EP0368122A1 - Pompe à vide du type roots multiétagé - Google Patents

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EP0368122A1
EP0368122A1 EP89120179A EP89120179A EP0368122A1 EP 0368122 A1 EP0368122 A1 EP 0368122A1 EP 89120179 A EP89120179 A EP 89120179A EP 89120179 A EP89120179 A EP 89120179A EP 0368122 A1 EP0368122 A1 EP 0368122A1
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EP
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shaft
stator
compression
shafts
chamber
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Dominique Guittet
Eric Taberlet
Jean-François Vuillermoz
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Alcatel CIT SA
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Alcatel CIT SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/008—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids for other than working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
    • F04C27/009—Shaft sealings specially adapted for pumps

Definitions

  • the present invention relates to a multi-stage roots type vacuum pump, comprising a stator defining a plurality of successive compression chambers, axially separated from each other by lateral flanges, a rotor assembly arranged inside the stator and consisting of two parallel shafts supported by bearings in end flanges of the stator, each shaft being fitted in each chamber with a compression lobe, each chamber thus containing two lobes, conjugate, of compression, one of the two shafts being driven in rotation by a motor and the other shaft being driven in opposite directions by means of a gear located in a casing fixed to the corresponding end flange of the stator, the two shafts each passing through said flange through a seal lips.
  • the pressure in the compression chamber closest to the casing which constitutes the high-pressure stage, may, depending on the value of the pressure at the suction of the pump, be greater than the pressure in the casing, it that is to say at atmospheric pressure, hence a risk of lifting the lip of the lip seal.
  • the pressure could be balanced on either side of the joint by a communication tube between the casing and the compression chamber, but then there would be a risk of facilitating the passage of oil vapors through this tube, from the crankcase to the compression chamber and find traces of oil condensation in the latter.
  • the compression chamber adjacent to the casing is very hot due to the compression of the gases, and this high temperature is transmitted to the oil, which has the effect, on the one hand, of reducing its viscosity, with the consequence larger leaks, and on the other hand to cause greater vaporization of the oil making trapping of the vapors more difficult.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks, and relates to a multi-stage roots type vacuum pump as defined above, characterized in that a sealing module is interposed between said end flange located on the side of said casing, and the compression chamber adjacent to said casing, said module constituting a partition, fitted around each shaft of the fixed part with a labyrinth seal, each shaft being provided with the movable complementary part of the labyrinth seal, said parts mobile labyrinth seals being located in a common cavity of said module connected, via a valve, with the discharge channel of said compression chamber adjacent to said casing, said valve allowing a passage of fluid in the direction of said cavity towards said delivery channel.
  • said sealing module includes a cooling water circulation chamber.
  • an inert gas is injected in small quantity into said cavity.
  • This pump 40 is composed of a stator and a rotor assembly.
  • the stator is produced by an assembly by stack of wafers comprising lateral flanges 1 and of ends 2 and 3, and stator rings 4.
  • This stator thus defines a plurality of successive compression chambers 5 delimited radially by the stator rings and axially by the flanges.
  • the ends of the stator are closed by two covers 6 and 7.
  • the rotor assembly disposed inside the stator comprises two parallel shafts 8 and 9 supported by rolling bearings 11 and 12 in the end flange 2 and also in the end flange 3.
  • each compression chamber 5 the shaft 8 is equipped with a compression lobe 13 and the shaft 9 is equipped with a compression lobe 14.
  • Each compression chamber 5 therefore receives two compression lobes: 13 and 14 These lobes have conjugate profiles and are well known in themselves.
  • the shaft 8 is rotated by a drive motor 15 via a coupling device 16.
  • the shaft 9 is rotated in opposite directions by a gear comprising a pinion 17 mounted on the shaft 8 and a pinion 18 mounted on the shaft 9.
  • This gear 17-18 is located in the cover 6 serving as a casing.
  • This housing cover 6 is fixed to the end flange 2. In operation, the housing 6 contains lubricating oil of the gear 17-18.
  • the shaft 8 passes through the end flange 2 through a lip seal 19 and likewise, the shaft 9 passes through the end flange 2 through a lip seal 20.
  • FIG. 1 we see at 21 the suction inlet and at 22 the discharge outlet connected to the discharge channel 23 (FIG. 2) by various members including a silencer 24.
  • the discharge channel 23 passes through the last stator ring 4 located on the side of the casing 6.
  • the high pressure, atmospheric pressure in steady state, is therefore located on the side of the gear 17-18.
  • a sealing module 24 interposed between the end flange 2 and the last compression chamber 5, that is to say between the flange 2 and the last stator ring 4 most close to the housing 6.
  • This sealing module 24 constitutes a partition through which the shafts 8 and 9 pass; the partition being fitted around each shaft, with the fixed part 25, 26 of a labyrinth seal of which the second complementary, mobile part, 27, 28 is carried by the shafts 8 and 9.
  • the mobile parts 27 and 28 of the labyrinth seals are mounted on the shafts via an O-ring 29, 30 and are located in a common cavity 31 of the module.
  • This common cavity 31 is connected to the delivery channel 23 by a valve made up of a ball 32 pushed by a spring 33.
  • the sealing module 24 comprises a chamber 34 for circulating cooling water. This circulation makes it possible to evacuate the calories generated in the neighboring compression chamber, and to keep the oil in the crankcase 6 at ambient temperature. A thermal barrier is thus produced.
  • the water supply and drainage lines have not been shown in the drawing.
  • the sealing module 24 also plays the role of an oil trap: in fact, if a leak nevertheless occurs through the lip seals 19 and 20 in the form of vapor, it is projected by the movable parts 27, 28 labyrinth seals acting as a deflector, against the wall cold, and condensed. If the leak is in liquid form, the O-rings 29, 30 prevent the migration of oil along the shafts. It is collected in the common cavity 31 from where it can be evacuated by a drain hole.
  • each compression chamber has an inlet and an outlet, and the outlet of one chamber is connected to the inlet of the next through channels of the side flanges 1

