Pompes à engrenages externes : Fonctionnement, caractéristiques et avantages

décembre 2, 2024

Qu’est-ce qu’une pompe à engrenages externes ?

Les pompes à engrenages externes sont un type de pompe rotative à déplacement positif qui remonte à la fin du XVIe siècle. Elles étaient souvent entraînées par des roues hydrauliques car elles peuvent utiliser la simple rotation d’engrenages pour transférer des fluides. Les pompes à engrenages externes ont évolué pour devenir le type de pompe volumétrique rotative le plus simple et le plus courant. En général, les pompes à engrenages externes ont deux engrenages sur des arbres séparés, dont un est relié à un moteur. Les types d’entraînement, la taille et les matériaux de construction varient largement selon l’industrie et l’application. On trouve des pompes à engrenages externes avec des débits allant de 20 ml/min à plus de 50 L/min, avec des pressions allant jusqu’à 500 bars.

 

Engrenages DPP d'une pompe à engrenages à couplage magnétique 2

Engrenages hélicoïdaux d’une pompe à engrenages extérieurs par Diener Precision Pumps

Fonctionnement des pompes à engrenages externes

Le fonctionnement d’une pompe à engrenages extérieurs est assez simple. Deux engrenages tournent à l’intérieur d’une chambre à cavité fixe. Les espaces libres entre les engrenages en rotation et la cavité sont maintenus à un minimum afin qu’ils puissent aspirer le fluide dans la pompe. Lorsque les engrenages tournent, les espaces entre les dents des engrenages agissent comme de petites chambres qui déplacent de petits volumes de fluide autour du bord de la cavité. Lorsque ces chambres atteignent la sortie de la pompe, le fluide est expulsé car l’engrenage l’empêche de s’échapper vers l’entrée de la pompe. Ce processus est répété pour chaque dent de l’engrenage, ce qui permet d’obtenir un débit de liquide très régulier.

 

Diagramme DPP de la pompe à engrenages extérieurs

Diagramme DPP de la pompe à engrenages extérieurs

Types d’engrenages

Les engrenages d’une pompe à engrenages externes se répartissent généralement en trois catégories : les engrenages droits, les engrenages hélicoïdaux et les engrenages à chevrons.

  • Engrenages droits : Les engrenages droits ont des dents parallèles à l’axe de l’engrenage et sont le plus souvent utilisés dans des applications où le liquide a des propriétés lubrifiantes et/ou la pompe fonctionne en sens inverse.
  • Hélicoïdale : les dents d’une pompe à engrenages hélicoïdaux sont légèrement inclinées (généralement de 3 à 10 degrés) par rapport à l’arbre. Cette hélice permet aux dents de l’engrenage de s’engager progressivement l’une dans l’autre pendant la rotation, ce qui améliore la durée de vie et réduit le bruit. Les excellentes caractéristiques d’auto-amorçage d’un engrenage hélicoïdal sont similaires à celles d’un engrenage droit.
  • Engrenage à chevrons : Les engrenages à chevrons ont généralement une forme en « V » au niveau des angles d’hélice, ce qui permet d’équilibrer la force axiale. Ces engrenages sont plus coûteux à produire et sont généralement utilisés dans les assemblages de transmission de puissance et/ou les pompes hydrauliques à très haute pression.
Pompes DPP à engrenages hélicoïdaux à chevrons

Les engrenages d’une pompe à engrenages externes peuvent être droits, hélicoïdaux ou à chevrons.

Avantages d’une pompe à engrenages externes

Les pompes à engrenages externes fonctionnent à des rendements hydrauliques élevés et sont très compactes. Elles peuvent fonctionner en marche avant et en marche arrière, sont auto-amorçantes et ont donc une grande capacité de levage à sec.

Le débit et la pression sont directement proportionnels à la vitesse et offrent un débit régulier et sans impulsion. Elles peuvent pomper une large gamme de viscosités de fluides avec des températures relativement élevées.

Les pompes à engrenages à couplage magnétique constituent une sous-catégorie importante de pompes à engrenages. Ces pompes n’ont pas de joint dynamique, ce qui leur confère une longue durée de vie sans risque de fuite externe.

