EP3628870B1 - Pompe à vide primaire de type sèche et procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge - Google Patents

Pompe à vide primaire de type sèche et procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge Download PDF

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EP3628870B1
EP3628870B1 EP19198698.3A EP19198698A EP3628870B1 EP 3628870 B1 EP3628870 B1 EP 3628870B1 EP 19198698 A EP19198698 A EP 19198698A EP 3628870 B1 EP3628870 B1 EP 3628870B1
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Pfeiffer Vacuum SAS
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    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible

Definitions

  • the present invention relates to a primary vacuum pump of the dry type such as of the “Roots” or “Claw” or screw type.
  • the present invention also relates to a method of controlling the injection of a purge gas into such a vacuum pump.
  • Primary vacuum pumps of the dry type have several pumping stages in series in which a gas to be pumped circulates between a suction and a discharge.
  • a gas to be pumped circulates between a suction and a discharge.
  • rotary lobes also known under the name “Roots” or those with spout, also known under the name “Claw” or else those with screws.
  • These vacuum pumps are called “dry” because in operation, the rotors rotate inside a stator without any mechanical contact between them or with the stator, which means that no oil is used in the pumping stages. .
  • Certain primary vacuum pumps are used in processes using chemistries which generate solid by-products, for example in the form of powder, paste or pieces. This is the case, for example, with certain manufacturing processes for semiconductors, photovoltaic screens, flat screens or LEDs. An example of a manufacturing process is given in the document US2006032442 . These solid by-products can be sucked in by the vacuum pump and affect its operation, in particular by hampering the rotation of the rotors or even preventing it completely in the worst case.
  • vacuum pumps are protected by installing powder traps at the inlet of the pumps.
  • These traps consist, for example, of powder separators which retain the solid compounds by gravity or by centrifugal force.
  • Another method employed consists in adapting the geometry of the vacuum pump to facilitate the evacuation of the solid by-products, for example by increasing the diameter of the transfer channels or by arranging the pumping stages vertically.
  • injecting a purge gas into the vacuum pump participates in the evacuation of the solid by-products in addition to diluting the pumped gases.
  • nitrogen or air is generally injected through injection nozzles distributed over the along the vacuum pump, at each pumping stage.
  • This purge gas can participate in the pneumatic transport of the solid powders. Examples of multistage vacuum pumps having a purging device are given in the documents WO2014012896 and GB2500610 .
  • An aim of the present invention is to at least partially resolve an abovementioned drawback of the state of the art.
  • the invention relates to a primary vacuum pump of the dry type as defined in the first claim.
  • the opening / closing control of the at least one injection valve makes it possible to pulse the injection of the purge gas alternating injection phases (or pulses) with phases without injection or with lower flow injection.
  • This mode of injection in pulsed flow that is to say by train of pulses, makes it possible to create wave fronts at the time of injection allowing a detachment of the solid by-products which is more efficient than continuous injection of purge gas.
  • the pulsed flow injection of the purge gas makes it possible to maintain an average value of the flow of injected purge gas of the same order of magnitude as that of a conventional continuous injection of purge gas.
  • the control of the at least one injection valve in all or nothing makes it possible to produce control slots making it possible to ensure injection by successive pulses with rising edges having strong slopes which are more effective for the separation of the by-products solid.
  • the slope of the rising edge of the purge gas flow on a pulse is for example greater than 100slm / s.
  • the injection member such as a calibrated orifice (also called nozzle), an injection nozzle or such as a flow controller (or "mass flow” in English), is configured to limit the flow of gas purge in the pumping stage, for example at a value less than 200 slm (or 338 Pa.m 3 / s).
  • the at least one controllable injection valve is for example a solenoid valve such as electromagnetic or piezoelectric. This valve can be controlled in all or nothing: it is either open or closed.
  • the frequency and duration of the pulses can be adjusted according to the nature of the by-products to be removed. It is thus possible to space out or multiply the number of pulses according to the desired effect.
  • the frequency (opening / closing rate), duration, duty cycle (opening time / closing time) and amplitudes of the purge gas pulses can be user adjustable parameters through an interface of the control system.
  • the flow of purge gas injected by pulses is for example between 10slm (or 17Pa.m 3 / s) and 120slm (or 202Pa.m 3 / s), such as 100slm (or 169Pa.m 3 / s).
  • the frequency of the pulses is for example between 0.1 Hz and 5 Hz, such as 0.5 Hz, that is to say one opening every two seconds.
  • the duty cycle can be between 1 and 80%. It is for example 50%.
  • the opening time / closing time of the injection valve is for example between 1 and 80%, such as between 40 and 80%.
  • the duration of a purge gas injection pulse is for example of the order of one second and the duration of closing of the injection valve is for example of the order of one second.
  • the injection valve is arranged on a branch of the distributor common to the pumping stages.
  • the injection device comprises an injection valve per pumping stage arranged on a respective bypass of the distributor adapted to distribute a purge gas in a respective pumping stage.
  • the subject of the invention is also a method for controlling the injection of a purge gas into a primary vacuum pump of the type as defined in the eighth claim.
  • At least two purge gas pulse durations are different in two pumping stages.
  • a continuous flow of purge gas is further injected into at least one pumping stage by controlling at least one injection valve continuously in opening.
  • control of the injection valves is synchronized in order to offset the injection of the purge gas pulses in at least two pumping stages.
  • the offset of the purge gas pulses is synchronized to open the injection valves in the pumping stages successively in the direction of flow of the gases going from the suction to the pump. discharge of the vacuum pump.
  • the offset of the purge gas pulses is synchronized to open the injection valves in the pumping stages successively in the direction of flow of the gases going from the discharge towards the vacuum pump suction.
  • a gas wavefront is thus artificially created moving in the opposite direction of flow of the pumped gases allowing the by-products to be evacuated gradually, starting with the last one, then the penultimate one and so on. make it possible to avoid their accumulation between the pumping stages or in a silencer generally arranged after the discharge.