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Abstract

Pompe à vide du type roots multiétagé, comprenant un stator définissant une pluralité de chambres (5) successives de compression, séparées axialement les unes des autres par des flasques latéraux (1), un ensemble rotorique disposé à l'intérieur du stator et constitué de deux arbres parallèles (8, 9) supportés par des paliers (11, 12) dans des flasques d'extrémité (2, 3) du stator, chaque arbre (8, 9) étant équipé dans chaque chambre (5) d'un lobe de compression (13, 14), chaque chambre (5) contenant ainsi deux lobes (13, 14), conjugués, de compression, l'un (8) des deux arbres étant entraîné en rotation par un moteur (15) et l'autre arbre (9) étant entraîné en sens inverse par l'intermédiaire d'un engrenage (17-18) situé dans un carter (6) fixé au flasque d'extrémité (2) correspondant du stator, les deux arbres (8, 9) traversant chacun ledit flasque (2) à travers un joint d'étanchéité à lèvres (19, 20), caractérisée en ce qu'un module d'étanchéité (24) est interposé entre ledit flasque d'extrémité (2) situé du côté dudit carter (6), et la chambre de compression adjacente audit carter, ledit module (24) constituant une cloison, équipée autour de chaque arbre (8, 9) de la partie fixe (25, 26) d'un joint labyrinthe, chaque arbre étant muni de la partie complémentaire mobile (27, 28) du joint labyrinthe, lesdites parties mobiles de joints labyrinthes étant situées dans une cavité commune (31) dudit module reliée, par l'intermédiaire d'une soupape (32, 33), avec le canal de refoulement (23) de ladite chambre de compression adjacente audit carter, ladite soupape permettant un passage de fluide dans le sens de ladite cavité (31) vers ledit canal de refoulement.

