Quatre causes fréquentes de surchauffe des pompes Roots

Le diagnostic sur site d’une surchauffe de pompe Roots est souvent ramené à un « manque de puissance du moteur », mais sur une pompe Roots (surpresseur mécanique), les rotors et la chambre de pompage ont un ajustement sans contact : le gaz n’est pas comprimé, il est seulement transféré du côté basse pression vers le côté haute pression, et la source de chaleur est le travail du différentiel de pression. En suivant cette logique, quatre causes couvrent la plupart des situations : différentiel de pression trop élevé, moment de démarrage inadapté, refroidissement ou dissipation insuffisants, lubrification et jeu anormaux.

I. Différentiel de pression trop élevé : la chaleur est produite par le différentiel de pression

La pompe Roots n’a pas de compression interne ; la pression côté refoulement est supérieure à celle côté aspiration, et ce différentiel est déterminé par la contre-pression établie par la pompe primaire. Plus le différentiel est élevé, plus le travail fourni à un même point de vitesse de pompage est important. Estimation selon une compression isotherme :

P = p₁ × S × ln(p₂ / p₁)

Exemple de calcul : LC2600 avec une pression d’entrée de 10 mbar (1 kPa), un rapport de compression de 4 et une vitesse de pompage de 2600 m³/h, soit 0.722 m³/s.

P = 1000 Pa × 0.722 m³/s × ln4 ≈ 1.0 kW.

Pour cette même LC2600, avec une pression d’entrée de 30 mbar (3 kPa) et un rapport de compression de 3 :

P = 3000 × 0.722 × ln3 ≈ 2.4 kW.

Le moteur est seulement de 7.5 kW ; 2.4 kW se trouvent déjà dans le différentiel de pression, cette part ne produit pas de vitesse de pompage, elle produit seulement de la chaleur.

Les causes de l’augmentation du différentiel de pression viennent le plus souvent de la pompe primaire : le rapport de vitesse de pompage de la série LC de pompes Roots doit être prévu entre 2~3 pour un procédé continu ; au-delà de 4, on s’approche de la limite. Une LC2600 (2600 m³/h) associée à une V0630B (630 m³/h) donne un rapport de 4.1 : un pompage intermittent est seulement recommandé. L’émulsion de l’huile de la pompe primaire, le colmatage du filtre d’aspiration et les fuites de tuyauterie font tous baisser la vitesse de pompage réelle de la pompe primaire, et le rapport de compression augmente en conséquence.

Un autre point est souvent négligé : le débit massique de gaz est faible dans la plage basse pression. À 10 mbar, 2600 m³/h correspondent à un débit massique d’environ 0.0086 kg/s ; pour évacuer 1.0 kW de chaleur par le gaz lui-même, il faudrait une élévation de température d’environ 116 K (estimation avec c_p ≈ 1.005 kJ/(kg·K)). Le gaz n’évacue qu’une faible part de la chaleur ; celle-ci est presque entièrement évacuée par le corps de pompe et le refroidissement, et tout dépassement du différentiel de pression se manifeste sur la température.

II. Moment de démarrage inadapté : mise en service de la pompe Roots avant que la pression d’entrée n’ait atteint le seuil

Une pompe Roots ne peut pas démarrer directement depuis la pression atmosphérique. Si elle est mise en service alors que l’entrée est encore à plusieurs centaines de mbar, le différentiel de pression s’applique directement aux rotors, et le courant comme l’élévation de température montent ensemble. La pratique courante consiste à tirer d’abord le système à 10~30 mbar avec la pompe primaire, puis à démarrer la pompe Roots ; la commande comporte un verrouillage sur la pression d’entrée, qui ne l’autorise pas si la pression n’est pas atteinte. Le transmetteur de pression se monte côté aspiration de la pompe Roots, pas à la sortie de la pompe primaire, sinon il mesure la contre-pression et non la pression d’entrée.

III. Conditions de refroidissement et de dissipation non conformes

Modèles refroidis par air : l’accumulation de poussière sur les ailettes, une ventilation insuffisante du local et une température ambiante élevée réduisent la capacité de dissipation.
Modèles refroidis par eau : un débit d’eau insuffisant, une température d’eau d’entrée élevée et l’entartrage du circuit diminuent l’efficacité de l’échange thermique. Vérifier le débit et la pression admissible selon les exigences du groupe ; si la température d’eau de sortie reste élevée, contrôler d’abord le circuit d’eau.
Ordre d’arrêt : arrêter d’abord la pompe Roots, puis la pompe primaire, afin que la pompe primaire évacue les gaz résiduels de la chambre et emporte la chaleur ; dans l’ordre inverse, la chaleur reste enfermée dans la chambre de pompage.

