FR3008145A1

FR3008145A1 - Pompe a vide primaire seche

Info

Publication number: FR3008145A1
Application number: FR1356534A
Authority: FR
Inventors: Thierry Neel; Serge Brandolin
Original assignee: Adixen Vacuum Products SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-01-09
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: FR3008145B1; US20160369820A1; KR102199323B1; TWI623688B; EP3017198B1; US10544809B2; WO2015001059A1; KR20160033134A; TW201512542A; JP6348584B2; JP2016523343A; EP3017198A1

Abstract

La présente invention concerne une pompe à vide primaire sèche comportant un clapet à passage traversant (10 ; 15) agencé dans la canalisation de refoulement (9), ledit clapet à passage traversant (10) étant mobile entre une position de fermeture dans laquelle ledit clapet à passage traversant (10 ; 15) est en contact avec un siège d'une embouchure (12) de la canalisation de refoulement (9), et une position d'ouverture dans laquelle ledit clapet à passage traversant est déplacé à l'écart de l'embouchure (12) de la canalisation de refoulement (9), la pompe à vide comportant un dispositif d'injection de gaz moteur (13) configuré pour injecter un gaz moteur à l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11).

Description

Pompe à vide primaire sèche La présente invention se rapporte à une pompe à vide primaire sèche permettant de réduire la consommation d'énergie électrique. Elle concerne en particulier les pompes à vide primaire de type "sèche à lobes rotatifs", telle qu'une pompe à lobes de type "Roots", une pompe à becs de type "Claw", une pompe à spirale de type "Scroll", une pompe à vis, une pompe à piston, etc..., en version monoétagée ou multiétagée. La puissance électrique nécessaire à la compression des gaz est l'un des paramètres important dans la consommation énergétique des pompes à vide primaires sèches. Cette puissance de compression est utilisée principalement dans les deux derniers étages de compression dans le cas d'une pompe multiétagée de type "Roots" ou "Claw", et dans les derniers pas dans le cas d'une pompe à vis. Pour réduire la consommation d'énergie électrique de la pompe à vide primaire, une solution connue consiste à abaisser la pression dans le dernier étage de compression à l'aide d'un éjecteur. L'éjecteur fonctionne à partir du principe de l'effet Venturi. Il permet d'obtenir une baisse de pression à partir de l'injection d'un fluide comprimé, tel qu'un gaz comme l'azote ou l'air comprimé par exemple, au niveau d'un rétrécissement du passage des gaz. Une dépression est ainsi créée sans consommation directe d'énergie électrique. Toutefois, l'agencement de l'éjecteur dans la canalisation de refoulement diminue la conductance de passage des gaz pompés ne permettant plus d'absorber les importants flux de gaz survenant par exemple lors d'un prévidage d'enceinte. Une solution connue du document FR 2952683, consiste à monter l'éjecteur dans un circuit parallèle, agencé en dérivation du clapet antiretour. Ainsi, lorsque le clapet antiretour est fermé, le gaz emprunte le circuit de dérivation dans lequel est monté l'éjecteur. L'injection de gaz moteur dans le rétrécissement du circuit de dérivation produit un abaissement de pression au refoulement et ainsi une baisse de la puissance consommée. Et, en cas de surplus gazeux, le clapet antiretour s'ouvre, court-circuitant le circuit parallèle. Un des buts de la présente invention est de proposer une pompe à vide simplifiée, plus robuste, plus compacte, moins chère à réaliser et dont la maintenance est plus aisée que celle de l'état de la technique.

