Comprendre la technologie des pompes à jet d'eau

Si vous êtes sur le marché pour acheter ou remplacer un équipement de coupe qui intègre des pompes à jet d'eau, voici quelques éléments à prendre en compte.

La pompe est le cœur de la machine et le deuxième coût d'exploitation le plus cher si vous coupez avec de l'abrasif. Si vous utilisez la coupe à l'eau uniquement, c'est la majorité de vos coûts d'exploitation. L'investissement initial dans l'équipement n'est pas aussi important que les dépenses d'exploitation courantes. Des économies de 10 à 20 % au départ peuvent finir par vous coûter 10 fois ce montant au cours des prochaines années d'exploitation.

Trois principales technologies de pompes à jet d'eau dominent dans l'industrie. Les premières sur le marché étaient les pompes à multiplicateur hydraulique inventées par le co-fondateur d'OMAX®, le Dr John Olsen, alors qu'il était employé chez Flow Research Inc. dans les années 1970. Vingt ans plus tard, la technologie des pompes à entraînement direct a été inventée et la course a commencé.

En 2008, la servopompe électrique a été développée par la société Techni Waterjet en Australie. La pompe Techni s'appelle désormais Quantum SPT. Le propriétaire a vendu la société de machines et ne détient que la société de pompes, qui s'appelle Quantum SPT.

Pompes d'intensification hydrauliques

La première développée, la pompe à multiplicateur hydraulique, est toujours la plus populaire, principalement parce qu'il s'agit du produit le plus couramment proposé par les constructeurs de machines et les intégrateurs ; c'était la seule pompe disponible pour les intégrateurs de machines pendant des années. L'intégrateur de machines peut acheter une pompe standard et l'intégrer dans ses machines. Récemment, quelques petites entreprises ont commencé à proposer des pompes à entraînement direct aux intégrateurs, mais très peu sont encore allées dans cette direction.

Le type de pompe a une conception très simple. Un vérin hydraulique avec un plongeur à chaque extrémité du piston est déplacé d'avant en arrière avec un pack hydraulique entraîné par un moteur électrique. Chaque piston est poussé à travers un cylindre qui abrite des clapets anti-retour d'entrée et de sortie pour l'eau. Lorsqu'un piston/cylindre force l'eau hors du clapet anti-retour, l'autre aspire l'eau dans le cylindre. Le processus est répété lorsque le vérin hydraulique change de direction.

L'eau est collectée des deux lignes de sortie et s'accumule dans un atténuateur. L'atténuateur stocke l'énergie dans l'eau comprimée et expulse une partie de l'eau stockée tandis que les pistons s'inversent à la fin de chaque course. Il en résulte un signal de pression plus régulier et un impact réduit sur les raccords et composants haute pression. La plupart des pompes à multiplicateur hydraulique fonctionnent à environ 60 à 100 coups par minute.

Pompes à entraînement direct

La pompe à entraînement direct est entraînée par un moteur électrique avec une courroie de distribution à un vilebrequin. La manivelle entraîne trois plongeurs dans des cylindres. Chaque combinaison piston/cylindre a un clapet anti-retour qui laisse entrer l'eau dans le cylindre lors de la course arrière du piston et force l'eau à sortir dans les conduites à haute pression. Les trois lignes haute pression alimentent un accumulateur pour réduire l'effet pulsé de ces lignes fusionnant.

Les pompes à entraînement direct fonctionnent à environ 1 400 SPM et n'ont donc pas la meilleure réputation en termes de durée de vie des joints.

Pompes servo électriques

La servopompe électrique est comme un intensificateur hydraulique car elle effectue des allers-retours à seulement 60 à 100 SPM, produisant une usure relativement faible des joints et générant de l'eau à chaque extrémité de l'unité.

