Pompe à engrenages

Les pompes à engrenages sont des pompes volumétriques rotatives utilisant le profil combiné de deux roues dentées pour mettre un fluide en mouvement. Elles sont exclusivement utilisées avec des liquides.

On distingue deux types de pompes à engrenages : "simples" et "internes". Les pompes à engrenage permettent d'avoir un refoulement relativement régulier et faiblement pulsatoire.

Pompe à engrenages simple

Principe de fonctionnement

Pompe à engrenage externe (pompe simple)

La fonction d'une pompe est de mettre en mouvement un fluide, donc d'imposer le débit de circulation du fluide (en m³/h par exemple).

Le retour de produit du refoulement vers l’aspiration est empêché par l’engrènement. La pompe est contrôlée par un moteur (à vitesse de rotation $n$ tours par minute), qui met en rotation un engrenage.

Cet engrenage met en mouvement le liquide qui l'entoure : chaque échancrure creuse transporte un volume $\Delta Vcreuse$ de liquide.

Lors de l'engrènement, la dent pénètre dans un creux et expulse le volume de liquide correspondant à une dent. Ainsi, le volume éjecté est égal au volume de la dent et non à celui du creux.

A supposer que les paramètres des engrenages soient :

• $d$ le diamètre interne du pignon
• $D$ le diamètre externe du pignon
• $L$ la largeur du pignon
• $N$ le nombre d'échancrures du pignon

Le volume d'une échancrure est $\Delta V=L.\left({\frac {D-d}{2}}\right).{\frac {d}{2}}.\left({\frac {2\pi }{N}}\right)$

Pompe à engrenages simples

(calcul géométrique en supposant que les échancrures sont des portions d'anneau d'angle $\theta ={\frac {2\pi }{N}}$)

A chaque tour, un volume total $V_{tour}=(2N-1)\Delta V$est déplacé par les deux engrenages de la pompe (N échancrures par engrenage, et 1 échancrure emboîtée, qui ne contient pas de fluide). Ce volume correspond à la cylindrée de la pompe.

Le débit volumique de la pompe est donc :

${\dot {V}}=(2N-1).n.\Delta V$

${\dot {V}}=L.\left({\frac {D-d}{2}}\right).d.\left({\frac {\pi }{N}}\right).(2N-1).n$

avec $n$ le nombre de tours par minute. Ainsi, Le débit de la pompe est proportionnel à la vitesse angulaire de son moteur.

Particularités

En supposant le fluide incompressible, tout le fluide est entraîné par le volume déplacé par la pompe.

Les pompes à engrenages peuvent tourner relativement vite, avec des vitesses allant jusqu'à 2000 ou 3000 tours/minute. Elles sont de plus plutôt silencieuses. Les pressions au refoulement atteintes sont de l'ordre de 20 à plus de 100 bar en fonction de la nature du liquide pompé. Les pompes à engrenage ne peuvent pas supporter la présence d’éléments solides dans le liquide pompé.

Engrenage interne

Pompe à engrenages internes, pour huile automobile

Le principe des pompes à engrenages internes a été inventé par Jens Nielsen, l'un des fondateurs de Viking Pump. Il utilise un rotor et un pignon. Le rotor à denture intérieure entraîne le pignon à denture dans le corps. Quand le rotor tourne dans un sens, il entraîne le pignon créant ainsi un espace qui aspire le produit pompé à l’endroit où les dents se séparent.

Le produit pompé est déplacé entre les dents de part et d'autre d'un croissant, jusqu'à la sortie.

Les pompes à engrenages internes trouvent une application courante dans l'automobile : la pompe à huile nécessaire pour lubrifier l'ensemble des pièces frottantes du moteur, dans les fontaines à eau etc. Son avantage est d'être très silencieuse et de posséder un meilleur rendement volumétrique, surtout à bas régime de rotation.

• Exemples de liquides pompés :

Hydrocarbures, huiles, graisses, additifs, colles, résines, polymères, mélasses, solvants etc.

Galerie

Pompe à engrenage interne

Pompe à engrenage externe (pompe simple)

Voir aussi

• Pompe volumétrique