La présente invention concerne les pompes à vide,
notamment les pompes à vide primaires utilisées dans l'industrie du
semi-conducteur pour abaisser la pression dans les chambres de
procédés à partir de l'atmosphère.
Ces pompes à vide doivent résister à des agressions
multiples, résultant notamment du fait que les gaz pompés hors de
la chambre de procédés sont très corrosifs et imposent
l'utilisation de matériaux particuliers pour réaliser le corps de
pompe à vide.
De préférence, la température du corps d'une pompe à vide
doit être maítrisée, d'une part pour éviter les grippages dus aux
dilatations thermiques, d'autre part pour maintenir les gaz pompés
à des températures appropriées évitant leur transformation sous
forme de dépôts solides dans la pompe.
Egalement, les pompes à vide fonctionnent dans un
environnement contrôlé de type salle blanche, dans lequel les
systèmes de refroidissement ne peuvent pas faire appel à une
circulation d'air. Il en résulte que le contrôle de température du
corps de pompe doit s'effectuer par circulation d'un liquide de
refroidissement.
En fonctionnement, la température d'un corps de pompe à
vide est relativement élevée, de sorte qu'il existe un risque
important de corrosion des parois du circuit de refroidissement de
la pompe par le liquide de refroidissement, et un risque de dépôt
de matière sur les parois du circuit de refroidissement.
Une solution actuelle de refroidissement d'une pompe à
vide consiste à utiliser un revêtement anticorrosion dans le
circuit de refroidissement. Ce revêtement anticorrosion, par
exemple de type polytétrafluoroéthylène, est déposé sur les pièces
statiques du corps de pompe de manière à isoler le liquide de
refroidissement tel que l'eau désionisée par rapport aux matériaux
constituant le corps de la pompe à vide. Un inconvénient est qu'un
tel revêtement anticorrosion est généralement en matériau isolant
thermique, ce qui réduit l'échange thermique et la capacité de
refroidissement du circuit. Un autre inconvénient est le risque de
défauts locaux de continuité de tout revêtement par dépôt de
matière. Il en résulte que la fiabilité et l'efficacité ne sont pas
satisfaisantes.
On a également proposé de rapporter sur le corps de la
pompe à vide des pièces métalliques assurant à la fois la
conduction du liquide de refroidissement, la résistance à la
corrosion, et le passage de chaleur entre le corps de pompe à vide
et le liquide de refroidissement. Cette solution augmente
l'encombrement de la pompe, et augmente également le coût de
production de la pompe à vide.
Le document JP 05 118 288 décrit une pompe à vide dont
chaque carter à roulements et engrenages est refroidi par un fluide
traversant un tube en acier inoxydable surmoulé dans la masse du
carter. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Tout
d'abord, l'opération de surmoulage est toujours délicate, à cause
de la difficulté de mise en place et de maintien du tube dans le
moule de coulée. Ensuite, le tube surmoulé est si étroitement lié
au carter qu'il est pratiquement impossible de le changer
ultérieurement. Et surtout, le surmoulage s'effectue à température
de coulée du métal constituant le corps de carter, qui est
généralement un métal fondant à température élevée qui fait perdre
au tube ses propriétés anticorrosion. Il en résulte que la
protection contre la corrosion est insuffisante.
On connaít par ailleurs la technique de dudgeonnage,
utilisée notamment pour réaliser une liaison mécanique rigide entre
l'extrémité d'un tube et une plaque support. Pour cela, un outil de
dudgeonnage est introduit à l'intérieur du tronçon d'extrémité de
tube, et déforme radialement le tube au-delà de sa limite élastique
pour rattraper le jeu entre son diamètre extérieur et un alésage
prévu dans la plaque ; puis l'outil de dudgeonnage poursuit la
déformation radiale en matant le tube pour assurer la liaison
mécanique entre le tube et la plaque support.
L'invention vise à concevoir une nouvelle structure de
système de refroidissement de pompe à vide, et un procédé pour sa
réalisation, permettant d'assurer à la fois une bonne conduction
thermique entre le liquide de refroidissement et le corps de pompe
à vide, de réduire encore les risques de corrosion par le liquide
de refroidissement, et de réduire les coûts de production.
L'invention doit permettre d'utiliser des matériaux appropriés qui
soient adaptés à la fois au liquide de refroidissement et aux
matériaux formant le corps de pompe à vide, et à éviter tout
échauffement susceptible de dégrader les propriétés anticorrosion
des matériaux employés.
L'invention vise aussi à faciliter le changement ultérieur
des matériaux anticorrosion, changement qui peut s'avérer
nécessaire en fonction des conditions d'utilisation.
L'idée qui est à la base de la présente invention consiste
à utiliser la technique de dudgeonnage pour l'appliquer de manière
nouvelle à la réalisation d'une paroi anticorrosion dans un circuit
de refroidissement de corps de pompe à vide.
