Fonctions de l'huile dans les pompes à vide rotatives à palettes : étanchéité, lubrification et refroidissement

Si une pompe à vide à palettes rotatives à joint d'huile cale à 5 mbar au lieu de descendre jusqu'à sa pression ultime nominale proche de 0,5 mbar, un technicien expérimenté vérifie l'huile avant de toucher les palettes, le moteur ou l'accouplement. Dans cette conception de pompe, l'huile est un élément de travail à l'intérieur de la chambre de pompage plutôt qu'un lubrifiant tamponné sur les bords, et le vacuomètre est généralement le premier endroit où une fonction d'huile défaillante se manifeste.

Comprendre ce que fait réellement l'huile rend la sélection de l'huile, la surveillance de l'état et les intervalles de changement beaucoup plus faciles à défendre, que vous achetiez des pompes ou que vous les utilisiez 24 heures sur 24.

Où va réellement l’huile à l’intérieur de la pompe

Une pompe à vide à palettes rotatives est une machine volumétrique. Un rotor excentrique tourne à l'intérieur d'un stator cylindrique et des aubes coulissant dans des fentes découpées à travers le rotor divisent l'espace rotor-stator en chambres qui se développent à l'entrée et se rétrécissent vers l'échappement. Sans segments de piston ni joints dynamiques sur lesquels s'appuyer, la machine dépend de jeux de seulement quelques centièmes de millimètre pour rester efficacement fermés - et l'huile, introduite en continu dans la chambre de pompage, est ce qui les ferme. Une fois à l’intérieur, il migre vers quatre espaces critiques :

• les pointes d'aubes en appui contre la paroi du stator,
• les extrémités des aubes coulissent dans les fentes du rotor,
• le jeu en forme de croissant entre rotor et stator,
• le siège de soupape d'échappement, qui doit rester fermé contre le vide entre les cycles de compression.

1. Un film d'huile scelle la pointe de l'aube contre la paroi du stator.
2. L'huile assure le jeu le plus large, du côté aspiration du rotor.
3. L'huile inonde le croissant étroit où le rotor touche presque le stator.

Le même principe d'aube fonctionne également à pression positive : c'est le cœur du ventilateur à palettes rotatives et coulissantes, qui déplace l'air propre dans le traitement de l'eau et dans les applications pneumatiques à basse pression où les exigences d'étanchéité sont beaucoup plus douces. Sous vide, la géométrie identique devient impitoyable : tout espace que le film d’huile ne peut pas combler apparaît directement comme une perte de pression ultime.

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Les quatre fonctions de l'huile dans une pompe à vide à palettes rotatives

Scellement

Scellement is the function that makes vacuum possible. The oil film between vane tip and stator is only microns thick, yet it holds back a pressure difference of up to roughly 1,000 mbar between adjacent chambers. If the film breaks, gas slips backward from the compression side to the inlet side; the pump keeps turning while the needle refuses to fall. Oil also keeps the exhaust valve seated until chamber pressure exceeds it.

Lubrification

Chaque aube glisse hors de sa fente et longe la paroi du stator deux fois par tour à une vitesse de glissement réelle. La couche d'huile remplace le contact métal sur métal par une friction fluide, maintient l'usure des aubes et des fentes prévisible et sert également aux roulements du rotor et aux joints d'arbre. Une pompe à court d’huile utilisable annonce le problème de manière audible – un hochet ou un coup – bien avant qu’elle ne se grippe.

Refroidissement

L'huile absorbe la chaleur de compression du gaz et la transporte vers le corps de la pompe, ou vers un circuit externe ou refroidi par eau sur les modèles plus grands, et éteint le point le plus chaud de la machine : le gaz comprimé s'échappant par la vanne. C'est pourquoi la température du carter d'huile est considérée comme un indicateur de santé, de nombreux fabricants spécifiant des températures maximales du carter comprises entre 80 et 95 °C. Là où les circuits d’eau de l’usine sont déjà en place, un système de refroidissement par circulation maintient la température de l’huile – et donc sa viscosité – stable pendant de longs cycles d’utilisation.

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Protection contre la corrosion

Enfin, chaque surface interne porte un film d'huile qui retient les condensats et les vapeurs agressives du métal nu. Ceci est particulièrement important après un service humide ou un arrêt : l'eau résiduelle se condense à mesure que la pression s'égalise, et une pompe non protégée peut rouiller instantanément pendant la nuit, puis déchirer ses aubes au prochain démarrage.

Qu'est-ce qui sépare l'huile de pompe à vide de l'huile ordinaire

La propriété la plus importante est la pression de vapeur, et non les additifs extrême-pression. Si une pompe est conçue pour atteindre 0,01 mbar, l'huile elle-même doit rester en dessous de cette pression de vapeur à la température de fonctionnement, sinon la pompe émet de la vapeur d'huile et ne descend jamais. Les huiles à palettes rotatives dédiées sont donc des qualités minérales hautement raffinées, le plus souvent ISO VG 46 à VG 68, avec des variantes sous vide fin distillées davantage jusqu'à ce que leur pression de vapeur se situe plusieurs fois en dessous de la pression ultime nominale de la pompe.

La viscosité tire dans la direction opposée. Une huile trop fine perd son étanchéité à la température de fonctionnement ; une huile trop épaisse rend les aubes lentes lors des démarrages à froid, augmente la consommation de puissance et surcharge le séparateur de brouillard d'huile d'échappement. Les qualités synthétiques – esters ou perfluoropolyéther pour les produits chimiques agressifs – prolongent les intervalles de changement et résistent à l'oxydation, pour un prix plusieurs fois supérieur.