A cet effet, l'invention a pour objet une pompe à vide primaire sèche comportant au moins un étage de pompage pour le pompage des gaz depuis une entrée vers une sortie, une canalisation de refoulement raccordée à la sortie du dernier étage de pompage, caractérisée en ce qu'un clapet à passage traversant est agencé dans la canalisation de refoulement, ledit clapet à passage traversant étant mobile entre : une position de fermeture dans laquelle ledit clapet à passage traversant est en contact avec un siège d'une embouchure de la canalisation de refoulement et force le passage des gaz à travers un passage à effet Venturi traversant le clapet à passage traversant, et une position d'ouverture dans laquelle ledit clapet à passage traversant est déplacé à l'écart de l'embouchure de la canalisation de refoulement, ledit clapet à passage traversant étant en position d'ouverture lorsque la pression de sortie de l'étage de pompage est supérieure à un seuil de pression prédéterminé, la pompe à vide comportant un dispositif d'injection de gaz moteur configuré pour injecter un gaz moteur à l'entrée du passage à effet Venturi pour que le passage à effet Venturi forme un éjecteur en position de fermeture avec le dispositif d'injection de gaz moteur lorsqu'un gaz moteur est injecté à l'entrée du passage à effet Venturi. Le clapet à passage traversant forme ainsi à la fois un éjecteur en position de fermeture pour générer l'effet Venturi lorsqu'un gaz moteur est injecté en amont du passage à effet Venturi et un circuit de décharge automatique en position d'ouverture pour contourner le passage à effet Venturi en cas de surplus gazeux. L'injection de gaz moteur à l'entrée du passage à effet Venturi du clapet à passage traversant abaisse la pression par effet Venturi à la sortie du dernier étage de pompage de la pompe à vide.

La pression absolue obtenue en sortie du dernier étage de pompage est alors abaissée à une pression de l'ordre de 100 à 400 mbar au lieu de 1000mbar. Cet abaissement de la pression de sortie génère une réduction de la consommation de la puissance électrique de l'ordre de 30 à 70% sans altérer les performances de pompage (flux gazeux en fonction de la pression).

La baisse de consommation électrique entraîne également une baisse de température du corps de pompe de sorte que la quantité de calories à évacuer est réduite et peut conduire à une réduction de la consommation d'eau de refroidissement. En outre, l'abaissement de la pression à la sortie du dernier étage de pompage permet d'éloigner les conditions de pompage des limites d'inflammabilité et d'explosion et de réduire les pressions partielles d'espèces condensables et/ou corrosives, ce qui réduit de manière importante les risques de corrosion sur les matériaux de la pompe à vide ainsi que les risques de colmatages par les condensats. Egalement, la baisse de pression à la sortie du dernier étage de pompage réduit le niveau sonore de la pompe à vide. En effet, la dépression atténue l'intensité des pulsations basse fréquence du dernier étage de pompage. En outre, les gaz disposent d'un circuit de décharge automatique créé par le déplacement en position d'ouverture du clapet à passage traversant en cas de fort flux de pompage, de sorte que le rétrécissement formé par le passage à effet Venturi ne constitue pas un obstacle au pompage d'importants flux de gaz. Il n'est donc pas besoin d'usiner un circuit de dérivation parallèle dans le corps de pompe et/ou d'agencer un circuit de dérivation externe avec vanne contrôlée, de sorte que la pompe à vide est simplifiée, plus compacte, mais aussi plus robuste et plus facile de maintenance. Selon un exemple de réalisation, le passage à effet Venturi présente une forme de tuyère présentant un rétrécissement. Par exemple, l'entrée de la tuyère présente une forme d'entonnoir dont le goulot est prolongé par une portion centrale cylindrique et se termine par une forme évasée. La tuyère présente alors une forme optimisée pour générer une importante baisse de pression. La tête du clapet à passage traversant présente par exemple une forme de guidage configurée pour coopérer avec une forme de guidage complémentaire de l'embouchure. Les formes de guidage complémentaires sont par exemple tronconiques ou partiellement sphériques. Les formes de guidage complémentaires permettent d'assurer l'étanchéité ainsi que le positionnement correct du clapet à passage traversant à chaque retour en position de fermeture, ce qui permet d'assurer le fonctionnement optimal en éjecteur selon l'effet Venturi.

Selon un premier exemple de réalisation, le clapet à passage traversant est positionné à l'entrée d'un silencieux de la pompe à vide. Le dispositif d'injection de gaz moteur est par exemple en partie intégré dans le corps de pompe de la pompe à vide.