  • a primary vacuum pump is defined as a positive-displacement vacuum pump, which sucks, transfers and then discharges a gas to be pumped.
  • a primary vacuum pump is configured to be able to deliver a gas to be pumped at ambient pressure.
  • the figure 1 shows a first embodiment of a dry type primary vacuum pump 1.
  • the vacuum pump 1 comprises at least two pumping stages 2a-2e connected in series between a suction 3 and a discharge 4 and in which a gas to be pumped can circulate (the direction of circulation of the pumped gases is illustrated by the arrows on the figure 1 ).
  • the vacuum pump 1 has five pumping stages 2a, 2b, 2c, 2d, 2e.
  • Each pumping stage 2a-2e has a respective inlet and outlet.
  • the successive pumping stages 2a-2e are connected in series one after the other by respective inter-stage channels connecting the outlet of the preceding pumping stage to the inlet of the following stage.
  • the vacuum pump 1 further comprises two rotors 5 extending into the pumping stages 2a-2e.
  • the rotors 5 have, for example, lobes of identical angularly offset profiles, for example of the "Roots” type, for example of "eight” or “bean” shaped section, or of the "Claw” type or are of the screw type. or another similar principle of a positive displacement vacuum pump.
  • the rotors 5 are configured to rotate in a synchronized manner in the opposite direction to cause a gas to be pumped between the suction 3 and the discharge 4 of the vacuum pump 1.
  • the gas sucked from the inlet is trapped in the volume generated by the rotors 5 and a stator of the pumping stage 2a-2e, then is driven by the rotors 5 to the next stage.
  • the rotors 5 are driven in rotation by a motor M of the vacuum pump 1.
  • the vacuum pump 1 further comprises an injection device 9 configured to distribute a purge gas, such as an inert gas, such as air or nitrogen, in at least one pumping stage 2a. 2e and a control device 10 configured to control the injection device 9.
  • a purge gas such as an inert gas, such as air or nitrogen
  • the injection device 9 comprises at least one injection member 12a-12e and at least one controllable injection valve 13.
  • the injection member 12a-12e such as a calibrated orifice (also called a nozzle), an injection nozzle or such as a flow controller (or “mass flow” in English), is configured to limit the flow.
  • flow rate of the purge gas in pumping stage 2a-2e for example at a value less than 200 slm (or 338 Pa.m 3 / s).
  • the at least one controllable injection valve 13 is for example a solenoid valve such as electromagnetic or piezoelectric. This valve can be controlled in all or nothing: it is either open or closed. These valves have the advantage of being simple, compact and inexpensive.
  • the at least one injection valve 13 is interposed between a purge gas supply source and the at least one injection member 12a-12e.
  • the control device 10 comprises one or more controllers or microcontrollers or processors and a memory for executing series of program instructions implementing a method for controlling the injection of a purge gas into the vacuum pump 1 in which controls the at least one injection valve 13 in opening and closing in order to inject a purge gas by successive pulses P into at least one pumping stage 2a-2e ( Figure 2 ).
  • the opening / closing control of the at least one injection valve 13 makes it possible to pulse the injection of the purge gas alternating injection phases (or pulses) with phases without injection or with less flow injection.
  • This mode of injection in pulsed flow that is to say by train of pulses, makes it possible to create wave fronts at the time of injection allowing a detachment of the solid by-products which is more efficient than continuous injection of purge gas.
  • the pulsed flow injection of the purge gas makes it possible to maintain an average value of the flow of injected purge gas of the same order of magnitude as that of a conventional continuous injection of purge gas.
  • the control of the at least one injection valve 13 in all or nothing makes it possible to produce control waves making it possible to ensure injection by successive pulses with rising edges having strong slopes which are more effective for the separation of the sub- solid products.
  • the slope of the rising edge of the purge gas flow on a pulse is for example greater than 100 slm / s (169 Pa.m 3 / s)
  • the control device 10 is for example embedded in the vacuum pump 1.
  • the frequency and duration of the pulses can be adjusted according to the nature of the by-products to be removed. It is thus possible to space out or multiply the number of pulses according to the desired effect.
  • the frequency (opening / closing rate), duration, duty cycle (opening time / closing time) and amplitudes of the purge gas pulses can be user adjustable parameters through an interface control device 10.
  • the flow of purge gas injected by pulses is for example between 10slm (or 17Pa.m 3 / s) and 120slm (or 202Pa.m 3 / s), such as 100slm (or 169Pa.m 3 / s).
  • the frequency of the pulses is for example between 0.1 Hz and 5 Hz, such as 0.5 Hz, that is to say one opening every two seconds.
  • the duty cycle (the opening time / closing time of the injection valve) can be between 1 and 80%, such as between 40 and 80%. It is for example 50%.
  • the duration of a purge gas injection pulse is for example of the order of one second and the duration of closing of the injection valve is for example of the order of one second.
  • the injection device 9 comprises a distributor 11 (called a “manifold” in English) configured to distribute a purge gas coming from the power source in each of the pumping stages 2a-2e (the direction of flow of the gas from purge is illustrated by the arrows on the figure 1 ).
  • a distributor 11 called a “manifold” in English
  • the distributor 11 comprises a common branch 14 connected to branches 15a, 15b, 15c, 15d, 15e.
  • the branches 15a-15e are adapted to distribute a purge gas in a respective pumping stage 2a-2e.
  • the injection valve 13 is arranged on a branch 14 of the distributor 11 common to the pumping stages 2a-2e.
  • the injection device 9 further comprises an injection member 12a, 12b, 12c, 12d, 12e per pumping stage 2a-2e. They are interposed between the distributor 11 and a respective pumping stage 2a-2e.
  • the opening of the at least one injection valve 13 is controlled to inject purge gas by successive pulses into all the pumping stages 2a-2e.
  • This embodiment has the advantage of being able to be easily implemented on existing vacuum pumps by simply modifying the control program of the at least one injection valve 13 of the injection device 9.
