Que ce soit pour l’industrie agroalimentaire, pharmaceutique ou chimique, pour l’ingénierie de process, le traitement des métaux ou encore l’industrie automobile : dans de nombreuses branches de l’industrie, des process de production très diversifiés nécessitent un gaz avec une pression bien en dessous de la pression atmosphérique. Une pression de -700 mbar (300 mbar abs.) est considérée comme une pression négative (dépression). En dessous de 300 mbar de pression absolue, le domaine du vide commence. Il est subdivisé en vide grossier, poussé et profond.
En technologie, du vide nous travaillons avec des pressions absolues en millibars (mbar). L’ajout du mot « absolu » signifie que la valeur se rapporte au vide absolument parfait. Le vide parfait a une pression de 0,0000,000 0 mbar absolu. Dans le domaine de la technologie du vide, la pression absolue est toujours indiquée de sorte que, en général, l’indice « abs » puisse être supprimé.Dans les usines, vide grossier, poussé et profond peuvent être atteints économiquement si des groupes de pompes sont utilisés. Ces groupes de pompes vides fonctionnent en minimum deux étapes. Les pompes vides et les surpresseurs à pistons rotatifs fonctionnent ensemble. Aerzener Maschinenfabrik GmbH, fabricant de surpresseurs à pistons rotatifs depuis 1868, fabrique également des surpresseurs à pistons rotatifs spécialement conçus pour la production de vide depuis 1940. Ainsi, AERZEN est un pionnier de cette technologie. Aujourd’hui, la société est un fabricant leader du marché mondial possédant une vaste gamme de surpresseurs à pression négative et de surpresseurs vides. Cette réussite est due à la compétence technique, à la fabrication haute précision, aux évolutions permanentes, au personnel expérimenté et au dialogue continu et intense avec les clients. Pour la production d’une pression négative allant jusqu’à 500 mbar abs. AERZEN fournit des surpresseurs à pistons rotatifs de la gamme Delta Blower G5. Les nouveaux compresseurs à vis de la gamme Delta Hybrid génèrent même des pressions négatives jusqu’à 300 mbar abs. Les pressions négatives jusqu’à 500 mbar abs. ou jusqu’à 300 mbar abs. sont obtenues en une seule étape.
Cependant, les pressions négatives en dessous de 300 mbar abs. ne peuvent être obtenues qu’en deux étapes, par une pompe vide combinée à un surpresseur vide à pistons rotatifs. Le débit exigé par l’opérateur, que l’on appelle point de fonctionnement, est donc atteint sans problème. Au cours de la première étape, la pompe vide réduit la pression du produit disponible dans un réservoir ou une pièce jusqu’à atteindre un vide préalable de, par ex. 200 mbar abs. Ensuite, lors de la deuxième étape, le surpresseur à pistons rotatifs se met en marche et réalise le vide final ou le débit nécessaire, grâce à son fonctionnement continu avec la pompe vide. Le futur utilisateur de l’usine de vide (par ex. une aciérie en Chine) indique au fabricant de la pompe (par ex. un fabricant d’usine allemand) tous les paramètres essentiels de l’usine souhaitée :
Par ailleurs, le fabricant du groupe de pompes sélectionne avec AERZEN la pompe vide adaptée et le surpresseur vide adapté.
Selon l’application, des pompes à vide à anneau liquide ou des pompes à bec contrôlables pour les gaz neutres sont utilisées comme groupe de pompe vide. Des pompes vides à vis peuvent être nécessaires pour les applications de qualité supérieure de l’industrie chimique d’évacuation des gaz process. En tant que spécialiste doté d’une longue expérience, AERZEN possède de nombreux documents de performance pour tous les systèmes de pompe, conseille le fabricant de la pompe pour qu’il choisisse le meilleur système de pompe vide et sélectionne le surpresseur vide adéquat AERZEN à pistons rotatifs en étroite coopération avec lui. Pour respecter les paramètres exigés par l’utilisateur de la pompe, la pompe vide et les surpresseurs vides d’AERZEN sont appariés de façon optimale, en termes énergétiques et thermiques.