Description

  • La présente invention concerne une pompe à vide du type roots multiétagé, comprenant un stator définissant une pluralité de chambres successives de compression, séparées axialement les unes des autres par des flasques latéraux, un ensemble rotorique disposé à l'intérieur du stator et constitué de deux arbres parallèles supportés par des paliers dans des flasques d'extrémité du stator, chaque arbre étant équipé dans chaque chambre d'un lobe de compression, chaque chambre contenant ainsi deux lobes, conjugués, de compression, l'un des deux arbres étant entraîné en rotation par un moteur et l'autre arbre étant entraîné en sens inverse par l'intermédiaire d'un engrenage situé dans un carter fixé au flasque d'extrémité correspondant du stator, les deux arbres traversant chacun ledit flasque à travers un joint d'étanchéité à lèvres.
  • Dans une pompe de ce type, il n'y a pas de joint d'huile entre les lobes de compression et les chambres de compression, il s'agit d'une pompe dite "sèche". Cependant le carter dans lequel est situé l'engrenage contient de l'huile pour la lubrification de l'engrenage, et bien que le carter soit séparé de la chambre de compression la plus proche par un joint à lèvre autour de chaque arbre, l'étanchéité qui en résulte est insuffisante lorsque l'on utilise une telle pompe en pompe primaire où l'on veut que les chambres de compression soient exemptes d'huile absolument.
  • En effet, la pression dans la chambre de compression la plus proche du carter, qui constitue l'étage haute pression peut, selon la valeur de la pression à l'aspiration de la pompe, être supérieure à la pression dans le carter, c'est-à-dire à la pression atmosphérique, d'où un risque de soulèvement de la lèvre du joint à lèvre.
  • Pour remédier à ce problème, on pourrait équilibrer la pression de part et d'autre du joint par une tubulure de communication entre le carter et la chambre de compression, mais alors on risquerait de faciliter le passage de vapeurs d'huile par cette tubulure, du carter vers la chambre de compression et retrouver dans cette dernière des traces de condensation d'huile.
  • L'utilisation d'un joint à deux lèvres montées tête-bêche est aussi à proscrire, car la lèvre côté chambre de compression ne peut être lubrifiée d'où son usure et une durée de vie très courte.
  • Par ailleurs, la chambre de compression adjacente au carter est très chaude du fait de la compression des gaz, et cette haute température se transmet à l'huile, ce qui a pour effet, d'une part de diminuer sa viscosité, avec pour conséquence des fuites plus importantes, et d'autre part d'entraîner une vaporisation plus importante de l'huile rendant le piégeage des vapeurs plus difficile.
  • Enfin, les gaz pompés, s'ils sont corrosifs, peuvent rapidement endommager le joint d'étanchéité et provoquer des fuites.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et a pour objet une pompe à vide du type roots multiétagé comme définie ci-dessus, caractérisée par le fait qu'un module d'étanchéité est interposé entre ledit flasque d'extrémité situé du côté dudit carter, et la chambre de compression adjacente audit carter, ledit module constituant une cloison, équipée autour de chaque arbre de la partie fixe d'un joint labyrinthe, chaque arbre étant muni de la partie complémentaire mobile du joint labyrinthe, lesdites parties mobiles de joints labyrinthes étant situées dans une cavité commune dudit module relié, par l'intermédiaire d'une soupape, avec le canal de refoulement de ladite chambre de compression adjacente audit carter, ladite soupape permettant un passage de fluide dans le sens de ladite cavité vers ledit canal de refoulement.
  • Selon une autre caractéristique, ledit module d'étanchéité comprend une chambre de circulation d'eau de refroidissement.
  • Selon une autre caractéristique, un gaz inerte est injecté en faible quantité dans ladite cavité.
  • On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel :
    • La figure 1 est une vue extérieure générale, très schématique, d'une pompe à vide selon l'invention.
    • La figure 2 montre la pompe selon l'invention en élévation en coupe partielle.
    • La figure 3 est une vue de dessus en coupe partielle de la pompe selon l'invention.
  • En se référant aux figures, on voit une pompe à vide du type roots multiétagé.
  • Cette pompe 40 est composée d'un stator et d'un ensemble rotorique. Le stator est réalisé par un assemblage par empilement de galettes comprenant des flasques latéraux 1 et d'extrémités 2 et 3, et des couronnes statoriques 4. Ce stator définit ainsi une pluralité de chambres de compression 5 successives délimitées radialement par les couronnes statoriques et axialement par les flasques. Les extrémités du stator sont fermées par deux couvercles 6 et 7.