  • controllable injection valve 13 Since the controllable injection valve 13 is common to all the pumping stages 2a-2e, the purge gas is injected by successive pulses into the pumping stages 2a-2e simultaneously and over similar durations. In addition, between two pulses of purge gas, the flow of injected purge gas is zero since the at least one injection valve 13 can be controlled in all or nothing.
  • injection members 12a-12e produced in the form of flow controllers controllable by the control device 10, it is however possible to provide particular pulse amplitudes on each pumping stage 2a-2e.
  • the distributor 11 may also include at least one additional bypass configured to distribute a purge gas in a bearing of the vacuum pump 1 located at one end of the rotors 5, for example between the motor M and the pumping stage 2e located in the side of the discharge 4 here attached to the motor M.
  • the figure 3 shows a second embodiment.
  • the injection device 9 comprises an injection valve 16a-16e per pumping stage 2a-2e arranged on a respective bypass 15a-15e of the distributor 11.
  • the opening of the injection valves 16a-16e is controlled to inject pulses of purge gas into at least one pumping stage 2a-2e.
  • each injection valve 15a-15b it is possible to independently control each injection valve 15a-15b.
  • the purge gas pulses can be injected into one, more or all of the pumping stages 2a-2e, simultaneously or not.
  • a pulse of purge gas is injected into the so-called low pressure pumping stage 2a located on the suction side 3 and a continuous purge gas is injected into the other pumping stages 2b-2e.
  • the purge gas pulses can be injected over different or similar durations into the different pumping stages 2a-2e. Provision is made, for example, for at least two purge gas pulse durations to be different in two pumping stages 2a-2e.
  • the pulse frequencies can therefore also be different for each pumping stage 2a-2e.
  • injection valves 16a-16e are not opened at the same time or the simultaneous opening times are relatively short compared to the total duration of the pulse.
  • the offset of the purge gas pulses is synchronized to open the injection valves 16a-16e in the pumping stages 2a-2e successively in the direction of gas flow from suction 3 to the pump. discharge 4 of the vacuum pump 1.
  • the injection valve 16a of the so-called low pressure pumping stage 2a on the suction side 3 is first open, then that associated with the second pumping stage 2b and so on. continued up to the pumping stage 2e called high pressure on the discharge side 4.
  • the offset of the purge gas pulses is synchronized to open the injection valves 16a-16e in the pumping stages 2a-2e successively in the direction of flow of the gases going from the discharge 4 towards the vacuum pump 1 suction 3.
  • the 16e control valve arranged on the 15e branch connected to the last pumping stage 2e is first open, then, after its closing, the control valve 16d associated with the penultimate pumping stage 2d is open. and so on up to the first or up to the second first pumping stage 2b if a continuous purge gas is injected into the so-called low pressure pumping stage 2a located on the suction side 3 for example.
  • a gas wavefront is thus artificially created which moves in the opposite direction of flow of the pumped gases.
  • This wave front thus makes it possible to evacuate any solid by-products liable to clog the vacuum pump 1 first in the last pumping stage 2e, then in the second to last and so on.
  • By-products can be removed gradually, starting with the last pumping stage 2e, which can prevent their successive accumulation between the pumping stages or in a silencer generally arranged after the discharge 4, to thus avoid in certain cases increasing the risk of clogging.
  • wave fronts can thus be created simultaneously in the vacuum pump 1.
  • the injection valve 16e of the so-called discharge pumping stage 2e can be opened simultaneously with the injection valve 16a of the pumping stage. low pressure pumping stage 2a.
  • a new wavefront starts while a previous wavefront is terminating.
  • injection members 12a-12e produced in the form of flow controllers controllable by the control device 10, it is also possible to provide particular pulse amplitudes on each pumping stage 2a-2e.
  • the Figure 4 shows an exemplary embodiment of the present invention.
  • the vacuum pump 1 comprises an additional injection device 17.
  • the additional injection device 17 comprises a distributor 11 for distributing a purge gas in the pumping stages 2a-2e, an injection member 12a-12e per pumping stage 2a-2e interposed between the distributor 11 and a pumping stage 2a-2e. respective pumping 2a-2e and a controllable continuous injection valve 18 arranged on a branch 14 of the distributor 11 common to the pumping stages 2a-2e.
  • the continuously controllable injection valve 18 is for example a solenoid valve such as electromagnetic or piezoelectric. This valve is for example controllable in all or nothing.
  • the control device 10 is also configured to control the opening of the at least one continuous injection valve 18 to inject a purge gas continuously into at least one pumping stage 2a-2e.
  • the injection device 9 can include only one or a few injection members opening out. in pumping stages 2a-2e which may or may not be contiguous and not include injection members and injection valves in all pumping stages 2a-2e.
  • the injection device 9 comprises a distributor 11 configured to distribute a gas of purge in the pumping stages 2a-2e, one injection member 12a-12e per pumping stage 2a-2e interposed between the distributor 11 and a respective pumping stage 2a-2e and one injection valve 16a-16e per stage pumping 2a-2e arranged on a respective bypass 15a-15e of the distributor 11.
  • the opening of the at least one injection valve 16a-16e is controlled to inject pulses of purge gas into at least one pumping stage 2a-2e and the opening of the at least one valve is controlled.
  • continuous injection 18 for injecting a purge gas continuously at each pumping stage 2a-2e.
  • the flow of the purge gas injected by successive pulses is for example between 10slm (17 Pa.m 3 / s) and 120slm (202 Pa.m 3 / s), such as 100slm (169 Pa.m 3 / s) and the flow of the purge gas injected continuously is for example between 10slm and 120slm, such as 50slm (or 84Pa.m 3 / s).
  • the frequency of the pulses is for example 0.5Hz.
  • the duty cycle is for example 50%.

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Description

  • La présente invention concerne une pompe à vide primaire de type sèche telle que de type « Roots » ou « Claw » ou à vis. La présente invention concerne également un procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge dans une telle pompe à vide.
