Dans une pompe à vide à circulation d'eau, la rotation de la roue ne déplace pas directement le gaz. Au lieu de cela, sa rotation crée une série de chambres étanches à l'eau qui se dilatent et se contractent. Ces chambres se dilatent d'abord pour aspirer le gaz de l'entrée, puis se contractent pour comprimer et évacuer ce gaz, créant un effet de vide continu.
Le principe fondamental est simple mais ingénieux : la roue est montée excentrée à l'intérieur du corps de pompe. En tournant, elle force l'eau à former un anneau contre la paroi extérieure, créant des chambres étanches entre les aubes de la roue qui changent constamment de volume, ce qui est le moteur de toute l'action de pompage.
Le mécanisme central : de la rotation au vide
Pour comprendre comment la pompe fonctionne, nous devons visualiser le parcours d'une seule poche de gaz pendant que la roue effectue une rotation. Le processus repose sur une synergie entre la roue, le corps et le liquide d'étanchéité (généralement de l'eau).
Formation de l'anneau liquide
Lorsque la pompe est mise en marche, la roue tourne à grande vitesse. La force centrifuge projette l'eau vers l'extérieur, la forçant à former un anneau liquide concentrique qui suit la forme intérieure circulaire du corps de la pompe. Cet anneau liquide est le principal moyen d'étanchéité.
La clé est l'excentricité
L'axe de rotation de la roue est délibérément décalé par rapport au centre géométrique du corps. Ce montage excentré est l'élément de conception le plus critique.
En raison de ce décalage, l'espace entre le moyeu central de la roue et la surface intérieure de l'anneau liquide n'est pas constant. Il est petit d'un côté et grand de l'autre.
La phase d'aspiration (volume en expansion)
Lorsqu'une paire d'aubes de la roue tourne dans la zone où le moyeu s'éloigne de l'anneau liquide, le volume de la chambre scellée entre elles augmente.
Cette expansion crée une chute de pression, transformant la chambre en une zone de basse pression. C'est la phase "d'aspiration", où le gaz est aspiré dans la pompe depuis l'orifice d'entrée.
La phase de compression et de refoulement (volume en contraction)
Lorsque les mêmes aubes continuent de tourner vers le côté opposé, elles se déplacent dans la zone où le moyeu de la roue se rapproche de l'anneau liquide.
Ici, le volume de la chambre diminue, comprimant le gaz qui vient d'être aspiré. Cette pression s'accumule jusqu'à ce qu'elle dépasse la pression à l'orifice de refoulement, forçant le gaz comprimé et une petite quantité d'eau à sortir de la pompe. Ce cycle se répète à chaque rotation pour chaque chambre, créant un vide doux et continu.
Comprendre les compromis
Les pompes à vide à anneau liquide sont appréciées pour leur robustesse, mais leur conception présente des avantages et des limites inhérents qu'il est important de reconnaître.
Les avantages d'une conception humide
La présence de l'anneau d'eau offre plusieurs avantages uniques. Il refroidit constamment la pompe, lui permet de traiter les vapeurs condensables (comme la vapeur d'eau) et peut même ingérer de petites quantités de liquide ou de solides mous sans dommage, contrairement à de nombreuses autres conceptions de pompes à vide.
La principale limitation : la pression de vapeur
Le niveau de vide ultime qu'une pompe à anneau d'eau peut atteindre est limité par la pression de vapeur du liquide d'étanchéité.
L'eau commence à bouillir et à se transformer en vapeur à basse pression. Pour l'eau à 20°C (68°F), cela se produit autour de 25 mbar (18,75 Torr). La pompe ne peut pas créer un vide plus profond que le point où son propre liquide d'étanchéité commence à bouillir, car cela ne ferait que remplir la pompe de plus de vapeur. Une eau plus chaude a une pression de vapeur plus élevée, ce qui entraîne un vide ultime plus faible.
Faire le bon choix pour votre objectif
Comprendre ce principe de fonctionnement vous aide à utiliser la pompe efficacement et à choisir le bon outil pour le travail.
- Si votre objectif principal est un vide robuste et nécessitant peu d'entretien pour des applications générales : Cette pompe est un excellent choix pour des tâches comme l'évaporation rotative, le dégazage ou la filtration sous vide où un vide extrême n'est pas requis.
- Si votre objectif principal est d'atteindre un vide profond ou élevé : Une pompe à anneau liquide est inadaptée seule. Elle est mieux utilisée comme pompe de "dégrossissage" pour amener le système à une basse pression initiale avant qu'une pompe à vide poussé (comme une pompe turbomoléculaire ou à diffusion) ne prenne le relais.
Comprendre comment la rotation, l'excentricité et l'anneau liquide fonctionnent ensemble vous permet d'utiliser et de dépanner votre système de vide en toute confiance.
Tableau récapitulatif :
| Phase de rotation de la roue | Effet sur le volume de la chambre | Action sur le gaz |
|---|---|---|
| Phase d'aspiration | Se dilate | Aspire le gaz de l'entrée |
| Phase de compression/refoulement | Se contracte | Comprime et expulse le gaz |
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