Pour cela, l'invention prévoit un système de
refroidissement de pompe à vide comprenant un circuit de
refroidissement dans lequel un liquide de refroidissement circule
dans le corps de pompe à vide et est isolé du matériau constituant
le corps de pompe à vide par au moins une couche de matière
anticorrosion évitant la corrosion du corps de pompe à vide par le
liquide de refroidissement ; ladite couche de matière anticorrosion
comprend au moins un tube de matériau résistant à la corrosion et
bon conducteur thermique, dudgeonné dans un logement correspondant
du corps de pompe à vide.
Dans les applications courantes, le corps de pompe à vide
est en fonte. Le tube peut alors être avantageusement réalisé en
acier inoxydable. Le liquide de refroidissement peut être de l'eau
désionisée. Le dudgeonnage s'effectue à froid, et évite ainsi la
dégradation de l'acier inoxydable lors de l'assemblage du tube dans
le corps de pompe à vide, dégradation qui pourrait être produite si
l'on adaptait le tube par un traitement thermique ou par
surmoulage.
Avec un corps de pompe à vide en fonte, on peut utiliser,
en alternative, des tubes en un métal ou alliage tel que le cuivre,
le monel, l'inconel. Le dudgeonnage permet l'usage de ces matières,
sans dégrader leurs propriétés anticorrosion.
Dans tous les cas, on choisit un tube en un matériau
inattaquable par le liquide de refroidissement. La technique de
dudgeonnage permet un grand choix de matériaux, et donc une
adaptation efficace à différents liquides de refroidissement et à
différents matériaux constituant le corps de pompe à vide.
Dans le cas d'un tube en acier inoxydable, relativement
peu malléable, l'interface entre le tube et le corps de pompe à
vide peut avantageusement être lisse.
Par contre, lorsqu'on utilise un tube en un matériau plus
ductile tel que le cuivre, l'interface entre le tube et le corps de
pompe à vide peut être rugueuse. Par exemple, on peut prévoir dans
le corps de pompe à vide un alésage dont l'état de surface est
rugueux avant l'étape de dudgeonnage.
De préférence, le matériau formant le tube est dudgeonné
sur toute la longueur du logement de corps de pompe qui le reçoit.
L'invention prévoit également un procédé de réalisation
d'un tel système de refroidissement de pompe à vide, comprenant une
étape de dudgeonnage réalisant l'expansion radiale du tube au-delà
de sa limite élastique dans le logement correspondant du corps de
pompe à vide, en appliquant à l'intérieur du tube une pression
appropriée.
La pression appropriée peut être appliquée par un manchon
expansible alimenté par un fluide hydraulique sous pression.
En alternative, la pression appropriée peut être appliquée
par un outil de dudgeonnage mécanique.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la
présente invention ressortiront de la description suivante de modes
de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures
jointes, parmi lesquelles:
- la figure 1 illustre schématiquement, en coupe, un corps de pompe
à vide avec un système de refroidissement selon un mode de
réalisation de la présente invention ;
- les figures 2 et 3 illustrent deux étapes successives de
dudgeonnage d'un tube dans un corps de pompe à vide ; et
- la figure 4 illustre une structure possible d'outil de
dudgeonnage mécanique.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, une
pompe à vide comprend un corps de pompe à vide 1, par exemple en
fonte, dans lequel sont réalisées des chambres de pompage 2 et 3
recevant un rotor entraíné par un arbre tel que les arbres 4 et 5.
De façon connue, les parties d'extrémités du corps de pompe à vide
1 peuvent être constituées de carters rapportés, contenant des
paliers à roulements et des engrenages pour le support et
l'entraínement mécanique des arbres 4 et 5, le tout baignant dans
de l'huile.
La maítrise de la température de la pompe à vide est
assurée par un circuit de refroidissement dans lequel un liquide de
refroidissement circule tout en étant isolé du matériau constituant
le corps de pompe à vide 1.
Selon l'invention, on réalise dans le corps de pompe à
vide 1 des alésages traversants tels que les alésages 6 et 7,
disposés en des zones appropriées pour le refroidissement du corps
de pompe à vide 1, notamment dans les parties d'extrémités de la
pompe à vide 1. Chaque alésage 6 ou 7 constitue un logement dans
lequel est adapté un tube 8 ou 9 en matériau résistant à la
corrosion par le liquide de refroidissement qui parcourt l'alésage
central 10 ou 11 respectif du tube 8 ou 9.
Le tube 8 ou 9 est dudgeonné dans le logement ou alésage
correspondant 6 ou 7.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure, le
tube 8 ou 9 est cylindrique de révolution et traverse le corps de
pompe à vide 1 selon un trajet sensiblement rectiligne. Cette
disposition autorise, pour l'assemblage, une déformation du tube 8
ou 9 par dudgeonnage mécanique.
Le matériau formant le tube 8 ou 9 est de préférence
dudgeonné sur toute la longueur de l'alésage ou logement
correspondant 6 ou 7 du corps de pompe à vide 1. On optimise ainsi
le contact mécanique entre le tube 8 ou 9 et le corps de pompe à
vide 1, et donc la transmission de chaleur entre le liquide de
refroidissement et le corps de pompe à vide 1.