Limites d’une pompe à engrenages externes

Les pompes à engrenages externes reposent sur des roulements internes qui portent les engrenages. Le fluide lubrifie les surfaces de contact, de sorte que les pompes ne doivent pas fonctionner « à sec » pendant des périodes prolongées. Les jeux internes serrés qui rendent les pompes si efficaces peuvent être endommagés par le passage de solides durs. Ces jeux serrés permettent également à la pompe de générer des vides d’entrée élevés qui, s’ils ne sont pas surveillés, peuvent endommager les surfaces internes par cavitation.

Il est essentiel de tenir compte des capacités de conception de la pompe pour assurer son bon fonctionnement. Une rotation trop lente de la pompe peut empêcher le fluide de créer les couches limites de liquide nécessaires pour maintenir un faible frottement et augmenter la durée de vie. Le fait de ne pas prévoir le jeu nécessaire à la dilatation thermique peut créer des problèmes à haute température. Une pompe à engrenage externe continuera à augmenter la pression en aval en cas de blocage. Il est donc fortement recommandé de surveiller la pression en aval pour éviter d’endommager la pompe et/ou le système.

Les pompes à engrenages ne sont pas recommandées pour une utilisation avec des fluides thixotropes. Les ingénieurs de Diener pourront vous porter conseil sur ces points et d’autres possibilités.

Matériaux de construction / Options de configuration

Comme l’indique la liste suivante, les pompes à engrenages peuvent être construites dans une grande variété de matériaux. Une durée de vie supérieure et un coût optimisé peuvent être obtenus en faisant correspondre précisément les matériaux de construction au liquide. Alors que les pompes à engrenages externes sont généralement en fonte, des matériaux plus récents permettent à ces pompes de traiter des liquides tels que l’acide sulfurique, l’hypochlorite de sodium, le chlorure ferrique, l’hydroxyde de sodium et des centaines d’autres liquides corrosifs.

  • Externes (tête, corps, support) – Fer, fonte ductile, acier, acier inoxydable, alliages supérieurs, composites, PPS, ETFE
  • Arbres – Acier, acier inoxydable, hauts alliages, céramique d’alumine, PEEK
  • Engrenages – Acier, acier inoxydable, carbures, PTFE, PPS, PEEK
  • Bagues/roulements – Carbone, bronze, carbure de silicium, roulements à aiguilles, PEEK,
  • Joint d’arbre – Garniture, joint à lèvre, garniture mécanique de composant, accouplement magnétique

Ce qui distingue les pompes à engrenages de haute qualité

Longue durée de vie

Les pompes à engrenages sont connues pour leur durée de vie relativement longue. C’est pourquoi, chez Diener Precision Pumps, nous fournissons toujours une assistance complète à nos clients afin d’adapter au mieux la conception de leur pompe sur-mesure à leur application. Les considérations clés à prendre en compte pour la conception sont les suivantes : dimensions appropriées des paliers, voies de lubrification suffisantes des paliers et de l’arbre, qualité élevée des engrenages et sélection correcte des matériaux d’engrenage.

Du point de vue de l’application, il est important de tenir compte du type de fluide, de la propreté, de la pression, de la vitesse et de la température. La durée de vie d’une pompe est proportionnelle à tous ces facteurs. C’est pourquoi notre équipe de conception et d’ingénierie travaille en étroite collaboration avec nos clients pour optimiser la conception et les caractéristiques de la pompe et garantir une usure minimale, une longue durée de vie et des performances optimales.

Performances répétables

Les pompes à engrenages Diener sont fabriquées avec des tolérances de l’ordre du micromètre, ce qui garantit des performances fiables et reproductibles d’une pompe à l’autre. Ceci est particulièrement important pour les applications où la pompe doit fournir des débits dans une plage de vitesse étroite. C’est également important pour les applications « on/off » dans lesquelles la pompe est soumise à des pressions élevées pendant de courtes périodes – par exemple, les distributions à haute pression avec des cycles on/off.

Sans fuite

La plupart des pompes à engrenages externes utilisent un joint d’arbre pour éviter les fuites. Les joints sont un composant d’usure et donc un élément limitant la durée de vie de la conception. La plupart des pompes à engrenages de précision de Diener utilisent un accouplement magnétique au lieu d’un joint, ce qui garantit une plus grande compatibilité chimique et une longue durée de vie.

 

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Grâce à leur excellente précision de distribution, les pompes doseuses de la série Precision sont parfaites pour une utilisation en dialyse, par exemple. Ils sont également disponibles dans la version double précision.
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