  • Les pompes à vide primaire de type sèche comportent plusieurs étages de pompage en série dans lesquels circule un gaz à pomper entre une aspiration et un refoulement. On distingue parmi les pompes à vide primaire connues, celles à lobes rotatifs également connues sous le nom « Roots » ou celles à bec, également connues sous le nom « Claw » ou encore celles à vis. Ces pompes à vide sont dites « sèches » car en fonctionnement, les rotors tournent à l'intérieur d'un stator sans aucun contact mécanique entre eux ou avec le stator, ce qui permet de ne pas utiliser d'huile dans les étages de pompage.
  • Certaines pompes à vide primaire sont employées dans des procédés utilisant des chimies génératrices de sous-produits solides par exemple sous forme de poudre, pâte ou morceaux. C'est le cas par exemple de certains procédés de fabrication de semi-conducteurs, d'écrans photovoltaïques, d'écrans plats ou de LED. Un exemple de procédé de fabrication est donné dans le document US2006032442 . Ces sous-produits solides peuvent être aspirés par la pompe à vide et altérer son fonctionnement, notamment en gênant la rotation des rotors voire en l'empêchant totalement dans le pire des cas.
  • Pour éviter cela, on connait déjà plusieurs solutions.
  • On protège par exemple les pompes à vide en installant des pièges à poudre à l'entrée des pompes. Ces pièges sont par exemple constitués de séparateurs de poudre qui retiennent les composés solides par gravité ou par force centrifuge.
  • Une autre méthode employée consiste à adapter la géométrie de la pompe à vide pour faciliter l'évacuation des sous-produits solides, par exemple en augmentant le diamètre des canaux de transfert ou en agençant les étages de pompage verticalement.
  • Egalement, injecter un gaz de purge dans la pompe à vide participe à l'évacuation des sous-produits solides en plus de diluer les gaz pompés. Pour cela, de l'azote ou de l'air est généralement injecté à travers des buses d'injection réparties le long de la pompe à vide, à chaque étage de pompage. Ce gaz de purge peut participer au transport pneumatique des poudres solides. Des exemples de pompes à vide multiétagées présentant un dispositif de purge sont donnés dans les documents WO2014012896 et GB2500610 .
  • Cependant dans certains cas, ces solutions peuvent être insuffisantes car la nature des sous-produits solides peut permettre à ceux-ci d'adhérer fortement aux parois et il est alors plus difficile de les évacuer.
  • Un but de la présente invention est de résoudre au moins partiellement un inconvénient précité de l'état de la technique.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une pompe à vide primaire de type sèche telle que définie dans la première revendication.
  • La commande en ouverture/fermeture de la au moins une vanne d'injection permet de pulser l'injection du gaz de purge alternant des phases d'injection (ou impulsions) avec des phases sans injection ou à injection de moindre flux.
  • Ce mode d'injection en flux pulsé, c'est-à-dire par train d'impulsions, permet de créer des fronts d'onde au moment de l'injection permettant un décollement des sous-produits solides qui est plus efficace qu'une injection de gaz de purge en continu.
  • De plus, l'injection en flux pulsé du gaz de purge permet de pouvoir maintenir une valeur moyenne du flux de gaz de purge injecté du même ordre de grandeur que celle d'une injection classique de gaz de purge en continu.
  • La commande de la au moins une vanne d'injection en tout ou rien permet de produire des créneaux de commande permettant d'assurer une injection par impulsions successives avec des fronts montants présentant de fortes pentes qui sont plus efficaces pour le décollement des sous-produits solides. La pente du front montant du flux de gaz de purge sur une impulsion est par exemple supérieure à 100slm/s.
  • L'organe d'injection, tel qu'un orifice calibré (aussi appelé gicleur), une buse d'injection ou tel qu'un contrôleur de débit (ou « mass flow » en anglais), est configuré pour limiter le débit du gaz de purge dans l'étage de pompage, par exemple à une valeur inférieure à 200 slm (ou 338 Pa.m3/s).
  • La au moins une vanne d'injection pilotable est par exemple une électrovanne telle qu'électromagnétique ou piézoélectrique. Cette vanne est pilotable en tout ou rien : elle est soit ouverte, soit fermée.
  • La fréquence et la durée des impulsions peuvent être ajustées selon la nature des sous-produits à évacuer. Il est ainsi possible d'espacer ou de multiplier le nombre d'impulsions selon l'effet recherché.
  • La fréquence (rythme des ouvertures/fermeture), la durée, le rapport cyclique (temps d'ouverture/temps de fermeture) et les amplitudes des impulsions de gaz de purge peuvent être des paramètres réglables par l'utilisateur au moyen d'une interface du dispositif de contrôle.
  • Le flux de gaz de purge injecté par impulsions est par exemple compris entre 10slm (ou 17Pa.m3/s) et 120slm (ou 202Pa.m3/s), tel que 100slm (ou 169Pa.m3/s).
  • La fréquence des impulsions est par exemple comprise entre 0,1 Hz et 5Hz, telle que 0,5Hz c'est-à-dire une ouverture toutes les deux secondes.
  • Le rapport cyclique peut être compris entre 1 et 80%. Il est par exemple de 50%.
  • Le temps d'ouverture/temps de fermeture de la vanne d'injection est par exemple compris entre 1 et 80%, tel que compris entre 40 et 80%.
  • La durée d'une impulsion d'injection de gaz de purge est par exemple de l'ordre d'une seconde et la durée de fermeture de la vanne d'injection est par exemple de l'ordre d'une seconde.
  • Selon un exemple de réalisation, le dispositif d'injection comprend :
    • un distributeur configuré pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage,
    • un organe d'injection par étage de pompage interposé entre le distributeur et un étage de pompage respectif.
  • Selon un exemple de réalisation, la vanne d'injection est agencée sur une branche du distributeur commune aux étages de pompage.
  • Selon un exemple de réalisation, le dispositif d'injection comporte une vanne d'injection par étage de pompage agencée sur une dérivation respective du distributeur adaptée pour distribuer un gaz de purge dans un étage de pompage respectif.
  • L'invention a aussi pour objet un procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge dans une pompe à vide primaire de type tel que défini dans la huitième revendication.
