Sté Netzsch Frères
La pompe à rotor excentré tient son origine d’un inventeur français : le Dr Moineau qui, en 1939, publia une thèse intitulée « Un nouveau capsulisme » dans laquelle il décrivait son fonctionnement.
Un principe très simple
La pompe à rotor excentré repose sur deux éléments essentiels constituant sa partie active : le rotor et le stator (figure 1). Le rotor est une vis à filet rond à long pas simple d’une section qui peut s’échelonner de 6 à 200 mm. Le stator, pour sa part, se caractérise par deux vis dont le pas est deux fois plus important que celui du rotor.
D’une façon générale, le rotor est réalisé dans des matériaux durs et résistants tels que l’acier trempé ou des aciers inoxydables 304 ou 316. Le stator, quant à lui, est fabriqué dans des matériaux souples du type élastomère tels que : butadiène, nitrile, néoprène, éthylène-propylène, viton, silicone etc., aux caractéristiques physiques bien spécifiques.
Lorsque les deux pièces tournent l’une dans l’autre, des cavités se forment autour du rotor en transitant de l’aspiration de la pompe vers son refoulement (figure 2), chacune étant pratiquement étanche. Cette caractéristique confère à la pompe à rotor excentré un excellent pouvoir doseur et un remarquable pouvoir d’aspiration et de refoulement (NPSH pouvant atteindre 1 à 2 mCE).
D’autre part, la pompe à rotor excentré possède la faculté de pouvoir véhiculer des produits très fortement visqueux, ne coulant pratiquement pas et dont la charge en matières sèches et solides peut atteindre des proportions très importantes, tels que les boues en sortie de filtre-presse (figure 3).
Son principe de fonctionnement permet de véhiculer toutes sortes de produits, pratiquement sans pulsations, ce qui la rend parfaitement fiable, tout en ménageant considérablement le produit à véhiculer, sans le cisailler ni le malaxer, le produit gardant ainsi sa structure d’origine.
La pression différentielle maximum est proportionnelle au nombre de pas du rotor et du stator. Ainsi, il est possible d’obtenir, dans certaines réalisations, des valeurs atteignant 75 bars.
La pompe étant parfaitement volumétrique, la pression au refoulement n’a qu’une faible influence sur son débit. Celui-ci correspond à une variable en fonction de la section du rotor. Dans une cylindrée donnée le débit de la pompe varie en fonction de la vitesse de rotation.
Le couple nécessaire à la rotation est transmis de l’arbre d’entraînement vers le rotor par un système de bielle et articulations. Le mouvement rotatif concentrique de l’arbre d’entraînement est ainsi transformé en un mouvement rotatif excentré au niveau du rotor. Différents types d’articulations peuvent être utilisés à cet effet, la plus courante restant le modèle à cardans ; des systèmes mécaniques peuvent également être employés tels que l’articulation à dentures permettant de fonctionner à grande vitesse tout en transmettant des couples importants, ou l’articulation à croisillons pour des très fortes cylindrées (300 m³/h et plus). Lorsque les produits à véhiculer sont de forte viscosité et présentent une importante siccité (pouvant dépasser 35 % de matières sèches), par exemple dans le cas de boues urbaines, la pompe à rotor excentré peut être munie d’une trémie à son aspiration et d’une vis de gavage facilitant son alimentation.
Ceci peut être rendue solidaire de la bielle de la pompe ou bien être totalement indépendante de celle-ci, afin de rester parfaitement dans l'axe de la pompe. Cette dernière exécution permet de véhiculer des produits d'une extrême viscosité. Un système antivolute peut y être adjoint, situé dans le même plan horizontal que la vis de gavage, au fond de la trémie (figure 4), ce qui favorise la migration des produits aérés ou collants vers la partie active de la pompe.
Lorsque l'aspiration des produits s'effectue par la pompe, entre le palier de l'arbre d'entraînement et la zone stator-rotor, le grand avantage de ce système consiste à ne pas mettre sous pression les éléments d’étanchéité de l’arbre d’entraînement et des articulations ; en effet, l'étanchéité d'arbre (pouvant être du type à presse-étoupe ou à garniture mécanique simple ou double avec liquide de barrage) n'est alors soumise qu'à la pression statique du produit à son entrée dans la pompe. Il est ainsi possible de refouler un produit à la pression de 70 bars mesurée à la sortie de la pompe, et d’avoir une pression pratiquement nulle au niveau du corps de pompe dans lequel se trouvent les articulations et les systèmes d’étanchéité d’arbre. Cet avantage permet d'équiper la pompe à rotor excentré de systèmes d’étanchéité efficaces et peu coûteux.