  • L'ensemble rotorique, disposé à l'intérieur du stator comprend deux arbres parallèles 8 et 9 supportés par des paliers à roulements 11 et 12 dans le flasque d'extrémité 2 et aussi dans le flasque d'extrémité 3.
  • Dans chaque chambre de compression 5, l'arbre 8 est équipé d'un lobe de compression 13 et l'arbre 9 est équipé d'un lobe de compression 14. Chaque chambre de compression 5 reçoit donc deux lobes de compres­sion : 13 et 14. Ces lobes ont des profils conjugués et sont bien connus en eux-mêmes.
  • L'arbre 8 est entraîné en rotation par un moteur d'entraînement 15 par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement 16. L'arbre 9 est entraîné en rotation en sens inverse par un engrenage comprenant un pignon 17 monté sur l'arbre 8 et un pignon 18 monté sur l'arbre 9. Cet engrenage 17-18 est situé dans le couvercle 6 servant de carter. Ce couvercle-carter 6 est fixé au flasque d'extrémité 2. En fonctionnement, le carter 6 contient de l'huile de lubrification de l'engrenage 17-18.
  • L'arbre 8 traverse le flasque d'extrémité 2 à travers un joint d'étanchéité à lèvre 19 et de même, l'arbre 9 traverse le flasque d'extrémité 2 à travers un joint d'étanchéité à lèvre 20.
  • Sur la figure 1, on voit en 21 l'entrée d'aspiration et en 22 la sortie de refoulement reliée au canal de refoulement 23 (figure 2) par différents organes dont un silencieux 24. Le canal de refoulement 23 traverse la dernière couronne statorique 4 située du côté du carter 6. La haute pression, pression atmosphérique en régime établi, est donc située du côté de l'engrenage 17-18.
  • Au démarrage de la pompe, il se crée des surpressions dans les chambres de compression avales, la pompe agissant comme un compresseur avec un rapport de compression ; ainsi, lorsque l'aspiration 2 démarre à la pression atmosphérique, on peut arriver à la dernière chambre 5 à une pression notablement supérieure à la pression atmosphérique régnant dans le carter 6 provoquant, en l'absence de mesures, le soulèvement des joints à lèvres 19 et 20.
  • Ainsi, selon l'invention, on prévoit un module d'étanchéité 24 interposé entre le flasque d'extrémité 2 et la dernière chambre de compression 5, c'est-à-dire entre le flasque 2 et la dernière couronne statorique 4 la plus proche du carter 6.
  • Ce module d'étanchéité 24 constitue une cloison traversée par les arbres 8 et 9 ; la cloison étant équipée autour de chaque arbre, de la partie fixe 25, 26 d'un joint labyrinthe dont la seconde partie complémentaire, mobile, 27, 28 est portée par les arbres 8 et 9. Les parties mobiles 27 et 28 des joints labyrinthes sont montées sur les arbres par l'intermédiaire d'un joint torique 29, 30 et sont situées dans une cavité commune 31 du module.
  • Cette cavité commune 31 est reliée au canal de refoulement 23 par une soupape constituée d'une bille 32 poussée par un ressort 33.
  • Ainsi, en cas de surpression dans la cavité commune 31, celle-ci est mise en communication avec le canal de refoulement 23. Il n'y a donc plus de risque de soulèvement du joint à lèvres 19.
  • En outre, le module d'étanchéité 24 comprend une chambre 34 de circulation d'eau de refroidissement. Cette circulation permet d'évacuer les calories générées dans la chambre de compression voisine, et de maintenir l'huile du carter 6 à la température ambiante. On réalise ainsi une barrière thermique. Les conduites d'amenée et d'évacuation d'eau n'ont pas été représentées sur le dessin.
  • On prévoit également d'injecter en faible quantité dans la cavité commune 31 un gaz inerte tel que de l'azote qui permet de diluer les éventuels gaz corrosifs aspirés, évitant ainsi l'agression et la destruction du joint à lèvres 19.
  • Le module d'étanchéité 24 joue en outre un rôle de piège à huile : en effet, s'il se produit néanmoins une fuite par les joints à lèvre 19 et 20 sous forme de vapeur, elle est projetée, par les parties mobiles 27, 28 des joints labyrinthes agissant comme déflecteur, contre la paroi froide, et condensée. Si la fuite est sous forme liquide, les joints toriques 29, 30 empêchent la migration de l'huile le long des arbres. Elle est recueillie dans la cavité commune 31 d'où elle peut être évacuée par un trou de vidange.
  • Bien entendu, mais cela ne fait pas partie de l'invention, chaque chambre de compression comporte une entrée et une sortie, et la sortie d'une chambre est reliée à l'entrée de la suivante en passant par des canaux des flasques latéraux 1. Ces dispositions sont connues et n'ont pas été représentées pour ne pas surcharger le dessin.