L'ensemble formant clapet et éjecteur est ainsi agencé au coeur de la pompe à vide et peut donc profiter de la haute température du corps de pompe en fonctionnement pour être réchauffé. Par conséquent, en chauffant le clapet à passage traversant notamment par conduction avec le corps de pompe chauffé, on réduit les risques de colmatages pouvant survenir dans le passage à effet Venturi, induits par le refroidissement des gaz condensables provoqué par la détente du gaz dans le passage à effet Venturi. Selon un deuxième exemple, le clapet à passage traversant est agencé à une extrémité de la canalisation de refoulement, l'extrémité étant raccordée à un dispositif de traitement des gaz pompés. La canalisation de refoulement est alors maintenue sous basse pression depuis la sortie des gaz du dernier étage de pompage jusqu'à l'entrée du dispositif de traitement des gaz, ce qui peut représenter plusieurs mètres de canalisations. Le fait que la canalisation de refoulement soit maintenue sous basse pression permet de préserver les espèces gazeuses condensables sous forme gazeuse, ce qui peut permettre d'éviter le chauffage de la canalisation de refoulement. Le dispositif d'injection de gaz moteur peut comporter une ligne d'alimentation dont une extrémité porte une buse d'injection, l'axe d'injection de gaz moteur et l'axe du passage à effet Venturi étant alignés. La pompe à vide peut en outre comporter un élément de rappel élastique pour solliciter ledit clapet à passage traversant en position de fermeture. L'élément de rappel élastique est par exemple interposé entre une tête du clapet à passage traversant et un épaulement annulaire de la canalisation de refoulement, en aval de l'embouchure dans le sens d'écoulement du pompage des gaz. Selon un autre exemple de réalisation, le clapet à passage traversant est agencé verticalement au-dessus de l'embouchure. Le clapet à passage traversant peut alors être sollicité en position de fermeture contre l'embouchure par gravité.

Selon un premier exemple de réalisation, le passage à effet Venturi est ménagé dans ledit clapet à passage traversant.

En outre, on peut prévoir que le dispositif d'injection de gaz moteur est mobile. Le dispositif d'injection de gaz moteur est alors solidaire du clapet à passage traversant avec une distance prédéterminée fixe entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur et l'entrée du passage à effet Venturi, au moins un orifice d'entrée des gaz pompés étant ménagé entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur et l'entrée du passage à effet Venturi. Ainsi solidarisés ensemble, la distance entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur et l'entrée du passage à effet Venturi est maîtrisée. On est alors assuré de conserver un centrage et un positionnement corrects du clapet à passage traversant avec l'injection de gaz moteur pour obtenir l'effet Venturi. La pompe à vide peut en outre comporter un organe de rappel élastique interposé entre le corps de pompe à vide et le dispositif d'injection de gaz moteur pour solliciter le clapet à passage traversant en position d'ouverture. On améliore ainsi le guidage et le positionnement du dispositif d'injection de gaz moteur.

Le clapet à passage traversant présente par exemple une tige prolongeant la tête, la tige présentant une forme extérieure s'amincissant radialement progressivement au moins partiellement depuis la tête. Cette forme allant en s'amincissant permet d'atténuer les turbulences du flux gazeux éventuellement générées à sa proximité, et de stabiliser progressivement l'écoulement des gaz autour de son profil et ainsi de minimiser les éventuelles oscillations du clapet à passage traversant. Elle est en outre adaptée pour, le cas échéant, s'insérer à l'entrée du silencieux de la pompe à vide sans bloquer le passage mais en laissant une ouverture annulaire compatible avec un fort flux en position ouverte du clapet à passage traversant. Selon un deuxième exemple de réalisation, le passage à effet Venturi est ménagé dans une protubérance solidaire du dispositif d'injection de gaz moteur, avec une distance prédéterminée fixe entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur et l'entrée du passage à effet Venturi, au moins un orifice d'entrée des gaz pompés étant ménagé entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur et l'entrée du passage à effet Venturi. La protubérance coopère avec un siège supplémentaire ménagé dans une ouverture du clapet à passage traversant.

Ainsi, la distance entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur et l'entrée du passage à effet Venturi est maîtrisée. On est alors assuré de conserver un centrage et un positionnement corrects du clapet à passage traversant avec l'injection de gaz moteur pour obtenir l'effet Venturi.

