Une pompe Roots ne produit pas elle-même de compression : elle transfère le gaz du côté basse pression vers le côté haute pression, et la quantité transférée dépend de ce que la pompe primaire peut évacuer. Dans le dimensionnement d’un groupe Roots, la moitié du travail réside donc dans le dimensionnement du rapport avec la pompe primaire.
I. Distinguer d’abord deux rapports
- Rapport de vitesse de pompage = vitesse de pompage de la pompe Roots ÷ vitesse de pompage de la pompe primaire. Il se calcule directement lors du dimensionnement.
- Rapport de compression = pression côté refoulement ÷ pression côté aspiration. Il s’agit d’une valeur mesurée en fonctionnement.
En régime stable, les deux sont proches, mais le rapport de compression dépend aussi de la température du gaz, des fuites et de la différence de pression. Utiliser le rapport de vitesse de pompage pour la présélection, puis vérifier avec le rapport de compression mesuré.
II. Paramètres de base de la série LC
| Modèle | Vitesse de pompage 50/60 Hz | Puissance | Orifice d’aspiration | Orifice de refoulement | Poids |
|---|---|---|---|---|---|
| LC250 | 250 / 300 m³/h | 2.2 kW | ISO63 | ISO40 | 61 kg |
| LC500 | 500 / 600 m³/h | 2.2 kW | ISO100 | ISO63 | 69 kg |
| LC1200 | 1200 / 1440 m³/h | 4.0 kW | ISO160 | ISO100 | 149 kg |
| LC2600 | 2600 / 3120 m³/h | 7.5 kW | ISO160 | ISO100 | 308 kg |
| LC4200 | 4200 / 5040 m³/h | 11 kW | ISO250 | ISO100 | 400 kg |
À noter que la puissance du moteur de la série LC n’augmente pas linéairement avec la vitesse de pompage : entre LC1200 et LC2600, la vitesse de pompage fait plus que doubler, tandis que la puissance passe de 4.0 kW à 7.5 kW. Cela vient du fait que la consommation des pompes Roots est principalement liée à la différence de pression, et non à la vitesse de pompage.
III. Comment fixer le rapport
La pratique courante consiste à retenir un rapport de vitesse de pompage de 2~4 :
- 2~3 : la plupart des procédés continus, avec une différence de pression modérée et une élévation de température maîtrisable.
- 3~4 : à utiliser lorsque le procédé exige une vitesse de pompage plus élevée et que la pompe primaire est limitée par la place ou le coût ; il faut alors surveiller la différence de pression et l’élévation de température.
- Au-delà de 4 : la différence de pression devient trop importante ; après dilatation thermique, le rotor peut interférer avec la chambre de pompe, sauf si le procédé consiste en un pompage de courte durée ou en un fonctionnement intermittent.
Deux exemples concrets de configuration :
| Pompe Roots | Rapport de vitesse de pompage | Pompe primaire | Remarque |
|---|---|---|---|
| LC1200 (1200 m³/h) | 1.9 | V0630B (630 m³/h) | Différence de pression faible, adapté au fonctionnement continu |
| LC2600 (2600 m³/h) | 4.1 | V0630B (630 m³/h) | Proche de la limite supérieure, recommandé seulement pour un pompage intermittent |
IV. D’où vient la limite supérieure du rapport de compression
Entre le rotor et la chambre de pompe d’une pompe Roots, l’ajustement est sans contact ; l’étanchéité repose sur le jeu. Plus le rapport de compression est élevé, plus la part de débit de retour à travers le jeu est importante, et plus la vitesse de pompage réelle diminue rapidement. En parallèle, la chaleur de compression du gaz due à la différence de pression fait monter la température du rotor, ce qui réduit le jeu.
La différence de pression admissible indiquée par le fabricant est une donnée impérative. Lors du dimensionnement, calculer la différence de pression maximale que le procédé peut présenter, prévoir une marge de 30 %, et ne pas dimensionner au plus près de la limite supérieure.
V. Le temps de pompage doit être calculé pour l’ensemble du groupe
Après le démarrage d’un groupe Roots, la pompe primaire abaisse d’abord la pression jusqu’à la plage dans laquelle la pompe Roots peut être mise en service (généralement 10~30 mbar), puis la pompe Roots est démarrée. Le temps de pompage se calcule en deux phases :
- Phase où la pompe primaire fonctionne seule : t₁ = (V / S_primaire) × ln(p₀ / p_commutation)
- Phase de fonctionnement du groupe : t₂ = (V / S_Roots) × ln(p_commutation / p_cible)
Pour une chambre de 1000 L pompée depuis la pression atmosphérique jusqu’à 0.5 mbar, avec une pompe primaire de 630 m³/h, un point de commutation à 20 mbar et une pompe Roots de 2600 m³/h :
- t₁ = (1 / 0.175) × ln(1013 / 20) ≈ 5.7 × 3.92 ≈ 22 s
- t₂ = (1 / 0.722) × ln(20 / 0.5) ≈ 1.38 × 3.69 ≈ 5.1 s
Total d’environ 27 s ; en pratique, en ajoutant les pertes de charge des canalisations et le temps d’action des vannes, tabler sur 35~40 s pour la planification de production.
VI. Paramètres à nous communiquer
Volume de la chambre, pression cible et temps de pompage admissible, dégazage du procédé, présence ou non de poussière ou de caractère corrosif dans le gaz, alimentation électrique sur site et dimensions de l’emplacement. Avec ces éléments, il est possible de dimensionner ensemble la pompe Roots et la pompe primaire, sans devoir acheter d’abord une grande pompe puis lui associer une pompe plus petite.
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