La figure 1 présente dans un calcul théorique l’interaction de la pompe à prévide (ligne orange) avec le surpresseur vide AERZEN de la gamme GMa (ligne verte), comme solution en deux étapes. Cependant, afin de réduire la durée de pompage, n peut aussi envisager des solutions en plusieurs étapes, avec une pompe vide et plusieurs surpresseurs vides fonctionnant successivement. Sur l’axe des x, la fourchette de pression de la pompe vide et du surpresseur vide ; sur l’axe des y, les débits. Dans cet exemple, la pompe vide commence d’abord à travailler seule. Lorsqu’un vide de 200 mbar abs a été atteint, le surpresseur vide d’AERZEN se met en marche. Jusqu’à un certain point, à 1 mbar, la courbe verte progresse considérablement. Au point de fonctionnement, le débit de combinaison est d’environ 1 750 m³/h. Les deux fourchettes de pression thermique critiques apparaissant les premières dans ce calcul théorique peuvent être corrigées en modifiant les paramètres dans le programme de conception, afin que la combinaison de pompe vide et surpresseur vide d’AERZEN sélectionnée pour cet exemple garantisse le point de fonctionnement nécessaire (c’est-à-dire 1 mbar dans ce cas-ci), et puisse être utilisée de la sorte. Sur la base de cette procédure, en observant les limites thermiques et en utilisant la meilleure combinaison possible de pompe vide et de surpresseur vide, le fabricant de la pompe et AERZEN respectent les paramètres de la pompe, qui ont été déterminés par l’utilisateur. AERZEN propose....
La sélection optimale d’une bonne combinaison de pompe vide et de surpresseur vide garantit un pompage rentable et un fonctionnement économique à long terme, de la façon la plus efficace possible en termes d’énergie.
AERZEN fournit des surpresseurs à vide avec refroidissement de la préadmission (appelés surpresseurs à préadmission) de la gamme mHV en 11 dimensions, pour des débits de prise nominale théorique de 250 à 61 000 m³/h. Leur pression différentielle admissible maximale dépend de la charge thermique correspondante. Les surpresseurs à préadmission sont surtout utilisés pour le vide grossier et la pression négative, soit comme pompe vide, soit à l’étape de pression négative face à l’atmosphère, afin d’atteindre des pressions différentielles en une étape, et pour les ratios de compression élevés dans la fourchette de vide brut allant jusqu’à p2/p1 = 5. Les surpresseurs à préadmission de la gamme mHV sont utilisés de préférence pour parvenir à un fonctionnement continu sans problèmes de surchauffe. C’est la raison pour laquelle l’air atmosphérique ou le gaz déjà refroidi est envoyé dans l’unité du côté de l’évacuation, grâce à un troisième canal de prise, sans ajout de valve, de régulateurs, etc. Lorsque l’on utilise du gaz refroidi, celui-ci est à nouveau refroidi dans un refroidisseur de gaz/air ou un refroidisseur de gaz/eau, installé entre la pompe vide et le surpresseur à préadmission. Les brides du logement des surpresseurs à préadmission sont équipées de joints toriques, et une lubrification par barbotage est prévue pour l’approvisionnement des surpresseurs à vide avec refroidissement, par préadmission et lubrifiant. Les surpresseurs fonctionnent grâce à un moteur directement couplé ou à un engrenage, dans le cas d’une pression différentielle limitée par une courroie étroite. La chambre de transport est étanche, grâce à des joints à bagues chasse-gouttes ; l’arbre de transmission est étanche grâce à des joints radiaux avec une barrière huilée.
Les surpresseurs à refroidissement à air de la gamme HV pour la fourchette de vide de 200 à 10-3 mbar sont disponibles en 12 dimensions pour les débits de prise nominale théorique de 180 à 97 000 m³/h (vitesses allant de 3'000 à 3'600 rpm). Dans une construction de type GMa, ils fonctionnent dans le sens vertical du débit alors que dans le type de construction GLa, ils fonctionnent dans le sens horizontal du débit, ce qui rend possible une conception particulièrement compacte. Les deux types de construction sont utilisés, entre autres, dans le process de revêtement, dans la chimie et l’ingénierie de process, dans les industries de la métallurgie et de l’emballage, dans les centrales vide, dans la compression de l’hélium et les systèmes de détection des fuites, dans la fabrication des lampes, tubes, et équipements solaires, ainsi que dans l’industrie automobile. Pour des applications particulières, des joints spéciaux peuvent être utilisés pour les surpresseurs à lubrification par barbotage à refroidissement à air et les variantes matérielles spéciales, par ex. pour les pièces moulées et lespistons rotatifs. Du fait de leur transmission standard avec une construction à moteur IE 3, les surpresseurs sont très économique et peuvent être utilisés sur de nombreux marchés, entre autres aux USA, au Canada et en Russie. De plus, ils sont adaptés à la conversion de fréquence. Les moteurs sont raccordés directement aux surpresseurs. Un joint à bagues chasse-gouttes évite la pénétration de l’huile depuis les chambres de palier dans la chambre de transport. Une grande chambre neutre avec des canaux de condensation est également installée. Pour obtenir un meilleur effet de purge, la chambre neutre peut être purgée à l’aide d’un gaz d’étanchéité. Une caractéristique unique des surpresseurs vides de la gamme HV est qu’ils peuvent, en option, être fabriqués dans le respect de la norme ATEX 94/9/CE. Ils proposent une résistance aux pics d’explosions jusqu’à 13 bar, fonctionnent sans régulation de dérivation et sont les seuls surpresseurs vides pour la zone 0 (en interne) et pour la catégorie de température T4 (en externe). Pour un meilleur process de sécurité, l’option d’arrêt de la surveillance en dessous de 50 mbar est possible.