Pour faciliter l'auto-centrage du clapet à passage traversant sur la protubérance, la protubérance et le siège supplémentaire ménagé dans l'ouverture du clapet à passage traversant peuvent présenter des formes de guidage complémentaires, telles que tronconiques ou partiellement sphériques.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple illustratif mais non limitatif de la présente invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'une pompe à vide primaire sèche, avec le clapet à passage traversant en position de fermeture, - la figure 2 représente une vue analogue à la figure 1, avec le clapet à passage traversant en position d'ouverture, - la figure 3 représente une portion du dernier étage de pompage et d'une canalisation de refoulement d'une pompe à vide primaire sèche avec certains éléments représentés en transparence, - la figure 4 représente une vue agrandie partielle en coupe des éléments de la pompe à vide primaire sèche de la figure 3, - la figure 5 représente une vue en perspective d'un clapet à passage traversant et d'un ressort assemblé au clapet à passage traversant de la pompe à vide primaire sèche de la figure 4, - la figure 6 représente une autre vue du clapet à passage traversant et du ressort de la figure 5, - la figure 7 représente une vue en coupe d'un clapet à passage traversant et d'un ressort assemblé, - la figure 8 représente une vue en coupe d'une ligne d'alimentation d'un dispositif d'injection de gaz moteur, - la figure 9 représente une vue partielle en coupe de l'ensemble clapet-éjecteur dans une pompe à vide primaire sèche selon un autre exemple de réalisation, - la figure 10a représente une première variante d'un deuxième mode de réalisation de l'ensemble clapet-éjecteur, - la figure 10b représente une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de l'ensemble clapet-éjecteur, - la figure 11a représente une troisième variante du deuxième mode de réalisation de l'ensemble clapet-éjecteur, - la figure 11b représente une quatrième variante du deuxième mode de réalisation de l'ensemble clapet-éjecteur, et - la figure 12 représente un troisième mode de réalisation de l'ensemble clapet- éjecteur. L'invention concerne une pompe à vide primaire sèche destinée au pompage d'une enceinte telle qu'une enceinte de procédés, destinée par exemple à la fabrication de substrats dans l'industrie du semi-conducteur, de LED, d'écrans plats ou de panneaux solaires. La pompe à vide primaire sèche est par exemple « à lobes rotatifs » telle qu'à lobes de type "Roots", ou à becs de type "Claw" ou à spirale de type "Scroll", ou à vis, ou à piston ou d'un autre principe similaire, en version monoétagée ou multiétagée. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, la pompe à vide primaire sèche 1 est multi-étagée. Elle comprend par exemple six étages de pompage TA, T1, T2, T3, T4, TR, montés en série entre une aspiration 4 et un refoulement 5 de la pompe à vide 1 et dans lesquels un gaz à pomper peut circuler depuis l'aspiration 4 vers le refoulement 5, la pression de refoulement 5 étant généralement de l'ordre de la pression atmosphérique. A l'intérieur des étages de pompage TA, T1, T2, T3, T4, TR, des arbres rotatifs s'étendent par des rotors et sont entraînés du côté de l'étage de refoulement TR par un moteur M de la pompe à vide 1. Les rotors présentent des profils conjugués ou complémentaires, tournant à l'intérieur du corps de pompe 6 en sens opposé. Lors de la rotation, le gaz à pomper est emprisonné dans l'espace libre compris entre les rotors et le corps de pompe 6, et est entraîné par les rotors