Sélection des pompes hydrauliques volumétriques - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Sélection des pompes hydrauliques volumétriques

1. Introduction

La grande variété de types de pompes volumétriques qu'on trouve sur le marché peut poser un problème lorsque vient le moment de sélectionner une pompe en particulier.

Afin d'effectuer une sélection judicieuse d'une pompe volumétrique, il importe de cerner les besoins du circuit hydraulique à alimenter.

Au cours de cette étude, vous verrez :

  • quels sont les critères à analyser afin de sélectionner une pompe qui répondra correctement aux besoins d'un circuit hydraulique particulier.

Critères de sélection des pompes hydrauliques volumétriques

Les critères de sélection d'une pompe hydraulique volumétrique sont nombreux et leur importance varie selon le circuit à alimenter.

Par exemple, les critères à considérer lors de la sélection d'une pompe qui alimentera une machine-outil sont :

  • le niveau sonore peu élevé,
  • la faible consommation d'énergie.

Cependant, une pompe hydraulique utilisée à bord d'un avion doit avant tout être fiable et légère.

Notez que les critères qui suivent ne sont pas présentés par ordre d'importance, car l'importance de ces critères varie d'une application à une autre.

2. Débit et cylindrée des pompes hydrauliques volumétriques

Chaque circuit hydraulique requiert un débit ou une certaine quantité de fluide qui dépend du nombre de récepteurs et de la grosseur de la tuyauterie.

Le débit fourni par une pompe dépend :

  • de la vitesse de rotation de la pompe,
  • de la pression existant au refoulement,
  • de la viscosité du fluide à déplacer.

De plus, si le circuit à alimenter requiert un débit constant, une pompe à cylindrée fixe est tout indiquée.

Par contre, si la demande en débit varie selon le cycle de travail du circuit, il faudra choisir une pompe à cylindrée variable.

3. Pression de fonctionnement des pompes hydrauliques volumétriques

La pression dans un circuit hydraulique est due à la résistance à l'écoulement que rencontre le débit.

Cette résistance est créée lors du déplacement d'une charge à l'aide d'un vérin ou d'un moteur hydraulique.

La pression existant dans un circuit hydraulique est un autre facteur qu'il faut prendre en considération puisque le débit fourni par une pompe diminue en fonction de l'augmentation de cette pression.

Illustration de la courbe de débit en fonction de la pression :

Rappel :
Lorsque la pression augmente du côté du refoulement d'une pompe, les fuites volumétriques augmentent.

Lorsqu'un circuit hydraulique nécessite une haute pression, il faut sélectionner une pompe qui pourra supporter cette pression sans qu'il n'y ait augmentation excessive des fuites volumétriques ni usure prématurée ou bris des pièces causés par des contraintes trop élevées.

Généralement, dans le cas de pressions nominales (en fonctionnement continu) qui ne dépassent par 100 bars, on peut choisir n'importe quel type de pompe.

Par contre, s'il est question d'une pression de 300 bars, on sélectionnera une pompe à pistons, car seul ce type de pompe peut supporter des pressions de cet ordre.

4. Vitesse de rotation des pompes hydrauliques volumétriques

La vitesse de rotation d'une pompe hydraulique volumétrique a un effet direct sur le débit fourni par la pompe.

Le débit d'une pompe est fourni par l'équation suivante :

Ou :

Il faut respecter les vitesses de rotation nominale (maximale en fonctionnement continu) et minimale prescrites par le fabricant.

La vitesse de rotation nominale établie par le fabricant est basée sur la limite de capacité de la pompe à aspirer le fluide.

Si la vitesse nominale est dépassée, les alvéoles ne peuvent s'emplir complètement d'huile lors de l'admission. On dit alors qu'il y a cavitation. La cavitation est un phénomène très néfaste pour les parties internes d'une pompe hydraulique volumétrique.