  • Selon un exemple de réalisation du procédé de contrôle, au moins deux durées d'impulsion de gaz de purge sont différentes dans deux étages de pompage.
  • Selon un exemple de réalisation du procédé de contrôle, un flux continu de gaz de purge est en outre injecté dans au moins un étage de pompage en commandant au moins une vanne d'injection continuellement en ouverture.
  • Selon un exemple de réalisation du procédé de contrôle, on synchronise le pilotage des vannes d'injection pour décaler l'injection des impulsions de gaz de purge dans au moins deux étages de pompage.
  • Selon un exemple de réalisation du procédé de contrôle, le décalage des impulsions de gaz de purge est synchronisé pour ouvrir les vannes d'injection dans les étages de pompage de manière successive dans le sens d'écoulement des gaz allant de l'aspiration vers le refoulement de la pompe à vide.
  • Selon un autre exemple de réalisation du procédé de contrôle, le décalage des impulsions de gaz de purge est synchronisé pour ouvrir les vannes d'injection dans les étages de pompage de manière successive dans le sens d'écoulement des gaz allant du refoulement vers l'aspiration de la pompe à vide. On crée ainsi artificiellement un front d'onde gazeux se déplaçant dans le sens contraire d'écoulement des gaz pompés permettant d'évacuer les sous-produits graduellement, en commençant par le dernier, puis l'avant dernier et ainsi de suite ce qui peut permettre d'éviter leur accumulation entre les étages de pompage ou dans un silencieux généralement agencé après le refoulement.
  • D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : Les figures 1 à 3 montrent des exemples de réalisation qui ne font pas partie de la présente invention.
    • La figure 1 montre une vue très schématique d'un premier exemple de réalisation d'une pompe à vide primaire de type sèche.
    • La figure 2 montre un graphique d'impulsions de gaz de purge injectées dans un étage de pompage de la pompe à vide de la figure 1 en fonction du temps.
    • La figure 3 montre une vue similaire à la figure 1 pour un deuxième exemple de réalisation.
    • La figure 4 montre une vue similaire à la figure 1 pour un exemple de réalisation conforme à la présente invention.
  • Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Les dessins sont simplifiés pour faciliter leur compréhension.
  • Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations ne faisant pas partie de la présente invention.
  • On définit par pompe à vide primaire, une pompe à vide volumétrique, qui aspire, transfère puis refoule un gaz à pomper. En utilisation classique, une pompe à vide primaire est configurée pour pouvoir refouler un gaz à pomper à pression ambiante.
  • La figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'une pompe à vide 1 primaire de type sèche.
  • La pompe à vide 1 comporte au moins deux étages de pompage 2a-2e montés en série entre une aspiration 3 et un refoulement 4 et dans lesquels un gaz à pomper peut circuler (le sens de circulation des gaz pompés est illustré par les flèches sur la figure 1).
  • Dans l'exemple illustratif, la pompe à vide 1 comporte cinq étages de pompage 2a, 2b, 2c, 2d, 2e. Chaque étage de pompage 2a-2e comprend une entrée et une sortie respectives. Les étages de pompage successifs 2a-2e sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux inter-étages respectifs raccordant la sortie de l'étage de pompage qui précède à l'entrée de l'étage qui suit.
  • La pompe à vide 1 comporte en outre deux rotors 5 s'étendant dans les étages de pompage 2a-2e.
  • Les rotors 5 présentent par exemple des lobes de profils identiques angulairement décalés, par exemple de type « Roots », par exemple de section en forme de « huit » ou de « haricot », ou de type « Claw » ou sont de type à vis ou d'un autre principe similaire de pompe à vide volumétrique.
  • Les rotors 5 sont configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse pour entrainer un gaz à pomper entre l'aspiration 3 et le refoulement 4 de la pompe à vide 1. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l'entrée est emprisonné dans le volume engendré par les rotors 5 et un stator de l'étage de pompage 2a-2e, puis est entraîné par les rotors 5 vers l'étage suivant.
  • Les rotors 5 sont entraînés en rotation par un moteur M de la pompe à vide 1.
  • La pompe à vide 1 comporte en outre un dispositif d'injection 9 configuré pour distribuer un gaz de purge, tel qu'un gaz neutre, tel que de l'air ou de l'azote, dans au moins un étage de pompage 2a-2e et un dispositif de contrôle 10 configuré pour contrôler le dispositif d'injection 9.
  • Le dispositif d'injection 9 comprend au moins un organe d'injection 12a-12e et au moins une vanne d'injection 13 pilotable.
  • L'organe d'injection 12a-12e, tel qu'un orifice calibré (aussi appelé gicleur), une buse d'injection ou tel qu'un contrôleur de débit (ou « mass flow » en anglais), est configuré pour limiter le débit du gaz de purge dans l'étage de pompage 2a-2e, par exemple à une valeur inférieure à 200 slm (ou 338 Pa.m3/s).
  • La au moins une vanne d'injection 13 pilotable est par exemple une électrovanne telle qu'électromagnétique ou piézoélectrique. Cette vanne est pilotable en tout ou rien : elle est soit ouverte, soit fermée. Ces vannes présentent l'avantage d'être simples, peu encombrantes et peu onéreuses. La au moins une vanne d'injection 13 est interposée entre une source d'alimentation en gaz de purge et le au moins un organe d'injection 12a-12e.
  • Le dispositif de contrôle 10 comporte un ou plusieurs contrôleurs ou microcontrôleurs ou processeurs et une mémoire pour exécuter des suites d'instructions de programmes mettant en oeuvre un procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge dans la pompe à vide 1 dans lequel on contrôle la au moins une vanne d'injection 13 en ouverture et fermeture pour injecter un gaz de purge par impulsions P successives dans au moins un étage de pompage 2a-2e (Figure 2).
  • La commande en ouverture/fermeture de la au moins une vanne d'injection 13 permet de pulser l'injection du gaz de purge alternant des phases d'injection (ou impulsions) avec des phases sans injection ou à injection de moindre flux.
