Pompes jet d'eau : intensificateur vs entraînement direct, laquelle offre une performance supérieure ?

Cet argument est probablement aussi vieux que la technologie de pompe elle-même :

« Laquelle est meilleure, une pompe de style intensificateur ou une pompe à entraînement direct ? »

Bien que les pompes intensificatrices soient utilisées par beaucoup plus de fabricants de jets d'eau, on ne peut ignorer les avantages et la simplicité de la conception à entraînement direct, et bien qu'il y ait des fabricants qui font et offrent les deux (Flow Corp.), la plupart des fabricants n'utilisent que des intensificateurs de style « sur étagère » facilement disponibles, typiquement conçus et construits par un vendeur tiers (comme KMT Waterjet, Accustream et American Waterjet). À l'inverse, l'une des marques les plus réussies, Omax, utilise uniquement des pompes de style entraînement direct. Pourquoi ? Qu'est-ce qui rend une conception de pomme meilleure que l'autre ? Pourquoi auriez-vous besoin d'une conception différente ?

Dans cet article, les experts de Southern Fab plongent profondément dans le mystère derrière ce qui alimente les systèmes de coupe par jet d'eau les plus populaires sur le marché aujourd'hui. Nous découvrons ce qui rend ces pompes différentes en conception, performance et même maintenance, découvrant à la fois leurs forces et faiblesses.

Pompes de style intensificateur

Une pompe de style intensificateur utilise la puissance de l'hydraulique pour « intensifier » la pression de l'eau, généralement dans un rapport de 20:1. La conception commence avec un moteur électrique (ou à essence/diesel) tournant une pompe hydraulique produisant une pression d'huile hydraulique d'environ 207 bar (3 000 PSI). Montré dans l'illustration ci-dessous, la pression d'huile hydraulique est ensuite alimentée dans la chambre centrale d'un long cylindre blindé que nous appelons l' « intensificateur » ; c'est là que la pression d'huile hydraulique déplace un piston (ou « biscuit » comme on le surnomme) gauche et droite, changeant de direction et de flux une fois que le piston passe un capteur.

Attaché au piston est un plongeur avec un diamètre 20x plus petit que le piston lui-même. Le plongeur fonctionne dans une chambre haute pression séparément scellée alors qu'il aspire l'eau sur le cycle de rétraction et puis, en utilisant le rapport 20:1, compresse l'eau, « intensifiant » ainsi la pression à 4 137 bar (60 000 PSI) ou plus. Cette action cycle environ 1 course par seconde (selon le style d'intensificateur) envoyant de l'eau haute pression vers un réservoir de stockage appelé l'atténuateur qui est un dispositif destiné à adoucir les pics de pression des plongeurs alternatifs et délivrer un flux de pression lissé et égalisé à la tête de coupe.

Les pressions générées sur les pompes de style intensificateur vont de 2 758 bar (40 KPSI) jusqu'à 6 895 bar (100 KPSI) et tandis que les pressions peuvent simplement être augmentées sur le style intensificateur par un changement dans le rapport de la taille piston/plongeur et/ou dans la pression d'huile hydraulique produite, le résultat inhérent est qu'il y a moins de volume d'eau produit à mesure que les pressions augmentent. Il devrait également être noté que plus la pression générée est élevée, plus les composants internes de la pompe sont rapides à s'user et échouer. Ces cycles de maintenance plus fréquents, couplés aux coûts de composants accrus et temps d'arrêt pour réparer, font de ces pompes « ultra-haute pression » superbes sur papier mais souvent bien courtes en praticité. Il devrait aussi être noté à nouveau que la réaction d'augmenter la pression réduit le volume d'eau créé à ces ultra-hautes pressions, réduisant ainsi l'efficacité de coupe à long terme encore davantage.

Avantages du style intensificateur

• Pressions plus élevées disponibles jusqu'à 6 895 bar (100 000 PSI)
• Pression constante maintenue
• Fonctionne seulement quand la pression est nécessaire

Inconvénients du style intensificateur

• Le système hydraulique doit être refroidi soit en utilisant 2-3x l'eau de coupe produite, soit en utilisant un grand système de refroidissement
• Bruit : Les intensificateurs sont 2-3x plus bruyants qu'un système d'entraînement direct comparable
• L'efficacité est réduite par l'utilisation de l'hydraulique d'environ 30-40 % par rapport aux options à entraînement direct
• Les systèmes ultra-haute pression ont des taux de défaillance élevés et une usure prématurée de 200-300 heures sur les consommables

Pompes à entraînement direct (Direct Drive)