La vitesse de rotation minimale est fixée par le fabricant afin d'optimiser la transformation de l'énergie mécanique de la source motrice en énergie fluidique.

La vitesse minimale doit être respectée afin de s'assurer que, dans le cas d'une pompe à palettes, la force centrifuge soit suffisante pour assurer l'étanchéité entre les palettes et la couronne.

5. Viscosité appliquée aux pompes hydrauliques volumétriques

Le fabricant établit toujours le débit d'une pompe en fonction d'une certaine viscosité du fluide.

Si, pour une application donnée, une huile de viscosité différente est utilisée, il faut prendre quelques précautions avant d'arrêter son choix sur une pompe.

Si une viscosité plus faible est utilisée :

  • il peut survenir un manque de lubrification au niveau des pièces mobiles de la pompe. Il peut alors survenir des bris ou une diminution du rendement total de la pompe.

Si une huile de viscosité supérieure est utilisée :

  • la pompe pourrait aspirer difficilement le fluide, ce qui peut engendrer de la cavitation et endommager gravement la pompe.

Afin de sélectionner l'huile hydraulique adéquate, il importe également de déterminer les conditions de température auxquelles le circuit hydraulique est soumis.

Rappel :
La viscosité d'une huile hydraulique varie en fonction de la température. Si la température est basse, la viscosité augmente. Si la température est haute, la viscosité diminue.

Avant d'arrêter son choix sur une pompe hydraulique, il faut également s'assurer de la compatibilité des joints d'étanchéité de la pompe avec le fluide utilisé.

Les joints d'étanchéité sont fournis en différents matériaux tels que :

  • le caoutchouc,
  • le caoutchouc synthétique,
  • le nylon,
  • l'amiante imprégnée de caoutchouc synthétique,
  • le téflon,
  • et divers plastiques.

Il est primordial de prévoir une filtration adéquate du fluide afin de respecter la propreté prescrite par le fabricant.

La plupart des fabricants recommandent de recourir à une filtration dont la finesse est située entre 10 et 25 µm.

Rendement des pompes hydrauliques volumétriques :

Le rendement total  d'une pompe hydraulique volumétrique se situe entre 75 et 90 %.

Le rendement :

  • des pompes à pistons axiaux et radiaux est élevé,
  • celui des pompes à palettes est moyen,
  • et le rendement des pompes à engrenage est plutôt faible.

Le rendement d'une pompe est fonction :

  • de la vitesse de rotation,
  • de la pression existant au refoulement,
  • et de la viscosité du fluide utilisé.

Lorsque le fabricant indique un rendement, celui-ci correspond nécessairement à des conditions de fonctionnement précises.

Une pompe dont le fabricant annonce un rendement total de 90 % peut offrir un rendement beaucoup plus faible si l'on utilise un autre type de fluide que celui prescrit ou si les conditions de vitesse et de pression diffèrent.

Il faut toujours sélectionner une pompe en s'assurant que les conditions de fonctionnement dans le circuit à alimenter correspondent à un rendement élevé de la pompe.

Niveau sonore des pompes hydrauliques volumétriques :

Les fabricants fournissent parfois dans leurs catalogues des graphiques de niveau sonore établis en laboratoire à une distance de 1 mètre de la pompe où ils indiquent la nature de l'huile utilisée et sa température.

Le bruit engendré par une pompe dépend :

  • du type,
  • de la qualité des pièces,
  • de la cylindrée,
  • de la pression de travail,

et de la vitesse de rotation de la pompe (figures suivantes).

Niveau sonore de pompe à faible cylindrée :

Source : Parker

Niveau sonore de pompe à cylindrée élevée :

Source : Parker

On considère qu'une pompe qui engendre un bruit de 90 dB (décibels) est bruyante, tandis qu'une autre est considérée silencieuse si elle émet un bruit d'environ 60 dB.

Le bruit émis par une pompe croît beaucoup plus rapidement avec une augmentation de la vitesse de rotation qu'avec une augmentation de la pression ou de la cylindrée.