vers l'étage suivant ou vers le refoulement 5 après le dernier étage de pompage TR. La pompe à vide 1 est dite « sèche » car en fonctionnement, les rotors tournent à l'intérieur du corps de pompe 6 de la pompe à vide 1 en sens opposé, sans aucun contact mécanique entre les rotors et le corps de pompe 6, ce qui permet l'absence totale d'huile dans les étages de pompage TA, T1, T2, T3, T4, TR, à contrario des pompes à vide dites à palettes lubrifiées. Chaque étage de pompage TA, T1, T2, T3, T4, TR comprend une entrée et une sortie respective. Les étages de pompage successifs TA, T1, T2, T3, T4, TR sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canalisations de sortie respectives, aussi nommée canalisations inter-étages, raccordant la sortie de l'étage de pompage qui précède à l'entrée de l'étage qui suit (voir flèches en trait plein sur la figure 1). Le premier étage de pompage TA dont l'entrée communique avec l'aspiration 4 de la pompe à vide 1 est aussi nommé « étage d'aspiration ». Le dernier étage de pompage TR dont la sortie 8 communique avec le refoulement 5 de la pompe à vide 1 est aussi nommé « étage de refoulement », la pression de refoulement étant généralement de l'ordre de la pression atmosphérique. La pompe à vide 1 comporte en outre une canalisation de refoulement 9, raccordant la sortie 8 du dernier étage de pompage TR au refoulement 5. La pompe à vide 1 comporte également un clapet à passage traversant 10 (or « check-valve with through passage » en anglais) agencé dans la canalisation de refoulement 9, un passage à effet Venturi 11 traversant le clapet à passage traversant 10. Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, le passage à effet Venturi 11 est ménagé dans le clapet à passage traversant 10. Le passage à effet Venturi 11 permet le passage des gaz entre la sortie 8 du dernier étage de pompage TR et le refoulement 5. Il est agencé de sorte que l'axe du passage à effet Venturi 11 et l'axe de la canalisation de refoulement 9 soient alignés, le passage à effet Venturi et la canalisation de refoulement 9 étant coaxiaux. Le clapet à passage traversant 10 est par exemple agencé à l'entrée du silencieux 14 de la pompe à vide 1, le silencieux 14 étant agencé en amont du refoulement 5. Ce clapet à passage traversant 10 est mobile axialement entre une position de fermeture (figure 1) dans laquelle il est en contact avec un siège d'une embouchure 12 de la canalisation de refoulement 9 et force le passage des gaz à travers le passage à effet Venturi 11, et une position d'ouverture (figure 2) dans laquelle il est disposé à l'écart de l'embouchure 12 de la canalisation de refoulement 9. Le passage à effet Venturi 11 est un conduit traversant formant un rétrécissement pour le passage des gaz pour obtenir un fonctionnement « en éjecteur » lorsqu'un gaz moteur est injecté à l'entrée 11a. L'éjecteur ainsi obtenu fonctionne comme une petite pompe à vide auxiliaire, ne comprenant aucun élément en mouvement et dans lequel l'abaissement de pression est obtenu par transformation de l'énergie cinétique d'un fluide auxiliaire, le gaz moteur. La pompe à vide 1 comporte en outre un dispositif d'injection de gaz moteur 13 configuré pour injecter le gaz moteur, tel que de l'azote comprimé ou de l'air sec comprimé (ou « CDA » pour « Compressed Dry Air » en anglais) ou un autre gaz neutre comprimé, à l'entrée 11a du passage à effet Venturi 11. La pression absolue de compression du gaz moteur est au minimum de l'ordre de 3bars. Le gaz moteur est injecté au moins lorsque le clapet à passage traversant 10 est en position de fermeture.