  • Ce mode d'injection en flux pulsé, c'est-à-dire par train d'impulsions, permet de créer des fronts d'onde au moment de l'injection permettant un décollement des sous-produits solides qui est plus efficace qu'une injection de gaz de purge en continu.
  • De plus, l'injection en flux pulsé du gaz de purge permet de pouvoir maintenir une valeur moyenne du flux de gaz de purge injecté du même ordre de grandeur que celle d'une injection classique de gaz de purge en continu.
  • La commande de la au moins une vanne d'injection 13 en tout ou rien permet de produire des créneaux de commande permettant d'assurer une injection par impulsions successives avec des fronts montants présentant de fortes pentes qui sont plus efficaces pour le décollement des sous-produits solides. La pente du front montant du flux de gaz de purge sur une impulsion est par exemple supérieure à 100 slm/s (169 Pa.m3/s)
  • Le dispositif de contrôle 10 est par exemple embarqué dans la pompe à vide 1.
  • La fréquence et la durée des impulsions peuvent être ajustées selon la nature des sous-produits à évacuer. Il est ainsi possible d'espacer ou de multiplier le nombre d'impulsions selon l'effet recherché.
  • La fréquence (rythme des ouvertures/fermeture), la durée, le rapport cyclique (temps d'ouverture/temps de fermeture) et les amplitudes des impulsions de gaz de purge peuvent être des paramètres réglables par l'utilisateur au moyen d'une interface du dispositif de contrôle 10.
  • Le flux de gaz de purge injecté par impulsions est par exemple compris entre 10slm (ou 17Pa.m3/s) et 120slm (ou 202Pa.m3/s), tel que 100slm (ou 169Pa.m3/s).
  • La fréquence des impulsions est par exemple comprise entre 0,1 Hz et 5Hz, telle que 0,5Hz c'est-à-dire une ouverture toutes les deux secondes.
  • Le rapport cyclique (le temps d'ouverture/temps de fermeture de la vanne d'injection) peut être compris entre 1 et 80%, tel que compris entre 40 et 80%. Il est par exemple de 50%.
  • La durée d'une impulsion d'injection de gaz de purge est par exemple de l'ordre d'une seconde et la durée de fermeture de la vanne d'injection est par exemple de l'ordre d'une seconde.
  • Selon un premier exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif d'injection 9 comporte un distributeur 11 (appelé « manifold » en anglais) configuré pour distribuer un gaz de purge provenant de la source d'alimentation dans chacun des étages de pompage 2a-2e (le sens de circulation du gaz de purge est illustré par les flèches sur la figure 1).
  • Pour cela, le distributeur 11 comporte une branche 14 commune reliée à des dérivations 15a, 15b, 15c, 15d, 15e. Les dérivations 15a-15e sont adaptées pour distribuer un gaz de purge dans un étage de pompage 2a-2e respectif.
  • La vanne d'injection 13 est agencée sur une branche 14 du distributeur 11 commune aux étages de pompage 2a-2e.
  • Le dispositif d'injection 9 comporte en outre un organe d'injection 12a, 12b, 12c, 12d, 12e par étage de pompage 2a-2e. Ils sont interposés entre le distributeur 11 et un étage de pompage 2a-2e respectif.
  • En fonctionnement, on contrôle l'ouverture de la au moins une vanne d'injection 13 pour injecter du gaz de purge par impulsions successives dans tous les étages de pompage 2a-2e.
  • Ce mode de réalisation présente l'avantage de pouvoir être implémenté facilement sur des pompes à vide existantes en modifiant simplement le programme de pilotage de la au moins une vanne d'injection 13 du dispositif d'injection 9.
  • Etant donné que la vanne d'injection 13 pilotable est commune à tous les étages de pompage 2a-2e, le gaz de purge est injecté par impulsions successives dans les étages de pompage 2a-2e simultanément et sur des durées similaires. En outre, entre deux impulsions de gaz de purge, le flux de gaz de purge injecté est nul puisque la au moins une vanne d'injection 13 est pilotable en tout ou rien.
  • Dans le cas d'organes d'injection 12a-12e réalisés sous forme de contrôleurs de débit pilotables par le dispositif de contrôle 10, il est toutefois possible de prévoir des amplitudes d'impulsions particulières sur chaque étage de pompage 2a-2e.
  • Le distributeur 11 peut également comporter au moins une dérivation additionnelle configurée pour distribuer un gaz de purge dans un palier de la pompe à vide 1 situé à une extrémité des rotors 5, par exemple entre le moteur M et l'étage de pompage 2e situé du côté du refoulement 4 ici accolé au moteur M.
  • La figure 3 montre un deuxième exemple de réalisation.
  • Cet exemple diffère du précédent par le fait que le dispositif d'injection 9 comporte une vanne d'injection 16a-16e par étage de pompage 2a-2e agencée sur une dérivation 15a-15e respective du distributeur 11.
  • En fonctionnement, on contrôle l'ouverture des vannes d'injection 16a-16e pour injecter des impulsions de gaz de purge dans au moins un étage de pompage 2a-2e.
  • Il est possible dans cet exemple de piloter indépendamment chaque vanne d'injection 15a-15b. Ainsi, les impulsions de gaz de purge peuvent être injectées dans un, plusieurs ou tous les étages de pompage 2a-2e, simultanément ou non.
  • Il est également possible de prévoir d'injecter un flux continu de gaz de purge dans le ou les étages de pompage dans lesquels on n'injecte pas de gaz de purge par impulsions successives en commandant au moins une vanne d'injection 16a-16e continuellement en ouverture. Par exemple, on injecte une impulsion de gaz de purge dans l'étage de pompage 2a dit de basse pression situé du côté de l'aspiration 3 et on injecte un gaz de purge en continu dans les autres étages de pompage 2b-2e.