La vanne de lest d'air fonctionne directement avec l'huile. En service humide, l'ouverture du ballast admet un peu d'air dans l'étage de compression afin que la vapeur d'eau sorte par l'échappement avant de se condenser dans l'huile - la défense standard contre l'émulsion laiteuse décrite ci-dessous, au prix d'une pression ultime atteignable légèrement plus élevée.

Comment l’huile de pompe se dégrade – et combien coûte chaque panne

L'huile d'une pompe à palettes rotative vit à l'intérieur du processus : tout ce qui est absorbé par l'entrée finit en contact avec lui. Quatre modèles de dégradation sont à l'origine de la plupart des appels de service liés à l'huile :

• La vapeur d’eau forme une émulsion bronzée à laiteuse. L’huile émulsionnée perd d’abord sa capacité d’étanchéité, de sorte que la pression ultime augmente quelques jours avant l’apparition de tout symptôme mécanique.
• Les solvants et les hydrocarbures diluent l’huile, amincissant les joints et augmentant le reflux dans la chambre.
• La poussière et les particules d'usure agissent comme une pâte de rodage entre les aubes et le stator, accélérant l'usure et le rayage des fentes.
• L'oxydation et le vernis dus à une surchauffe prolongée rendent les aubes collantes et augmentent le couple de démarrage.

La réponse pratique est routinière plutôt qu’héroïque. Vérifiez le niveau et la couleur de l'huile à travers le voyant chaque semaine, faites fonctionner le lest d'air après des lots humides, changez l'huile chaude pour que les contaminants en suspension partent avec elle et remplacez le séparateur de brouillard d'huile à l'intervalle spécifié par le manuel. Attendez-vous à un premier changement précoce – généralement au cours des 100 à 500 premières heures de fonctionnement, tandis qu'une pompe neuve élimine les particules de rodage – puis à des intervalles d'environ 1 000 à 4 000 heures en fonction de la qualité de l'huile et de la propreté du processus. Mesurée par rapport à un kit d'aubes grippé ou à un stator rayé, une vidange d'huile est la ligne la moins chère du programme d'entretien.

Quand le processus est meilleur sans pétrole

Tout ce que l'huile fait bien à l'intérieur de la pompe définit sa faiblesse à la limite du vide : une trace d'huile est toujours présente dans le trajet des gaz, sous forme de reflux dans la chambre ou de brouillard dans l'échappement. Dans les emballages alimentaires, la lyophilisation pharmaceutique, l’électronique et les instruments de laboratoire, cette trace constitue un risque de contamination et un coût d’exploitation permanent.

Il y a deux réponses. Le premier conserve la pompe étanche à l’huile et gère l’huile avec des séparateurs de brouillard, des systèmes de retour d’huile et des pièges à adsorption. La seconde élimine complètement l'huile de la chambre de pompage : une pompe à vide Roots fait fonctionner une chambre de pompage sèche avec une lubrification des engrenages et des roulements isolée à l'extérieur de l'espace sous vide, c'est pourquoi elle est largement utilisée comme surpresseur sec sur une pompe d'appui étanche à l'huile. Nous examinons ce compromis en comparant les performances d'une pompe à vide Roots avec celles d'une pompe à palettes rotatives dans des applications réelles. Pour les débits secs importants, il convient également de vérifier si les machines à vis sans huile peuvent effectuer directement le vide.

Pompe à vide Roots comme booster sec Offrant 0,6 à 713,8 m3/min avec une chambre de pompage sèche et une lubrification isolée des engrenages, cette pompe Roots augmente les débits importants par rapport à une pompe secondaire à joint d'huile lorsque la propreté du produit ou les coûts d'entretien de l'huile déterminent le choix. Voir le produit →

En tant que fabricant d'unités de pompe à vide Roots et de machines à palettes, nous considérons que cette décision est moins réglée par une préférence technologique que par deux chiffres : le degré de propreté du produit et le coût annuel de l'entretien de l'huile.

Une liste de contrôle pratique pour l’huile

L'huile dans une pompe à vide à palettes rotatives est à la fois l'élément d'étanchéité, le lubrifiant, le liquide de refroidissement et la barrière contre la corrosion, ce qui en fait le consommable le plus important de la pompe. Gérez-le en conséquence :

• Utilisez uniquement la qualité d'huile indiquée dans le manuel de la pompe ; la substitution est une fausse économie au niveau du vide.
• Vérifiez le niveau et la couleur de l'huile chaque semaine et enregistrez en même temps la tendance de la pression ultime.
• Faites fonctionner le ballast de gaz après des lots humides ou riches en solvants pour purger le condensat.
• Changez l'huile à chaud et changez le séparateur de brouillard d'huile avec.
• Traitez l'huile laiteuse, foncée ou mousseuse comme une condition d'arrêt et d'enquête, et non comme une note pour le mois prochain.

Géré de cette façon, le système pétrolier devient une assurance bon marché plutôt qu’un souci récurrent. Si vous spécifiez un équipement sous vide pour la production de tissus, le service dans une usine de traitement des eaux usées ou un autre processus continu et que vous souhaitez un deuxième avis sur la sélection ou la planification de la maintenance liée à l'huile, notre équipe d'ingénieurs aide les clients depuis la sélection du modèle jusqu'à l'installation et le service de nouvelle visite - une habitude construite sur trois décennies d'héritage de machines Roots et à palettes.