Coût d'achat des pompes hydrauliques volumétriques :

Le coût d'achat d'une pompe est un facteur important.

  • Celui d'une pompe à palettes est généralement plus élevé que celui d'une pompe à engrenage,
  • tandis que celui d'une pompe à pistons est plus élevé que celui d'une pompe à palettes.
  • Notez également que le coût d'une pompe à cylindrée variable est plus élevé que celui d'une pompe à cylindrée fixe.
  • Bien que plus coûteuse, une pompe à pistons est toutefois plus performante et offre un meilleur rendement.

Il ne faut donc pas se baser uniquement sur le coût d'achat d'une pompe pour arrêter son choix.

Critères généraux des pompes hydrauliques volumétriques :

Afin d'éviter de mauvaises surprises, il faut également prendre en considération les critères suivants :

- le type d'accouplement de l'arbre de la pompe (cylindrique à clavette, conique fileté, cannelé) ;

- le type de filet et la disposition des orifices ;

- le type de flasque de la pompe (ovale à 2 trous, carré ou rectangulaire à 4 trous) ;

- les dimensions de la pompe (hauteur, longueur, largeur) ;

- la fiabilité de la pompe ;

- les délais de livraison ;

- la facilité à obtenir des pièces de rechange ;

- la documentation technique disponible ;

- la réputation du fabricant.

Tous ces critères peuvent avoir une influence sur le choix définitif d'une pompe.

En résumé sur la sélection des pompes hydrauliques volumétriques :

A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants :

• Lorsqu'un circuit requiert un débit constant, une pompe à cylindrée fixe est tout indiquée.

• Lorsqu'un circuit requiert un débit variable, on choisit une pompe à cylindrée variable.

• Lorsqu'un circuit hydraulique nécessite une haute pression, il faut sélectionner une pompe qui pourra supporter cette pression.

• Seules les pompes à pistons peuvent supporter de très hautes pressions, c'est-à-dire 300 bars et plus.

• La vitesse de rotation nominale ou maximale en fonctionnement d'une pompe doit être respectée pour éviter tout risque de cavitation de la pompe.

• La vitesse de rotation minimale d'une pompe doit être respectée afin d'optimiser la transformation de l'énergie mécanique en énergie hydraulique.

• Si l'on utilise une huile de viscosité plus faible que celle prescrite par le fabricant, il peut survenir un manque de lubrification au niveau des pièces mobiles de la pompe.

• Si l'on utilise une huile de viscosité supérieure à celle prescrite par le fabricant, la pompe pourrait aspirer difficilement le fluide, ce qui peut engendrer de la cavitation.

• Il faut s'assurer de la compatibilité de l'huile utilisée avec les joints d'étanchéité de la pompe.

• Il faut prévoir une filtration adéquate afin de respecter la propreté du fluide prescrite par le fabricant.

• Il faut toujours sélectionner une pompe en s'assurant que les conditions de fonctionnement correspondent à un rendement élevé de la pompe.

• Les facteurs à prendre en considération lors de la sélection d'une pompe sont les suivants :

- débit et cylindrée de la pompe ;

- pression en fonctionnement de la pompe ;

- vitesse de rotation de la pompe ;

- viscosité du fluide ;

- rendement de la pompe ;

- niveau sonore de la pompe ;

- coût d'achat de la pompe ;

- type d'accouplement de l'arbre de la pompe ;

- type de filet et disposition des orifices ;

- type de flasque de la pompe ;

- dimensions de la pompe ;

- fiabilité de la pompe ;

- délais de livraison ;

- facilité à obtenir des pièces de rechange ;

- documentation technique disponible ;

- réputation du fabricant.

• Selon le type de circuit à alimenter, ces critères peuvent avoir plus ou moins d'importance.

Vous connaissez maintenant les critères à considérer lors de la sélection d'une pompe.

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