De par son principe, la pompe à rotor excentré possède une possibilité de fonctionnement réversible ; ainsi, il est possible d’installer cette pompe en position verticale en partie immergée, ou bien horizontale, en aspirant ou refoulant alternativement par le même orifice.
D’autre part, le mode de conception de la pompe, sans frottement de pièces métalliques, conduit à un fonctionnement en douceur parfaitement silencieux (apprécié notamment dans les stations d’épuration).
Compte tenu de la faible section des pièces en mouvement, l'inertie de la pompe à rotor excentré est extrêmement réduite, ce qui lui assure une grande souplesse de fonctionnement et une précision tout à fait remarquable.
La pompe à rotor excentré et la pollution
Aujourd’hui plus que jamais, les regards sont tournés vers les industries polluantes et vers les cités embarrassées de leurs déchets. Pourtant, nombreux et fort coûteux sont les moyens mis en œuvre pour véhiculer, transformer, éliminer toutes ces matières indésirables qui ne sont que sources de pollution. La pompe à rotor excentré prend une grande part dans cette lutte dont l’activité ne cesse de se développer : ne voit-on pas se multiplier et se développer les stations d’épuration et les usines de traitement des ordures, de récupération des déchets chimiques, organiques et végétaux dont le volume augmente chaque jour un peu plus…
De plus, nul n’est réellement à l’abri des risques de catastrophes, et là encore, la pompe à rotor excentré est également disponible avec les équipes d’intervention qui mettent à profit son excellent pouvoir d’aspiration et son aptitude à véhiculer des produits corrosifs et agressifs.
Une pompe efficace à tous les stades du traitement des effluents et des déchets
Dans les stations de traitement des déchets ou les stations d'épuration, la pompe à rotor excentré se justifie à tous les stades des transferts, tant au niveau des boues primaires (figure 5) ou des boues floculées, en passant par le dosage des polymères, ou du transfert des boues en sortie de séparateur vers les zones de stockage ou de transformation.
Ses capacités à véhiculer des produits à très forte teneur en matières sèches et en parties solides sont impressionnantes : les plus caractéristiques peuvent être rencontrées dans les stations de traitement des abattoirs, les sucreries ou les papeteries (figure 6) où son extrême simplicité de fonctionnement et d’entretien permet son utilisation comme pompe de transfert, de dépotage ou de remplissage pour produits abrasifs et corrosifs dont la viscosité peut se situer aux extrêmes limites du pompage.
Dans le processus du traitement des fumées et des gaz, elle joue un rôle important, principalement au stade de la désulfuration du gaz naturel et du transfert des boues de filtration des fumées dont les caractéristiques abrasives et corrosives sont fort importantes.
Par ailleurs, il est courant de rencontrer ce type de pompe dans les chantiers de travaux publics où elles sont utilisées pour évacuer les eaux de nappes d'infiltration, ou des boues fortement chargées, le cas échéant au moyen d'équipements mobiles entraînés par moteur thermique.
Des installations similaires sont également utilisées avec des moteurs électriques pour le transfert ou l'injection de mortier de ciment.
Un moyen de pompage économique et simple d'entretien
La pompe à rotor excentré est un matériel dont la simplicité de fonctionnement permet une maintenance peu onéreuse n'exigeant pas de personnel qualifié. Le stator de la pompe est la principale pièce d’usure. Sa construction en matériaux élastomère permet de concentrer la plus importante corrosion sur cette pièce dont le remplacement reste peu coûteux et le démontage des plus aisé.
Des stators spéciaux permettent de prolonger la durée de la vie du stator et du rotor en cas d’usure importante, en compensant le jeu intervenu entre les deux pièces. Leur principe consiste à comprimer les zones actives du stator grâce à un système de vis de serrage ; ainsi, la géométrie globale du stator n’est pas modifiée et ne provoque pas d’efforts supplémentaires sur les parties tournantes de la pompe, grâce à quoi la durée de vie des pièces est considérablement accrue.
Le phénomène inverse peut être compensé suivant le même principe ; en effet, lorsqu’il s’agit de véhiculer des produits à température élevée, la dilatation des matériaux constituant le rotor et le stator peut provoquer le blocage du rotor. En relâchant la pression exercée sur les parties actives du stator, la matière souple se détend vers l'extérieur du stator et permet de rétablir le jeu nécessaire entre les deux pièces.
L’utilisation de la pompe à rotor excentré est devenue omniprésente dans tous les domaines du pompage et notamment dans ceux intéressant l'assainissement et le traitement des eaux, et son essor n’a cessé de se confirmer au cours de ses cinquante années d’existence.
Grâce à la mise au point de nouveaux matériaux souples, à l'amélioration de son mécanisme et de ses composants, elle devient une véritable « pompe à tout faire », toujours plus sollicitée, et qui peut assurer les missions les plus imprévues dans le domaine du pompage.
