanchéité entre les chambres de pompage
• Refroidissement de la pompe
• Evacuation d'une partie de la chaleur de compression
• Protection contre certaines contaminations.

Les orifices d'aspiration et de refoulement guident les gaz

Les orifices d'admission et de refoulement permettent l'entrée puis l'évacuation des gaz tout au long du cycle. Leur position est étudiée pour assurer un écoulement régulier et limiter les pertes de charge.

Les roulements et garnitures préservent la fiabilité de la pompe

Les roulements assurent le guidage de l'arbre en rotation tandis que les garnitures garantissent l'étanchéité entre les parties fixes et mobiles. Leur qualité conditionne la fiabilité, la durée de vie et les performances de l'installation.

Les garnitures d'étanchéité empêchent les fuites de liquide de service ou de gaz et contribuent à maintenir les performances de la pompe sur le long terme.

Leur état doit être contrôlé régulièrement dans le cadre de la maintenance préventive.

‍

Bon à savoir:

Le niveau de Vide obtenu dépend notamment de la température du liquide de service et de la pression de vapeur du fluide utilisé. Lorsque sa température augmente, sa pression de vapeur s'élève et peut limiter le Vide maximal réalisable. Selon les exigences spécifiques du process, les systèmes de Vide peuvent donc intégrer un circuit de refroidissement ou de recirculation afin de stabiliser les performances de l'installation.

Avantages et inconvénients d'une pompe à anneau liquide

Comme toute technologie de Vide, elles présentent des atouts spécifiques mais également certaines limites. Leur choix doit toujours être réalisé en fonction du procédé industriel, de la nature des gaz à pomper et des performances recherchée

‍

Applications industrielles des pompes à anneau liquide

Traiter les gaz humides et les vapeurs en industrie chimique

Dans l'industrie chimique, elles sont utilisées pour des opérations de distillation, d'évaporation, de récupération de solvants ou encore de transfert de gaz. Leur conception leur permet de supporter des gaz humides, des vapeurs saturées et certains fluides corrosifs, sous réserve du choix de matériaux adaptés.

Sécuriser les procédés pharmaceutiques sous Vide

Les procédés pharmaceutiques nécessitent des équipements fiables et capables de fonctionner de manière continue. Ces pompes interviennent notamment lors des opérations de séchage sous Vide, de concentration, de filtration ou de distillation, où elles assurent un fonctionnement stable tout en limitant les risques liés à la présence de vapeurs.

Optimiser les procédés de fabrication du papier

Les machines de fabrication du papier utilisent le Vide pour extraire l'eau contenue dans la feuille en cours de formation et améliorer l'efficacité du procédé. Cette technologie est particulièrement adaptées à ces applications grâce à leur aptitude à traiter d'importants débits de gaz chargés en humidité.

Traiter et valoriser les gaz issus des procédés industriels

Elles sont également présentes dans les installations de traitement des gaz, de valorisation du biogaz ou de récupération de vapeurs. Elles contribuent au transfert, à la compression ou à l'évacuation des gaz dans des conditions de fonctionnement souvent exigeantes, où la présence d'humidité ou de condensats rend cette technologie particulièrement pertinente.

Pourquoi faire appel à GEFI ?

Chez GEFI, nous ne sélectionnons pas une pompe à partir d'un catalogue : nous analysons d'abord le procédé, les contraintes d'exploitation et les performances attendues.

Notre rôle consiste à orienter chaque industriel vers les solutions de Vide les plus adaptées à son procédé, qu'il s'agisse d'une pompe à palettes, d'une pompe sèche, d'une pompe à vis, d'un surpresseur ou d'une pompe à Vide à anneau liquide.

Notre expertise couvre notamment les principales familles de pompes à anneau liquide utilisées dans l'industrie,  sélectionnées selon les contraintes du procédé, les débits recherchés et les conditions de fonctionnement.

Au-delà du choix de l'équipement, nous accompagnons nos clients dans le dimensionnement, l'optimisation énergétique, la maintenance et l'amélioration des installations existantes.

FAQ

Quel liquide de service utiliser selon l'application?

L'eau est le liquide de service le plus courant, mais d'autres liquides compatibles avec le procédé peuvent être utilisés lorsque les contraintes chimiques ou thermiques l'imposent.

Comment choisir entre une pompe à palettes et une pompe à anneau liquide ?

La pompe à palettes comprime les gaz grâce à des palettes coulissantes, tandis que la pompe à anneau liquide utilise un liquide de service pour assurer l'étanchéité et la compression.

Pourquoi cette technologie est-elle adaptée au fonctionnement continu ?

Oui. Cette technologie est particulièrement adaptée aux applications industrielles fonctionnant 24 h/24 et 7 j/7.

Quels types de gaz peuvent être traités ?

Elle est particulièrement adaptée aux gaz humides, aux vapeurs, aux gaz condensables et à certains gaz corrosifs selon les matériaux de construction.

‍

Comment choisir une pompe à anneau liquide selon le process ?

Le choix du type de pompe ne dépend pas uniquement du niveau de Vide recherché. Plusieurs critères doivent être étudiés en fonction de l'application et des conditions réelles d'exploitation :

• Le débit de pompage nécessaire
• La nature des gaz aspirés
• La présence de vapeurs ou de condensats
• La température du liquide de service
• Le mode de fonctionnement (continu ou intermittent)
• Les objectifs énergétiques
• Les contraintes de maintenance.

Une étude préalable permet généralement d'éviter un surdimensionnement ou le choix d'une technologie inadaptée.