Pour cela, le dispositif d'injection de gaz moteur 13 comporte une ligne d'alimentation 23 dont une extrémité porte une buse d'injection 22. Selon un exemple de réalisation représenté sur la figure 8, la buse d'injection 22 est formée par une section rétrécie 26 de la ligne d'alimentation 23. Le diamètre de la section rétrécie 26 est par exemple de l'ordre de 1 millimètre. La section rétrécie 26 permet d'obtenir l'accélération souhaitée du gaz moteur pour obtenir l'effet Venturi. Selon un autre exemple non représenté, la buse d'injection est formée par un gicleur par exemple de type injecteur en matériau dur, tel qu'un injecteur en rubis pré-percé d'un orifice d'injection. En outre, dans les exemples représentés sur les figures 1 à 4, le dispositif d'injection de gaz moteur 13 est en partie intégré dans un logement du corps de pompe 6. La buse d'injection 22 débouche ainsi en sortie 8 du dernier étage de refoulement TR. Un joint d'étanchéité 24 est en outre interposé entre le dispositif d'injection de gaz moteur 13 et le logement du corps de pompe 6, pour garantir l'étanchéité de ce dernier (figure 4). Le passage à effet Venturi 11 présente une forme de tuyère présentant un 30 rétrécissement.

Selon un exemple de réalisation représenté sur la figure 7, le passage à effet Venturi H présente une forme de tuyère dite « supersonique » : l'entrée 1 la du passage à effet Venturi 11 c'est-à-dire le côté du passage à effet Venturi 11 communiquant avec la sortie 8 de l'étage de pompage TR, présente une forme d'entonnoir dont le goulot est prolongé par la section rétrécie présentant la forme d'une portion centrale cylindrique 11b. La portion centrale cylindrique 11b se termine en aval par une forme évasée 11c (figures 4 et 7). Le diamètre de la portion centrale cylindrique du passage à effet Venturi 11 est par exemple compris entre 2 et 10 millimètres, tel que de l'ordre de 3 millimètres pour une canalisation de refoulement 9 par exemple de l'ordre de 25 millimètres de diamètre. La longueur totale du passage à effet Venturi H est par exemple de l'ordre de 20 à 30 millimètres avec la longueur de la portion centrale cylindrique 11b du passage à effet Venturi H par exemple de l'ordre de 14 à 16 millimètres. Cette forme de passage à effet Venturi H est dite « supersonique » avec une première section convergente suivie d'une section divergente. Elle permet d'obtenir des vitesses de gaz supersoniques ainsi que d'optimiser l'écoulement des gaz pompés dans le passage à effet Venturi H en limitant les pertes de charge mais en présentant un rétrécissement adapté pour générer « l'effet Venturi ». La sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 est orientée face à l'entrée lia du passage à effet Venturi H pour injecter un gaz moteur dans une direction principale alignée dans l'axe du passage à effet Venturi H. La distance d entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 et l'entrée lia du passage à effet Venturi H en position de fermeture du clapet à passage traversant est petite, par exemple comprise entre 0,5 et 2 millimètres. En outre, le diamètre de la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 est inférieur ou égal au diamètre de l'entrée lia du passage à effet Venturi 11. Selon un autre mode de réalisation non représenté, en position de fermeture, la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 est reçue dans l'entrée 11a du passage à effet Venturi H, à l'entrée de la portion centrale cylindrique 11b. La sortie 8 du dernier étage de pompage TR et l'axe de la buse d'injection 22 font un angle a par exemple compris entre 0 et 90° pour faciliter l'intégration dans la pompe à vide 1 (figure 4).

Le clapet à passage traversant 10 est en outre configuré pour être en position d'ouverture lorsque la pression de sortie du dernier étage de pompage TR est supérieure à un seuil de pression prédéterminé. Plus précisément, le clapet à passage traversant 10 est configuré pour être en position d'ouverture lorsque la différence de pression 4P entre la pression de sortie 8 du dernier étage de pompage TR et la pression du refoulement 5 est supérieure à un seuil prédéterminé, tel que compris entre 150 et 200mbar. Par exemple, le clapet à passage traversant 10 est sollicité en position de fermeture contre l'embouchure 12 par un élément de rappel élastique, tel qu'un ressort hélicoïdal 18. En cas de surpression en sortie 8 du dernier étage de refoulement TR, le clapet à passage traversant 10 est repoussé à l'encontre de son rappel élastique par la surpression, dégageant l'embouchure 12 pour le passage des gaz. Selon un autre exemple non représenté, le clapet à passage traversant est agencé verticalement au-dessus de l'embouchure. Le clapet à passage traversant peut alors être sollicité en position de fermeture contre l'embouchure par gravité. En cas de surpression en sortie 8 du dernier étage de refoulement TR, le clapet à passage traversant 10 est repoussé vers le haut dégageant l'embouchure 12 pour le passage des gaz. Selon un exemple de réalisation mieux visible sur les figures 4, 5 et 6, le clapet à passage traversant 10 présente une tête 20 en forme de disque et une tige 21 prolongeant la tête 20, la tige 21 présentant une forme s'amincissant radialement progressivement depuis la tête 20. La tête 20 présente une forme de disque jouant le rôle d'obturateur : lorsque le clapet à passage traversant 10 est en position de fermeture, la tête 20 est en appui sur le siège formé par l'embouchure 12 du passage à effet Venturi 11. La tige 21 du clapet à passage traversant 10 présente une longueur suffisante pour loger au moins en partie le passage à effet Venturi 11 avec une longueur optimisée pour le fonctionnement en éjecteur. Le ressort 18 est interposé entre la tête 20 du clapet à passage traversant 10 et un épaulement annulaire 19 de la canalisation de refoulement 9, l'épaulement annulaire 19 étant agencé en aval de l'embouchure 12, dans le sens d'écoulement du pompage des gaz.