De préférence, le matériau formant le tube 8 ou 9 est
déformé en expansion radiale par le dudgeonnage jusque dans les
zones de transition de tube qui dépassent de part et d'autre de
l'alésage ou logement correspondant 6 ou 7 du corps de pompe à vide
1. En pratique, cette expansion produit et laisse subsister, dans
les zones de sortie des tubes 8 et 9, des collets 12 à 15
d'extrémité ou zones de plus grand diamètre de tube, à partir des
faces d'extrémité 16 et 17 du corps de pompe à vide. De cette
façon, on optimise les contacts mécaniques et les transmissions de
chaleur, et on évite tout risque de corrosion dans les interstices
entre le corps de pompe à vide 1 et le tube 8 ou 9.
Dans un premier mode de réalisation, le corps de pompe à
vide 1 est en fonte d'acier, et le tube 8 ou 9 est en acier
inoxydable. Le liquide de refroidissement peut alors être de l'eau
désionisée, notamment.
En alternative, le corps de pompe à vide 1 peut être en
fonte, et le tube 8 ou 9 peut être en un métal ou alliage tel que
le cuivre, le monel, l'inconel, notamment.
Dans tous les cas, le tube 8 ou 9 est en un matériau
inattaquable par le liquide de refroidissement.
Dans les modes de réalisation dans lesquels le métal du
tube 8 ou 9 est peu ductile, on peut avantageusement prévoir que
l'interface entre le tube 8 ou 9 et le corps de pompe à vide 1 est
lisse. En d'autres termes, avant d'engager le tube 8 ou 9 dans
l'alésage 6 ou 7, l'alésage 6 ou 7 est conformé avec un état de
surface lisse, de sorte que l'interface restera lisse après
assemblage du tube 8 ou 9 dans le corps de pompe à vide 1.
Par contre, dans les cas où le matériau formant le tube 8
ou 9 est ductile, on peut trouver avantage à prévoir une interface
rugueuse entre le tube 8 ou 9 et le corps de pompe à vide 1. On
augmente ainsi la surface de contact, pour favoriser l'échange
thermique.
L'opération de dudgeonnage est illustrée sur les figures 2
et 3. Avant dudgeonnage, sur la figure 2, le tube 8 présente un
diamètre extérieur inférieur au diamètre de l'alésage 6 du corps de
pompe à vide 1, et l'état de surface de la face périphérique 18 de
l'alésage 6 présente la structure appropriée convenant au métal
formant le tube 8.
Après dudgeonnage, comme illustré sur la figure 3, le
diamètre extérieur du tube 8 a été augmenté par la pression exercée
à l'intérieur du tube 8 par l'outil de dudgeonnage inséré dans
l'alésage central 10 du tube 8, et la face extérieure du tube 8 est
engagée contre la face périphérique 18 de l'alésage dans le corps
de pompe à vide 1.
A titre d'illustration, on a représenté schématiquement
sur la figure 4 un outil de dudgeonnage mécanique pouvant être
utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention. La partie
essentielle de l'outil de dudgeonnage est un manchon 19 dans lequel
sont répartis plusieurs rouleaux périphériques tels que les
rouleaux 20 et 21, coaxiaux avec l'axe général de l'outil et montés
à rotation dans le manchon 19 en dépassant partiellement de sa
périphérie. Les rouleaux 20 et 21 sont sollicités radialement vers
l'extérieur par une tige axiale conique 22 pouvant être déplacée
axialement dans le manchon 19 en étant manoeuvrée depuis l'extrémité
postérieure 23 de l'outil. Une bague d'appui 24 peut être déplacée
par rapport au manchon 19, par vissage sur une partie filetée 25 de
l'outil.
En utilisation, l'outil est engagé à l'intérieur de
l'alésage d'un tube tel que le tube 8, et est entraíné en rotation
axiale. Lors de cette rotation, par traction simultanée de la tige
axiale conique 22, on écarte radialement les rouleaux 20 et 21 qui
viennent progressivement faire fluer la matière constituant le tube
8, provoquant son expansion par déformation au-delà des capacités
de déformation élastique du matériau.
On comprend que l'outil ainsi constitué tel qu'illustré
sur la figure 4 peut assurer le dudgeonnage d'un tronçon de
longueur limitée d'un tube. Ainsi, pour réaliser le dudgeonnage sur
toute la longueur d'un tube 8 tel qu'illustré sur la figure 1, la
pression appropriée est appliquée à l'intérieur du tube 8 par
l'outil de dudgeonnage en succession selon plusieurs tronçons
partiels de tube 8 répartis longitudinalement, jusqu'à déformation
du tube 8 selon toute sa longueur.
Le dudgeonnage décrit ci-dessus est un dudgeonnage
mécanique. En alternative, on peut réaliser un dudgeonnage
hydraulique. Dans ce cas, la pression appropriée est appliquée par
un manchon expansible alimenté par un fluide hydraulique sous
pression.
L'invention permet de réaliser une liaison mécanique
efficace à froid des tubes en matériau inerte à l'intérieur d'un
corps de pompe à vide 1, sans altérer les propriétés anticorrosion
du matériau formant le tube, et en assurant une excellente
conduction thermique entre le tube et le corps de pompe à vide 1.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de
réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut
les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de
l'homme du métier.