Les surpresseurs à moteur canné AERZEN de la gamme CM (pour les gaz agressifs) et HM (pour les gaz neutres) sont adaptés à un fonctionnement permanent, permettent des durées de pompage très courtes et sont utilisés en technologie du vide poussé industriel pour une fourchette de vide de 200 à 10-5 mbar. Ces surpresseurs fonctionnent avec une transmission hermétique, car l’arbre de transmission est scellé par un moteur canné intégré, sans connexion à l’atmosphère. En doublement presque la vitesse de 6'000 à 7'200 rpm tout en conservant les dimensions, on obtient des cycles de pompage très courts qui se mesurent en secondes, ce qui conduit à une accélération importante du process de production pour l’utilisateur. Même si, pour augmenter encore la performance, deux pompes vides et un surpresseur à moteur canné sont intégrés dans la pompe, tout le groupe se distingue toujours par une conception particulièrement compacte, ce qui constitue un avantage particulier des systèmes multiples avec plusieurs pompes. Les surpresseurs à moteur canné fabriqués par AERZEN sont disponibles
Ces systèmes sont mis en place pour la génération de vide industriel, par exemple dans les domaines de la chimie ou de l’ingénierie de process, du revêtement par feuille et verre, de l’évacuation d’hydrogène, ou des systèmes de détection des fuites d’hélium, ainsi que dans toutes les situations où des fuites doivent absolument être évitées. De plus, ces surpresseurs sont utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs, dans la microélectronique, dans la fabrication des écrans plats, et dans les technologies laser et solaire. Les surpresseurs peuvent produire dans les deux sens — vertical et horizontal Du fait du refroidissement à eau standard, ils conviennent à une application dans des conditions de salle blanche. Une excellente résistance mécanique (jusqu’à 230 mbar) réduit les durées de pompage. L’application d’un convertisseur de fréquence rend possible une fourchette de contrôle élevée (1:5) et, par conséquent, l’utilisation de surpresseurs de dimensions inférieures. Grâce à différentes variantes de moteur pour des opérations en réseau, cycliques et continues, une solution individuelle peut toujours être trouvée, même pour des applications spéciales.
Pour une conception optimale du groupe de pompes de génération de vide, il n’y a pas de solutions toutes faites, car les paramètres de performance de la pompe vide et du surpresseur à pistons rotatifs doivent être appariés de façon optimale. Ce n’est qu’alors que la pompe va permettre d’obtenir les paramètres exigés par l’utilisateur et le point de fonctionnement indiqué. Par conséquent, la solution optimale ne peut être atteinte que grâce à des conseils avisés d’AERZEN, fournisseur du surpresseur vide nécessaire, et du fabricant de la pompe qui achète la pompe vide et le surpresseur vide à des fournisseurs externes. Grâce à un logiciel avancé, ARERZEN inspecte la combinaison qui se compose d’une pompe vide et du surpresseur vide d’AERZEN, prévu ou indiqué par le fabricant de la pompe. « Nous faisons particulièrement attention à éviter les fourchettes de pression thermique critique et à proposer les meilleurs ratios de gradation en termes énergétiques. » AERZEN respecte le principe suivant : « nous conseillons le fabricant de la pompe non seulement au sujet de l’application du vide de process, mais aussi au sujet de la conception de tout le groupe de pompes. »
Auteur : Norbert Barlmeyer, journaliste spécialisé dans la technologie de l’air comprimé, Bielefeld