Les pompes à entraînement direct fonctionnent d'une manière qui est intrinsèquement plus efficace que son homologue la pompe intensificatrice mais limite la pression de sortie globale. La conception est plus simple, nécessite moins de pièces mobiles et est souvent appelée pompe style « nettoyeur haute pression » car elles fonctionnent exactement de la même manière (bien que les pompes jet d'eau soient de conceptions grandement améliorées). Le style entraînement direct est aussi communément appelé pompe style « vilebrequin » car elle utilise un « vilebrequin » entraîné par moteur pour déplacer 3 pistons en succession rapide pour aspirer et pressuriser l'eau. Étant donné qu'il y a toujours un des 3 cylindres dans le cycle de compression, il n'y a pas besoin de l' « atténuateur » pour maintenir et conditionner la pression comme sur les pompes de style intensificateur. La pression d'eau produite est de pression constante.

Comme il n'y a pas de système hydraulique sur ces pompes, il n'y a pas besoin de grands systèmes de refroidissement par eau pour garder la pompe au frais, seul un petit refroidisseur est recommandé pour réduire la température de l'eau entrante pour améliorer la durée de vie des joints et clapets.

Avantages

• Conception électriquement efficace
• Pas de système de refroidissement requis
• Fonctionnement silencieux
• Disponible en puissances de 5 CV et monophasé pour fonctionnement domestique/amateur

Inconvénients

• Pression limitée (4 137 bar / 60 KPSI max)
• La pression diminue avec le fonctionnement nécessitant un ajustement du débit ou RPM pour maintenir la qualité de coupe
• La diminution/augmentation de pression nécessite un ajustement RPM

Résumé :

Aussi différentes que les deux technologies semblent, les pompes intensificatrices et à vilebrequin partagent le même principe de pompage : un plongeur est poussé dans une chambre fermée pour augmenter la pression et expulser le fluide par une soupape de sortie ; comme la direction du plongeur est inversée, le fluide à basse pression entre dans la chambre par une soupape d'entrée. Dans les deux cas, le plongeur alternant continuellement fournit l'action de pompage. La différence entre les deux technologies est simplement le moyen par lequel le plongeur est déplacé. La pompe à entraînement direct utilise un vilebrequin similaire à celui dans un moteur automobile tandis que l'intensificateur entraîne le plongeur avec un cylindre hydraulique, via de l'huile sous pression.

Dans les deux conceptions de pompe, si vous augmentez la puissance de fonctionnement disponible, vous augmenterez le volume de sortie d'eau à la pression donnée et cela, en soi, peut augmenter significativement votre performance de coupe. Par exemple, avec tous les autres facteurs égaux, ce qui suit s'appliquerait :

Taille pompe	30 CV	50 CV
Pression sortie pompe	4 137 bar (60 KPSI)	4 137 bar (60 KPSI)
Volume sortie	2,3 L/min (0.6 GPM)	4,5 L/min (1.2 GPM)
Taille orifice	0,28 mm (0.011")	0,36 mm (0.014")
Type/épaisseur matériau	AL / 6,35 mm (0.25")	AL / 6,35 mm (0.25")
Qualité coupe	3	3
Sortie abrasif	0,45 kg/min (1 LB/min)	0,45 kg/min (1 LB/min)
Vitesse avance	600 mm/min (23.63 IPM)	854 mm/min (33.63 IPM)

*Données de performance obtenues avec le logiciel American Waterjet - Geomate™ Cut Calculator

Une performance accrue en vitesse de coupe de plus de 40 % est atteinte dans l'exemple ci-dessus en augmentant simplement la puissance, ce qui augmente le volume d'eau disponible à cette pression. Cette action seule peut non seulement augmenter les vitesses de coupe mais améliorer la performance tout en gardant les coûts d'exploitation et de maintenance bien dans la raison. À l'inverse, augmenter la pression entraîne effectivement des vitesses accrues, mais réduit la quantité d'eau disponible à cette pression et réduit ainsi l'efficacité globale. De plus, ces ultra-hautes pressions augmentent substantiellement l'usure, diminuant grandement la durée de vie des composants de votre système haute pression.

Avec l'une ou l'autre conception de pompe, il y a eu de grandes avancées en performance, efficacité et fiabilité au fil des ans. Les deux conceptions donneront à votre système de coupe par jet d'eau de la performance pour de nombreuses années à venir et tandis que les options en type de pompe sont surmédiatisées, rappelez-vous que la manière la plus efficace de couper efficacement ET abordablement sur un jet d'eau est d'augmenter votre puissance, PAS votre pression.

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