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Dans une station de relevage municipale, le moteur d'une pompe à arbre vertical a grillé. En urgence, un moteur horizontal à bride a été pris au stock, posé sur la pompe arbre vers le bas, et la station a redémarré le jour même. Six mois plus tard, un grondement est apparu au roulement inférieur ; au démontage, on a trouvé des traces de rouille autour de la sortie d'arbre et des gouttelettes d'eau dans la graisse. La puissance, la vitesse et la bride du moteur étaient correctes. L'erreur, c'est que personne n'avait demandé dans quelle position le moteur allait fonctionner.
Un moteur dont l'arbre est orienté vers le bas ressemble à un moteur horizontal tourné de quatre-vingt-dix degrés. Sur le plan mécanique, pourtant, la direction de la charge, le chemin suivi par l'eau et le rôle des roulements changent. Nous détaillons ci-dessous ces différences à partir d'exemples de terrain et récapitulons ce qu'il faut indiquer dans la commande.
V1 et V5 : l'arbre est orienté de la même façon, le moteur est porté différemment
Les positions de montage sont définies par des codes IM dans la norme IEC 60034-7. Les deux dispositions de base pour un fonctionnement arbre vers le bas sont les suivantes :
- V1 (IM 3011) : version verticale, arbre vers le bas, du moteur à grande bride (B5). Le moteur repose par sa bride sur le corps de pompe situé en dessous ou sur une lanterne (pièce intermédiaire), et tout son poids est transmis par les boulons de bride. La plupart des pompes centrifuges verticales, des pompes en ligne (inline) et des agitateurs verticaux utilisent cette disposition.
- V5 (IM 1011) : version arbre vers le bas du moteur à pattes (B3). Le moteur est boulonné par ses pattes à un mur ou à une console verticale. On la rencontre sur les machines verticales entraînées par courroie et sur les petits entraînements fixés sur console.
La différence ne se limite pas au point de fixation. En V1, la carcasse est portée par la bride et il n'y a pas de pattes ; en V5, les pattes, pourtant conçues pour reposer au sol, retiennent une masse suspendue sur une surface latérale. Sur les grandes carcasses, la disposition V5 crée une charge qui sollicite les boulons des pattes en cisaillement ; c'est pourquoi la plupart des concepteurs passent à une solution à bride au-delà d'une certaine taille. Nous avons traité leurs équivalents arbre vers le haut, V3 et V6, dans l'article consacré au montage arbre vers le haut, et la disposition V18 à petite bride sans pattes dans l'article IM V18/V19.
Comment la gravité modifie-t-elle le travail du roulement ?
Sur un moteur horizontal, le poids du rotor s'exerce latéralement sur les roulements, c'est-à-dire radialement. Lorsque le moteur est mis à la verticale, ce même poids tire vers le bas le long de l'axe de l'arbre et se transmet cette fois, sous forme de charge axiale, au palier fixe du montage des roulements. Sur les petites carcasses, cette charge supplémentaire pose rarement problème ; mais à mesure que la masse du rotor augmente et que la vitesse s'élève, la capacité axiale du roulement devient déterminante.
Le point vraiment délicat, c'est la pompe. En fonctionnement, la roue d'une pompe centrifuge produit sa propre poussée axiale. Certaines pompes verticales possèdent leur propre palier qui reprend cette poussée ; sur d'autres, la roue est montée directement sur l'arbre moteur et ce sont les roulements du moteur qui l'encaissent. Dans le second cas, il faut consulter la force axiale admissible indiquée dans le catalogue du moteur ; cette valeur est donnée séparément selon la position de montage et le sens de l'effort. Si la fiche technique du fabricant de la pompe mentionne une « charge axiale à reprendre par le moteur », ce chiffre doit être reporté tel quel dans la commande du moteur.
Il existe aussi une différence côté vibrations : un moteur vertical fonctionne avec la même solidité que la rigidité de la lanterne ou de la console sur laquelle il repose. Une console en tôle mince peut faire paraître vibrant même un rotor bien équilibré.
Par où l'eau pénètre-t-elle dans le moteur ?
En position arbre vers le bas, deux points faibles apparaissent. Le premier est le capot de ventilateur, situé tout en haut : les grilles d'aspiration d'air sont tournées vers le ciel. Nous avons détaillé les précautions à prendre pour ce point en extérieur dans l'article sur le toit de protection (capot pare-pluie). Le second est la sortie d'arbre, située tout en bas. La pluie qui ruisselle sur la surface extérieure de la carcasse, l'eau de lavage ou le liquide qui fuit de la garniture de la pompe descend par gravité et s'accumule autour de la sortie d'arbre. Si le joint reste constamment humide, sa lèvre s'use avec le temps et l'eau progresse jusqu'au logement du roulement.
C'est pourquoi, sur les moteurs arbre vers le bas, on étudie ensemble le type de joint, si nécessaire une bague déflectrice supplémentaire (de type V-ring) et l'évacuation des fuites de garniture de la pompe vers le sol plutôt que vers le moteur. La condensation doit aussi être prise en compte : dans un local de pompage qui se refroidit la nuit et se réchauffe le jour, de l'eau peut s'accumuler à l'intérieur de la carcasse. Les trous de purge doivent se trouver au point le plus bas du moteur dans cette position ; lorsqu'un moteur horizontal est retourné, ces trous se retrouvent au mauvais endroit. Sur les séries triphasées de HEM Motor, la résistance de réchauffage anticondensation est une option qui peut être demandée à la commande ; l'indice de protection est IP55 en standard, IP56 et IP65 en option.