L'épaulement annulaire 19 forme aussi par exemple un dispositif de maintien du silencieux 14 (figure 4). Le clapet à passage traversant 10 est ainsi monté coaxialement dans le ressort 18, la tige 21 s'étendant à l'intérieur de ce dernier. En outre, pour assurer l'étanchéité ainsi que le positionnement correct du clapet à passage traversant 10 à chaque retour en position de fermeture, la tête 20 du clapet à passage traversant 10 présente une forme de guidage 20a configurée pour coopérer avec une forme de guidage complémentaire 12a de l'embouchure 12 formant le siège de la tête 20 du clapet à passage traversant 10. Par exemple, les formes de guidage 20a de la partie de la tête 20 en contact avec le siège 12 et la forme de guidage complémentaire 12a du siège 12 présentent des formes tronconiques complémentaires (figure 4). Selon un autre exemple non représenté, ces formes de guidage complémentaires sont partiellement sphériques. Les formes de guidage complémentaires 12a, 20a permettent d'auto-centrer le clapet à passage traversant 10 dans l'axe de la canalisation de refoulement 9 et face à la buse d'injection 22, ce qui permet d'assurer le fonctionnement optimal en éjecteur selon l'effet Venturi.

La tige 21 présente par exemple une forme extérieure s'amincissant radialement 21a progressivement au moins partiellement depuis la tête 20 pour atténuer les turbulences du flux gazeux éventuellement générées à sa proximité. Cette forme extérieure allant en s'amincissant 21a permet également de stabiliser progressivement l'écoulement des gaz autour de son profil et ainsi de minimiser les éventuelles oscillations du clapet à passage traversant 10. L'extrémité 21b de la tige 21 présente par exemple une forme cylindrique dont le diamètre est adapté pour s'insérer à l'entrée du silencieux 14 de la pompe à vide 1 sans bloquer le passage mais en laissant une ouverture annulaire pour les gaz compatible avec un fort flux en position ouverte du clapet à passage traversant 10. Par exemple le diamètre extérieur de l'extrémité 21b cylindrique de la tige 21 est de l'ordre de 8 millimètres. Le diamètre extérieur de l'extrémité 21b est ainsi du même ordre de grandeur que le diamètre de l'extrémité de forme évasée 11c du passage à effet Venturi 11. Ainsi comme par exemple représenté sur les figures 4, 5 et 6, la tige 21 présente une forme extérieure allant en s'amincissant 21a, par exemple sensiblement tronconique depuis la tête 20 jusqu'à une portion centrale 11b du passage à effet Venturi H, prolongée par une portion cylindrique à l'extrémité 21b.

