Les différents systèmes d’étanchéité pour les pompes, comme les garnitures mécaniques, de plus en plus sophistiqués et complexes au cours du temps n’offrent pas toujours de garantie suffisante d’étanchéité totale aux yeux des utilisateurs. Les risques de fuites sont en particulier très pénalisants sur les liquides dangereux comme les acides, les bases ou les solvants. Quelle solution alors mettre en œuvre ?

Article issue de la Revue Eureka Flash Info N° 83

Dans les années 40, un ingénieur américain eut l’idée de « connecter » l’arbre moteur avec celui de la turbine d’une pompe centrifuge par l’intermédiaire d’aimants séparés par une paroi statique, permettant ainsi de supprimer la garniture mécanique sur de nombreuses pompes.

L’arbre moteur n’entraîne donc plus directement la turbine. Il est accouplé à un jeu de couples d’aimants permanents dits aimants menants (coupleur magnétique externe) qui entrainent des aimants menés (coupleur magnétique interne). Cet entraînement est donc réalisé sans contact entre ces 2 pièces, par la seule interaction magnétique. Dans l’espace laissé libre entre les aimants (l’entrefer), on intercale une paroi fixe (cloche ou bol d’isolation) qui retient le liquide dans la partie pompe et l’isole totalement du milieu extérieur.

Le choix du matériau de la cloche est important car elle est traversée par le champ magnétique crée par les aimants. La transmission de couple entre les 2 coupleurs est synchrone (vitesse identique) et le léger décalage angulaire en rotation (Delta) entre les 2 coupleurs est fonction du couple à transmettre.

De nombreuses applications

L’étanchéité absolue est recherchée dans de nombreux milieux corrosifs ou dangereux : industrie chimique, pharmacie, nucléaire, zones ATEX, liquides émettant des gaz toxiques… : tous les domaines où des fuites sont absolument à éviter.

La technologie de l’Entraînement Magnétique exige cependant de concevoir des systèmes de guidage autonomes de la turbine. En effet, elle n’est plus retenue par l’arbre moteur ni par les roulements de la pompe.

Généralement, on fait appel à des paliers hydrostatiques pour assurer sa rotation. Ces paliers lubrifiés par le liquide pompé n’acceptent pas les solides en suspension, les cristaux ou les boues trop chargées, ce qui constitue la principale limite de cette technologie. Chaque série de pompe autorise cependant certaines granulométries et concentrations en solides dépendant de leur construction. Les notices techniques des constructeurs donnent en général toutes les précisions nécessaires sur ce point.

Lubrification et refroidissement

Les paliers de pompe sont lubrifiés par le liquide pompé qui circule suivant des canaux bien déterminés, de la haute pression (refoulement) vers la basse pression (aspiration). Le refroidissement de la partie magnétique est réalisé de la même manière, souvent par des circuits séparés ce qui augmente encore la fiabilité des pompes. La vue en coupe ci-dessous montre bien ces circuits.

Des matériaux métalliques et synthétiques au choix

Un Entraînement Magnétique peut être réalisé soit en métal (AISI 316 L ou Alliages nobles) soit en matières synthétiques. PCB Pompes Chimiques Brahic maîtrise ces 2 technologies depuis plus de 30 ans !

Dans les pompes métalliques PCB , le coupleur magnétique intérieur est inséré dans une coquille en inox 316 L soudée. La cloche est réalisée en Hastelloy C276 qui représente le meilleur compromis entre la résistance chimique maximale, une faible résistance au passage du champ magnétique, et une résistance électrique maximale. En effet, si la cloche est conductrice de l’électricité, il se développe des courants de Foucault au passage du champ tournant. Ces courants provoquent un échauffement par pertes Joule dont la valeur est liée à la puissance transmise, la conductivité du matériau et la vitesse de rotation.

Dans les pompes PCB en matières synthétiques, les aimants sont insérés dans une cage qui les retient mécaniquement. Cette cage est noyée dans une coque moulée et soudée par polyfusion (NDLR : Soudure des thermoplastique par emboiture après fusion partielle ; permet une liaison intermoléculaire de bonne qualité). L’étanchéité des coupleurs PCB est testée sous vide unitairement. La cloche est réalisée soit en PP chargé Verre soit en ETFE avec coquille de renfort en polycarbonate, soit en PVDF chargé carbone, soit en PFA avec coquille en fibre de carbone. Dans tous les cas le matériau faiblement conducteur émet très peu de chaleur au passage du champ magnétique tout en drainant correctement l’électricité statique à la terre, rendant ainsi la pompe conforme à la directive ATEX 2014/34 UE (ex 94/9 CE).

Article réalisé avec l’aide de la société PCB Pompes Chimiques Brahic.