Claims (3)

1/ Pompe à vide du type roots multiétagé, comprenant un stator définissant une pluralité de chambres (5) successives de compression, séparées axialement les unes des autres par des flasques latéraux (1), un ensemble rotorique disposé à l'intérieur du stator et constitué de deux arbres parallèles (8, 9) supportés par des paliers (11, 12) dans des flasques d'extrémité (2, 3) du stator, chaque arbre (8, 9) étant équipé dans chaque chambre (5) d'un lobe de compression (13, 14), chaque chambre (5) contenant ainsi deux lobes (13, 14), conjugués, de compression, l'un (8) des deux arbres étant entraîné en rotation par un moteur (15) et l'autre arbre (9) étant entraîné en sens inverse par l'intermédiaire d'un engrenage (17-18) situé dans un carter (6) fixé au flasque d'extrémité (2) correspondant du stator, les deux arbres (8, 9) traversant chacun ledit flasque (2) à travers un joint d'étanchéité à lèvres (19, 20), caractérisée en ce qu'un module d'étanchéité (24) est interposé entre ledit flasque d'extrémité (2) situé du côté dudit carter (6), et la chambre de compression adjacente audit carter, ledit module (24) constituant une cloison, équipée autour de chaque arbre (8, 9) de la partie fixe (25, 26) d'un joint labyrinthe, chaque arbre étant muni de la partie complémentaire mobile (27, 28) du joint labyrinthe, lesdites parties mobiles de joints labyrinthes étant situées dans une cavité commune (31) dudit module reliée, par l'intermédiaire d'une soupape (32, 33), avec le canal de refoulement (23) de ladite chambre de compression adjacente audit carter, ladite soupape permettant un passage de fluide dans le sens de ladite cavité (31) vers ledit canal de refoulement.
2/ Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit module d'étanchéité (24) comprend une chambre (34) de circulation d'eau de refroidissement.
3/ Pompe à vide selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un gaz inerte est injecté en faible quantité dans ladite cavité commune (31).
EP89120179A 1988-11-07 1989-10-31 Pompe à vide du type roots multiétagé Revoked EP0368122B1 (fr)

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FR8814494A FR2638788B1 (fr) 1988-11-07 1988-11-07 Pompe a vide du type roots multietage

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EP0368122A1 true EP0368122A1 (fr) 1990-05-16
EP0368122B1 EP0368122B1 (fr) 1993-02-24

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EP89120179A Revoked EP0368122B1 (fr) 1988-11-07 1989-10-31 Pompe à vide du type roots multiétagé

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JP (1) JPH066950B2 (fr)
AT (1) ATE86011T1 (fr)
DE (1) DE68905026T2 (fr)
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