IV. Anomalies de lubrification et de jeu

Sur les différents modèles de la série LC, les trois volumes d’huile sont différents ; en cas de manque d’huile, ce sont d’abord les engrenages et les roulements qui chauffent, puis la chaleur se transmet à la chambre de pompage :

Modèle	Chambre de joint d’huile	Carter d’engrenages	Chambre d’engrenages
LC250 / LC500	0.125 L	0.15 L	—
LC1200	0.125 L	2.4 L	1.25 L
LC2600 / LC4200	0.45 L	6.5 L	3.5 L

Une quantité d’huile insuffisante, une dégradation de l’huile avec formation de résidus de cokéfaction détériorent à la fois la lubrification et la dissipation thermique. Un autre cas est la réduction du jeu : la poussière et les gaz condensables qui pénètrent dans la chambre de pompage adhèrent aux rotors et aux parois, le jeu diminue, le frottement produit de la chaleur ; ce type de surchauffe s’accompagne généralement d’une augmentation du bruit et des vibrations, et nécessite un arrêt pour inspection.

Ordre de diagnostic sur site

Relever la pression d’aspiration et la pression de refoulement, calculer le rapport de compression réel et le comparer à la valeur de conception ;
Contrôler la pompe primaire : baisse de la vitesse de pompage, émulsion de l’huile, colmatage du filtre ;
Mesurer la température : carter d’engrenages, paliers, refoulement ; repérer le point le plus chaud pour localiser la source de chaleur ;
Pour le refroidissement par eau, contrôler le débit et les températures d’entrée et de sortie de l’eau ; pour le refroidissement par air, contrôler les ailettes et la température du local ;
À l’arrêt, contrôler le niveau et la qualité de l’huile, ouvrir la chambre pour rechercher des corps étrangers et des traces de frottement des rotors.

Remplacer seulement le moteur par un moteur de puissance supérieure ne résout pas le problème : avec un moteur plus puissant, la chaleur due au différentiel de pression reste présente et le problème d’un débit insuffisant de la pompe primaire est masqué.

Bien calculer le bilan d’élévation de température dès la phase de sélection

Choisir d’abord le modèle selon le point de pression de travail, puis vérifier la vitesse de pompage de la pompe primaire à ce même point de pression ; pour un procédé continu, prévoir un rapport de vitesse de pompage de 2~~3, et de 3~~4 pour un pompage intermittent uniquement ; multiplier le différentiel de pression maximal susceptible d’apparaître dans le procédé par 1.3 pour obtenir le point de vérification, sans dimensionner au plus près du différentiel de pression admissible. Pour un groupe complet, on peut prévoir une unité de pompage à vide selon les conditions de fonctionnement ; pour estimer d’abord le temps de pompage et les conversions d’unités, utiliser le calculateur de sélection. Certains modèles ne conviennent pas aux régions en 60Hz ; avant de commander, veuillez confirmer avec nous les modèles et configurations applicables.

Questions fréquentes

À partir de quel niveau une température de refoulement élevée de pompe Roots est-elle anormale ?

Il n'existe pas de chiffre uniforme : il faut considérer la valeur admissible du modèle et la tendance mesurée. Calculez d'abord le rapport de compression réel et comparez-le à la valeur de sélection ; dans les mêmes conditions de fonctionnement, si la température de refoulement dépasse de 10℃ la valeur relevée au début de la mise en service, vérifiez le débit de la pompe primaire, les conditions de refroidissement et le niveau d'huile.

Une pompe Roots peut-elle démarrer en même temps que la pompe primaire depuis la pression atmosphérique ?

Non. Si elle est mise en service alors que la pression d'entrée est encore de plusieurs centaines de mbar, le différentiel de pression agit directement sur les rotors et le courant comme l'élévation de température augmentent ensemble. La pratique courante consiste à faire d'abord descendre la pression à 10~30 mbar avec la pompe primaire, puis à autoriser le démarrage de la pompe Roots par un verrouillage de pression.

Une LC2600 associée à une V0630B avec un rapport de vitesse de pompage de 4.1 peut-elle surchauffer en fonctionnement continu ?

On s'approche de la limite : un pompage intermittent est seulement recommandé. Lorsque le différentiel de pression est élevé, la dilatation thermique des rotors peut créer une interférence avec la chambre de pompage. Pour un procédé continu, prévoir un rapport de 2~3, par exemple LC1200 (1200 m³/h) avec V0630B (630 m³/h).

Une quantité d'huile supérieure à la spécification peut-elle éviter la surchauffe ?

Non. La quantité d'huile doit correspondre à la précharge indiquée dans la fiche technique, par exemple 2.4 L pour le carter d'engrenages de la LC1200, 1.25 L pour la chambre d'engrenages, et 6.5 L pour le carter d'engrenages de la LC2600. Un excès d'huile provoque un brassage et un échauffement, ainsi qu'une augmentation des brouillards d'huile ; une quantité insuffisante fait d'abord surchauffer les engrenages et les roulements.

Peut-on remplacer le moteur par un moteur de puissance supérieure après une surchauffe ?

Non. La chaleur provient du travail du différentiel de pression ; augmenter la puissance du moteur ne réduit pas la chaleur due au différentiel de pression et masque en plus un débit insuffisant de la pompe primaire. Il faut d'abord vérifier le rapport de compression, puis contrôler la pompe primaire, le refroidissement et la lubrification.