  • Par ailleurs, les impulsions de gaz de purge peuvent être injectées sur des durées différentes ou similaires dans les différents étages de pompage 2a-2e. On prévoit par exemple qu'au moins deux durées d'impulsions de gaz de purge soient différentes dans deux étages de pompage 2a-2e. Les fréquences des impulsions peuvent donc également être différentes pour chaque étage de pompage 2a-2e.
  • On peut en outre prévoir de synchroniser le pilotage des vannes d'injection 16a-16e pour décaler l'injection des impulsions de gaz de purge dans au moins deux étages de pompage 2a-2e. Dans ce cas, les vannes d'injection 16a-16e d'au moins deux étages de pompage 2a-2e ne sont pas ouvertes en même temps ou les durées d'ouverture simultanées sont relativement courtes comparées à la durée totale de l'impulsion.
  • Par exemple, le décalage des impulsions de gaz de purge est synchronisé pour ouvrir les vannes d'injection 16a-16e dans les étages de pompage 2a-2e de manière successive dans le sens d'écoulement des gaz allant de l'aspiration 3 vers le refoulement 4 de la pompe à vide 1. Ainsi, la vanne d'injection 16a de l'étage de pompage 2a dit de basse pression du côté aspiration 3 est d'abord ouverte, puis celle associée au deuxième étage de pompage 2b et ainsi de suite jusqu'à l'étage de pompage 2e dit de haute pression du côté du refoulement 4. On crée ainsi artificiellement un front d'onde gazeux se déplaçant dans le sens d'écoulement des gaz pompés améliorant l'efficacité d'évacuation des sous-produits solides.
  • Selon un autre exemple, le décalage des impulsions de gaz de purge est synchronisé pour ouvrir les vannes d'injection 16a-16e dans les étages de pompage 2a-2e de manière successive dans le sens d'écoulement des gaz allant du refoulement 4 vers l'aspiration 3 de la pompe à vide 1.
  • Ainsi, par exemple la vanne de régulation 16e agencée sur la branche 15e raccordée au dernier étage de pompage 2e est d'abord ouverte, puis, après sa fermeture, la vanne de régulation 16d associée à l'avant dernier étage de pompage 2d est ouverte et ainsi de suite jusqu'au premier ou jusqu'au deuxième premier étage de pompage 2b si on injecte un gaz de purge en continu dans l'étage de pompage 2a dit de basse pression situé du côté de l'aspiration 3 par exemple.
  • On crée ainsi artificiellement un front d'onde gazeux se déplaçant dans le sens contraire d'écoulement des gaz pompés. Ce front d'onde permet ainsi d'évacuer d'éventuels sous-produits solides susceptibles de colmater la pompe à vide 1 d'abord dans le dernier étage de pompage 2e, puis dans l'avant dernier et ainsi de suite. Les sous-produits peuvent être évacués graduellement, en commençant par le dernier étage de pompage 2e, ce qui peut permettre d'éviter leur accumulation successive entre les étages de pompage ou dans un silencieux généralement agencé après le refoulement 4, pour éviter ainsi dans certains cas d'aggraver le risque de colmatage.
  • Plusieurs fronts d'onde peuvent être ainsi créés simultanément dans la pompe à vide 1. Par exemple, la vanne d'injection 16e de l'étage de pompage 2e dit de refoulement peut être ouverte simultanément avec la vanne d'injection 16a de l'étage de pompage 2a dit de basse pression. Un nouveau front d'onde démarre alors qu'un précédent front d'onde est en train de s'achever.
  • On comprend qu'en augmentant le nombre de vannes d'injection, on multiplie les choix possibles.
  • Dans le cas d'organes d'injection 12a-12e réalisés sous forme de contrôleurs de débit pilotables par le dispositif de contrôle 10, il est aussi possible de prévoir des amplitudes d'impulsions particulières sur chaque étage de pompage 2a-2e.
  • La Figure 4 montre un exemple de réalisation de la présente invention.
  • Dans cet exemple, la pompe à vide 1 comporte un dispositif d'injection additionnel 17.
  • Le dispositif d'injection additionnel 17 comporte un distributeur 11 pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage 2a-2e, un organe d'injection 12a-12e par étage de pompage 2a-2e interposé entre le distributeur 11 et un étage de pompage 2a-2e respectif et une vanne d'injection en continu 18 pilotable agencée sur une branche 14 du distributeur 11 commune aux étages de pompage 2a-2e.
  • La vanne d'injection en continu 18 pilotable est par exemple une électrovanne telle qu'électromagnétique ou piézoélectrique. Cette vanne est par exemple pilotable en tout ou rien.
  • Le dispositif de contrôle 10 est également configuré pour contrôler l'ouverture de la au moins une vanne d'injection en continu 18 pour injecter un gaz de purge en continu dans au moins un étage de pompage 2a-2e.
  • Etant donné qu'un flux de gaz de purge peut être constamment assuré dans tous les étages de pompage 2a-2e au moyen du dispositif d'injection additionnel 17, le dispositif d'injection 9 peut comporter seulement un ou quelques organes d'injection débouchant dans des étages de pompage 2a-2e accolés ou non et ne pas comporter d'organes d'injection et de vannes d'injection dans tous les étages de pompage 2a-2e.
  • Il est aussi possible, comme dans le deuxième mode de réalisation, que le dispositif d'injection 9 comporte un distributeur 11 configuré pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage 2a-2e, un organe d'injection 12a-12e par étage de pompage 2a-2e interposé entre le distributeur 11 et un étage de pompage 2a-2e respectif et une vanne d'injection 16a-16e par étage de pompage 2a-2e agencée sur une dérivation 15a-15e respective du distributeur 11.
  • En fonctionnement, on contrôle l'ouverture de la au moins une vanne d'injection 16a-16e pour injecter des impulsions de gaz de purge dans au moins un étage de pompage 2a-2e et on contrôle l'ouverture de la au moins une vanne d'injection en continu 18 pour injecter un gaz de purge en continu au niveau de chaque étage de pompage 2a-2e.