Les deux principales différences entre les technologies sont que la servopompe électrique est efficace à 90 % car elle utilise un servomoteur électrique au lieu d'un système hydraulique déplaçant les pistons à une efficacité de 60 à 65 %. De plus, la servopompe électrique ne tire presque aucune puissance lorsque la buse est fermée, tandis que le multiplicateur hydraulique continue de faire fonctionner son unité hydraulique en utilisant 50 % de puissance.

Utilisation électrique

Les trois types de pompes utilisent l'électricité différemment.

Une pompe à multiplicateur hydraulique utilise plus d'électricité pour générer le même débit d'eau que les deux autres technologies en raison de l'efficacité de seulement 60 à 65 % du système hydraulique. Une pompe de 50 HP pousse à peu près la même quantité d'eau qu'une pompe à entraînement direct de 40 HP ou qu'une servopompe électrique de 30 kW. Les pompes hydrauliques multiplicatrices utilisent environ 50 % de l'énergie lorsqu'elles sont à bout portant lors de la traversée ou du chargement/déchargement de la table. Vous payez donc pour l'électricité pendant toute la durée d'activation de la pompe, car la pompe fait circuler l'huile hydraulique pour la refroidir.

Lorsque vous démarrez une machine avec une pompe à entraînement direct, vous commencez à utiliser l'électricité immédiatement jusqu'à ce que vous arrêtiez la machine à la fin de la journée. Il s'agit de couper, de traverser ou de charger/décharger du matériau. La pompe tire à pleine charge en continu.

Une servopompe électrique est la plus efficace électriquement. Il utilise de l'électricité uniquement lorsque la buse coupe. Lorsqu'il est à bout portant pendant la traversée ou le chargement/déchargement, il utilise moins de 5 % de l'énergie.

Voici une comparaison de la consommation d'électricité sur une période d'une heure à la même sortie d'eau et en utilisant la moyenne de l'industrie de 60 % de temps de fonctionnement des buses.

Ainsi, sur une heure, la servopompe électrique utilise environ 30 % d'électricité en moins pour produire les mêmes résultats.

Utilisation de l'eau

Lors de l'évaluation de l'utilisation de l'eau, vous devez tenir compte à la fois de l'eau de coupe et de l'eau de refroidissement.

Souvent, il est financièrement judicieux d'envisager des refroidisseurs d'eau pour réduire le volume d'eau nécessaire pour refroidir une pompe. Certaines municipalités limitent la quantité d'eau autorisée dans les égouts.

Dans la découpe abrasive, l'eau sert de support pour l'abrasif. Étant donné que l'abrasif est ce qui fait la coupe, plus vous avez de volume d'eau, plus vous pouvez transporter d'abrasif et plus vite vous couperez. (C'est, bien sûr, jusqu'à ce que vous sursaturiez le jet d'eau, auquel cas vous couperez plus lentement.)

Dans l'ensemble, les servopompes électriques nécessitent moins d'eau pour obtenir le même résultat, ce qui est meilleur pour l'environnement et vos résultats.

Entretien et reconstruction de la pompe

Les reconstructions de pompes peuvent être coûteuses et prendre du temps. Les trois technologies présentent des différences majeures dans le coût de fonctionnement par heure, le temps nécessaire pour reconstruire la pompe et l'intervalle recommandé entre les reconstructions.

Les pompes hydrauliques multiplicatrices sont disponibles en haute pression ou ultra haute pression (60 000 PSI ou 87-94 KSI). L'ultra haute pression est bonne pour la coupe à l'eau uniquement et est souvent présentée comme bonne pour la coupe abrasive. Vous pourriez obtenir une coupe 2 à 5 % plus rapide avec un abrasif, mais cela doublera vos coûts d'exploitation. La plupart des pompes à ultra haute pression fonctionnent à 75 KSI au lieu de leurs intensités nominales car l'augmentation du coût est trop élevée pour justifier l'augmentation de la production.

