Que ce soit pour l’industrie alimentaire, l'industrie pharmaceutique, l'industrie chimique, l’ingénierie des procédés, le traitement des métaux ou l’industrie automobile : dans de nombreux secteurs industriels, la plupart des procédés de fabrication différents 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 bas 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 mbar absolu. Dans la technologie du vide, la pression absolue est toujours indiquée, de sorte qu'en général, on peut laisser tomber l'indice « abs ».Dans les usines, le vide grossier, fin et poussé peut être atteint en toute rentabilité si lesdits ensembles de pompage sont utilisés. Ces groupes de pompes à vide fonctionnent moyennant un minimum de deux étages. Les pompes auxiliaires et les surpresseurs à déplacement positif fonctionnent ensemble. Aerzener Maschinenfabrik GmbH, fabricant de surpresseurs à déplacement positif depuis 1868, fabrique également des surpresseurs à déplacement positif 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 fonctionnant en vide. Cette réussite est attribuable à la compétence technique, à la fabrication de haute précision, aux évolutions permanentes, au personnel chevronné 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 déplacement positif de la gamme Delta G5. Les nouveaux compresseurs à pistons rotatifs 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 un seul étage.
Cependant, les pressions négatives en dessous de 300 mbar abs ne peuvent être obtenues qu’en deux étages, par une pompe auxiliaire combinée à un surpresseur fonctionnant en vide. Le débit exigé par l’exploitant, que l’on appelle point de fonctionnement, est donc atteint sans problème. Au premier étage, la pompe à vide réduit la pression du produit disponible dans un réservoir ou une pièce jusqu’à atteindre un vide préalable de, par exemple, 200 mbar abs. Ensuite, au deuxième étage, le surpresseur à déplacement positif se met en marche et réalise le vide final ou le débit nécessaire, grâce à son fonctionnement continu avec la pompe à vide. Le futur utilisateur de l’installation de vide (par exemple, une aciérie en Chine) indique au fabricant de la pompe (par exemple, 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 à vide adaptée et le surpresseur fonctionnant en vide adapté.
Selon l’application, des pompes à vide à anneau liquide, des pompes rotatives à ailettes ou des pompes à bec contrôlables pour les gaz neutres sont utilisées comme groupe de pompe à vide. Des pompes à vide à vis peuvent être nécessaires pour les applications de qualité supérieure de l’industrie chimique d’évacuation des gaz de procédés. 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 à vide et sélectionne le surpresseur fonctionnant en vide adéquat d'AERZEN à déplacement positif en étroite coopération avec lui. Pour respecter les paramètres exigés par l’utilisateur de la pompe, la pompe à vide et les surpresseurs fonctionnant en vide 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 fonctionnant en vide d'AERZEN de la gamme GMa (ligne verte), comme solution à deux étages. Cependant, afin de réduire la durée de pompage, on peut aussi envisager des solutions à plusieurs étages, avec une pompe à vide et plusieurs surpresseurs en vide fonctionnant successivement. Sur l’axe des x, la fourchette de pression de la pompe à vide et du surpresseur fonctionnant en vide; sur l’axe des y, les débits. Dans cet exemple, la pompe à vide commence d’abord à travailler seule. Lorsqu’un vide de 200 mbar abs a été atteint, le surpresseur fonctionnant en 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 sélectionnée de pompe à vide et de surpresseur fonctionnant en vide d’AERZEN pour cet exemple assure le point de fonctionnement nécessaire (c’est-à-dire 1 mbar dans ce cas-ci), et puisse être utilisée de la sorte. De cette manière, en observant les limites thermiques et en utilisant la meilleure combinaison possible de pompe à vide et de surpresseur fonctionnant en vide, le groupe de pompes 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 à vide et de surpresseur fonctionnant en vide assure un pompage rentable et un fonctionnement économique à long terme, de la façon la plus écoénergétique possible.
AERZEN fournit des surpresseurs fonctionnant en 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 à vide, soit à l’étage de pression négative face à l’atmosphère, afin d’atteindre des pressions différentielles en un étage, 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 problème 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 dans un refroidisseur de gaz-eau, installé entre la pompe à vide et le surpresseur à préadmission. Les brides de la coque des surpresseurs à préadmission sont équipées de joints toriques, et une lubrification par barbotage est prévue pour l’approvisionnement des surpresseurs fonctionnant en 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 à bague radiaux doubles avec 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 tr/min). 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 procédé de revêtement, dans la chimie et l’ingénierie de procédé, dans les industries de la métallurgie et de l’emballage, dans les installations de 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 exemple pour les pièces moulées et lespistons rotatifs. Du fait de leur transmission standard avec une construction à moteur IE 3, les surpresseurs sont très écoénergétiques et peuvent être utilisés sur de nombreux marchés, entre autres aux États-Unis, 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 fonctionnant en vide 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’explosion jusqu’à 13 bar, fonctionnent sans régulation de dérivation et sont les seuls surpresseurs fonctionnant en vide pour la zone 0 (en interne) et pour la catégorie de température T4 (en externe). Pour un meilleur procédé de sécurité, l’option d’arrêt de la surveillance en dessous de 50 mbar est possible.
Les surpresseurs à moteur à stator chemisé d'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 à stator chemisé intégré, sans connexion à l’atmosphère. En doublant presque la vitesse de 6 000 à 7 200 tr/min 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 procédé de production pour l’utilisateur. Même si, pour augmenter encore la performance, deux pompes à vide et un surpresseur à moteur à stator chemisé sont intégrés au groupe de pompes, 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 à stator chemisé 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 procédé, 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, soit vertical et horizontal. Du fait du refroidissement par 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 à vide et du surpresseur à déplacement positif 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 fonctionnant en vide nécessaire, et du fabricant de la pompe qui achète la pompe à vide et le surpresseur fonctionnant en vide auprès de fournisseurs externes. Grâce à un logiciel perfectionné, AERZEN inspecte la combinaison qui se compose d’une pompe à vide et du surpresseur fonctionnant en 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 procédé, mais aussi au sujet de la conception de tout le groupe de pompes ».
Auteur : Norbert Barlmeyer, journaliste spécialisé en technologie de l'air comprimé, Bielefeld