  • Le flux du gaz de purge injecté par impulsions successives est par exemple compris entre 10slm (17 Pa.m3/s) et 120slm (202 Pa.m3/s), tel que 100slm (169 Pa.m3/s) et le flux du gaz de purge injecté en continu est par exemple compris entre 10slm et 120slm, tel que 50slm (ou 84Pa.m3/s). La fréquence des impulsions est par exemple 0.5Hz. Le rapport cyclique est par exemple de 50%.
  • Par conséquent, en plus des possibilités décrites pour le deuxième mode de réalisation, il est possible ici d'assurer en plus un flux de purge non nul entre deux impulsions de gaz de purge dans un même étage de pompage 2a-2e. Une purge peut ainsi être maintenue continuellement dans tous les étages de la pompe à vide 1 simultanément à des saccades de fronts d'onde de purge.

Claims (14)

  1. Pompe à vide (1) primaire de type sèche comportant :
    - au moins deux étages de pompage (2a-2e) montés en série entre une aspiration (3) et un refoulement (4) de la pompe à vide (1),
    - deux rotors (5) s'étendant dans les étages de pompage (2a-2e), les rotors (5) étant configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse pour entrainer un gaz à pomper entre l'aspiration (3) et le refoulement (4),
    - un dispositif d'injection (9) configuré pour distribuer un gaz de purge dans au moins un étage de pompage (2a-2e), comprenant :
    ∘ au moins un organe d'injection (12a-12e), et
    ∘ au moins une vanne d'injection (13 ; 16a-16e) pilotable en tout ou rien destinée à être interposée entre une source d'alimentation en gaz de purge et le au moins un organe d'injection (12a-12e),
    - un dispositif de contrôle (10) configuré pour contrôler l'ouverture et la fermeture de la au moins une vanne d'injection (13 ; 16a-16e) pour injecter un gaz de purge par impulsions successives dans au moins un étage de pompage (2a-2e),
    caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte en outre :
    - un dispositif d'injection additionnel (17) comportant :
    ∘ un distributeur (11) pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage (2a-2e),
    ∘ un organe d'injection (12a-12e) par étage de pompage (2a-2e) interposé entre le distributeur (11) et un étage de pompage (2a-2e) respectif,
    ∘ une vanne d'injection en continu (18) pilotable et agencée sur une branche (14) du distributeur (11) commune aux étages de pompage (2a-2e), le dispositif de contrôle (10) étant également configuré pour contrôler l'ouverture de la au moins une vanne d'injection en continu (18) pour injecter un gaz de purge en continu dans les étages de pompage (2a-2e).
  2. Pompe à vide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'injection (9) comprend :
    - un distributeur (11) configuré pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage (2a-2e),
    - un organe d'injection (12a-12e) par étage de pompage (2a-2e) interposé entre le distributeur (11) et un étage de pompage (2a-2e) respectif.
  3. Pompe à vide (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vanne d'injection (13) est agencée sur une branche (14) du distributeur (11) commune aux étages de pompage (2a-2e).
  4. Pompe à vide (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'injection (9) comporte une vanne d'injection (16a-16e) par étage de pompage (2a-2e) agencée sur une dérivation (15a-15e) respective du distributeur (11) adaptée pour distribuer un gaz de purge dans un étage de pompage (2a-2e) respectif.
  5. Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la fréquence des impulsions est comprise entre 0,1Hz et 5Hz.
  6. Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le flux de gaz de purge injecté par impulsions est compris entre 17Pa.m3/s et 202Pa.m3/s.
  7. Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le temps d'ouverture/temps de fermeture de la vanne d'injection est compris entre 1 et 80%, tel que compris entre 40 et 80%.
  8. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge dans une pompe à vide (1) primaire de type sèche selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :
    - l'on contrôle l'ouverture de la au moins une vanne d'injection (13 ; 16a-16e) pour injecter du gaz de purge par impulsions successives dans au moins un étage de pompage (2a-2e), et
    - on contrôle l'ouverture de la au moins une vanne d'injection en continu (18) pour injecter un gaz de purge en continu au niveau de chaque étage de pompage (2a-2e).
  9. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge dans une pompe à vide (1) primaire de type sèche selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le flux de gaz de purge injecté par impulsions est compris entre 17Pa.m3/s et 202Pa.m3/s et la pente du front montant du flux de gaz de purge sur une impulsion est supérieure à 169Pa.m3.s-2.
  10. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge selon l'une des revendications 8 ou 9 dans une pompe à vide selon la revendication 4 ou selon l'une des revendications 5 à 7 prise avec la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins deux durées d'impulsions de gaz de purge sont différentes dans deux étages de pompage (2a-2e).
  11. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge selon l'une des revendications 8 à 10 dans une pompe à vide selon la revendication 4 ou selon l'une des revendications 5 à 7 prise avec la revendication 4, caractérisé en ce qu'en outre, un flux continu de gaz de purge est injecté dans au moins un étage de pompage (2a-2e) en commandant au moins une vanne d'injection (16a-16e) continuellement en ouverture.
  12. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge selon l'une des revendications 8 à 11 dans une pompe à vide selon la revendication 4 ou selon l'une des revendications 5 à 7 prise avec la revendication 4, caractérisé en ce qu'on synchronise le pilotage des vannes d'injection (16a-16e) pour décaler l'injection des impulsions de gaz de purge dans au moins deux étages de pompage (2a-2e).
  13. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge selon la revendication 12, caractérisé en ce que le décalage des impulsions de gaz de purge est synchronisé pour ouvrir les vannes d'injection (16a-16e) dans les étages de pompage (2a-2e) de manière successive dans le sens d'écoulement des gaz allant de l'aspiration (3) vers le refoulement (4) de la pompe à vide (1).
  14. Procédé de contrôle de l'injection d'un gaz de purge selon la revendication 12, caractérisé en ce que le décalage des impulsions de gaz de purge est synchronisé pour ouvrir les vannes d'injection (16a-16e) dans les étages de pompage (2a-2e) de manière successive dans le sens d'écoulement des gaz allant du refoulement (4) vers l'aspiration (3) de la pompe à vide (1).
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