Si vous utilisez une pression de 60 KSI, le coût de fonctionnement d'une pompe de 50 HP est d'environ 6 $ à 8 $/heure et de 10 $ à 12 $/heure pour une pompe de 100 HP. Si vous exploitez une unité à ultra haute pression à 87 ou 94 KSI, vous pouvez doubler les coûts.

En plus de la pompe, vous devez considérer l'entretien du système hydraulique lui-même, qui coûtera de 1,50 $ à 2 $/heure.

Un multiplicateur hydraulique nécessite une reconstruction toutes les 500 à 700 heures de coupe dans des conditions normales (8 heures x 60 % de cycle de service = 4,8 heures, 500/4,8 = 104,17 jours ouvrables). Il est évalué à deux à trois heures pour reconstruire. Gardez à l'esprit que vous devez également entretenir le système hydraulique.

Les pompes à entraînement direct fonctionnent en permanence et utilisent donc la durée de vie du joint 100 % du temps où elles sont mises en marche. Une pompe de 20, 30 ou 40 HP coûte environ 3,75 $ à 4 $/heure pour fonctionner. Un 50-HP coûte 5,50 $ à 6 $/heure. Si vous utilisez une pompe double ou la 100-HP, doublez ces quantités. L'intervalle entre les reconstructions est d'environ 500 heures, sauf si vous avez un modèle spécifique évalué pour 1 000 heures et que vous l'exécutez à 55 KSI et non aux 60 KSI pour lesquels il est évalué. Notez qu'il s'agit de temps de fonctionnement de la machine et non de temps de coupe, car la pompe pompe de l'eau soit par la buse, soit dans le drain. Si vous exécutez une équipe, vous devriez obtenir environ 60 jours ouvrables entre les reconstructions (500 heures/8 heures = 62,5 jours).

Les pompes à entraînement direct peuvent prendre de deux à quatre heures pour se reconstruire.

Une seule servopompe électrique coûte entre 2,30 $ et 2,50 $/heure pour fonctionner et une pompe double entre 4,50 $ et 5 $/heure. Il est évalué à moins de cinq minutes pour reconstruire par manche. En réalité, il faut 15 à 20 minutes par volée pour se reconstruire. La pompe est conçue pour être reconstruite toutes les 500 à 600 heures de temps de coupe, vous devez donc utiliser le tableau du cycle de service pour déterminer la fréquence à laquelle vous devrez reconstruire votre pompe (8 heures x cycle de service de 60 % = 4,8 heures, 500/4,8 = 104,17 jours ouvrables, par exemple).

Pointes de pression à tête morte

Des pointes de pression de tête morte se produisent lorsque la tête de coupe s'arrête pour une traversée ou un chargement/déchargement de matériau. Lorsque la tête de coupe ferme la vanne, la pression monte en flèche. Cette pointe provoque une contrainte sur toute la plomberie et les composants, comme les émerillons, les conduites et les vannes marche/arrêt. Plus vous avez de pièces dans votre pièce, plus le pic a d'effet sur vos coûts d'exploitation. Plus le pic est élevé, plus l'effet sur la plomberie de la pompe est mauvais.

Les pompes à entraînement direct ont un pic de pression à vide qui est difficile à déterminer. La plupart des machines fonctionnent à environ 3 500 PSI, mais cela peut également être affecté par un mauvais entretien de la soupape de décharge.

Les pompes hydrauliques à multiplicateur atteignent environ 4 500 à 4 700 PSI pour les configurations à pompe simple et double.

Les servopompes électriques simples montent sous 1 000 PSI et sous 500 PSI pour les pompes doubles.

L'addition du coût de fonctionnement et du temps nécessaire pour entretenir chaque pompe vous aidera à choisir la technologie de pompe à jet d'eau la plus efficace pour vos opérations.

Dan Smith est propriétaire de Waterjet World Inc., 4143 Cedar Springs Road, Burlington, Ont. L7P 0P6, 844-427-6381, www.waterjetworld.ca.