Le dispositif d'injection de gaz moteur 13 peut également comporter un échangeur thermique 25 (figure 1) en contact avec le corps de pompe 6 de la pompe à vide 1 de manière à réchauffer le gaz moteur avant son arrivée dans la ligne d'alimentation 23. On utilise ainsi les calories dégagées par le corps de pompe 6 de la pompe à vide pour réchauffer le gaz moteur. La pompe à vide primaire sèche 1 peut également comporter des couvertures chauffantes (non représentées), pour favoriser le réchauffement du gaz moteur. Le clapet à passage traversant 10 est par exemple en aluminium, en acier inoxydable, en fonte Ni-resist ou revêtu par des revêtements tels que de type Ni-P, Ni-B, SiC, BN, A1,03, Si3N3, Yt02, ZrO2, particulièrement résistants face à la corrosion et pour certains, également face à l'abrasion. En fonctionnement normal, tel qu'en phase de production dans l'enceinte de procédés, le flux de gaz à pomper est par exemple inférieur à 100s1m. La pression de sortie 8 de la pompe à vide est inférieure à la pression atmosphérique du refoulement 5, le clapet à passage traversant 10 est alors en position de fermeture (figure 1). Dans cette position, la tête 20 du clapet à passage traversant 10 repose en appui sur le siège de la canalisation de refoulement 9 formée par l'embouchure 12. En sortie 8 du dernier étage de pompage TR, le gaz à pomper emprunte le passage à effet Venturi 11, à travers le clapet à passage traversant 10 (flèches en trait plein). Lorsqu'un gaz moteur est injecté à l'entrée 11a du passage à effet Venturi 11 (flèches en pointillés), une dépression est générée, provoquant une baisse de pression par effet Venturi à la sortie 8 de la pompe à vide 1. Le passage à effet Venturi 11 forme ainsi un éjecteur avec le dispositif d'injection de gaz moteur 13. Le gaz moteur peut être injecté en permanence. Alternativement, on prévoit une unité de pilotage pour gérer l'injection de gaz moteur en fonction du niveau de la puissance électrique consommée par la pompe à vide primaire 1 ou de l'état de fonctionnement de l'enceinte de procédés : en production, en prévidage ou en attente (« stand-by » en anglais). Dans le cas illustré sur les figures 1 à 4 où le clapet à passage traversant 10 est agencé dans la canalisation de refoulement 9 du dernier étage de pompage TR, en amont du refoulement 5 à pression atmosphérique, la pression absolue obtenue est par exemple de l'ordre de 100 à 400mbar. Cette dépression génère une baisse de la puissance électrique consommée par la pompe à vide 1 de l'ordre de 30 à 70%. En cas d'un flux de gaz à évacuer important, la différence de pression 4P entre la pression de la sortie 8 du dernier étage de pompage TR et la pression du refoulement 5 devient supérieure au seuil de pression prédéterminée. Ce surplus gazeux, supérieur à 100s1m, tel que de l'ordre de 500 à 600 slm, survient par exemple en cas de prévidage de l'enceinte raccordée à la pompe à vide 1 ou tel qu'au démarrage de la pompe à vide 1, c'est-à-dire pour le pompage des gaz depuis la pression atmosphérique. Cette surpression repousse la tête 20 du clapet à passage traversant 10 à l'écart de l'embouchure 12, à l'encontre de son rappel élastique, ouvrant le clapet à passage traversant 10. Le gaz à pomper emprunte alors le circuit de décharge, en passant dans l'embouchure 12 puis entre la canalisation de refoulement 9 et le clapet à passage traversant 10 (flèches en trait plein sur la figure 2). Ainsi, le surplus gazeux ne provoque pas de surpression à la sortie 8 du dernier étage de pompage, mais peut être absorbé par la pompe à vide 1.

Le clapet à passage traversant 10 forme à la fois un éjecteur en position de fermeture pour générer l'effet Venturi lorsqu'un gaz moteur en injecté en amont du passage à effet Venturi 11 et un circuit de décharge en position d'ouverture pour contourner le passage à effet Venturi. Les gaz disposent ainsi d'un circuit de décharge automatique créé par le déplacement en position d'ouverture du clapet à passage traversant en cas de fort flux de pompage, de sorte que le rétrécissement formé par le passage à effet Venturi 11 ne constitue pas un obstacle au pompage. Il n'est donc pas besoin d'usiner un circuit de dérivation parallèle dans le corps de pompe 6 et/ou d'agencer un circuit de dérivation externe avec vanne contrôlée, de sorte que la pompe à vide est simplifiée, plus compacte, mais aussi plus robuste et plus facile de maintenance. On obtient une pression absolue à la sortie du dernier étage de pompage de l'ordre de 100 à 400 mbar, générant une réduction de la consommation de la puissance électrique sans altérer les performances de pompage (flux gazeux en fonction de la pression).

La baisse de la consommation de la puissance électrique entraîne également une baisse de température du corps de pompe 6 de sorte que la quantité de calories à évacuer est réduite et peut conduire à une réduction de la consommation d'eau de refroidissement. En outre, l'abaissement de la pression à la sortie du dernier étage de pompage TR permet d'éloigner les conditions de pompage des limites d'inflammabilité et d'explosion et de réduire les pressions partielles d'espèces condensables et/ou corrosives, ce qui réduit de manière importante les risques de corrosion sur les matériaux de la pompe à vide ainsi que les risques de colmatages par les condensats. La baisse de pression à la sortie du dernier étage de pompage TR de la pompe à vide 1 réduit également le niveau sonore de la pompe à vide. En effet, la dépression atténue l'intensité des pulsations basse fréquence du dernier étage de pompage TR. En outre, l'ensemble formant clapet et éjecteur est ainsi agencé au coeur de la pompe à vide 1 et peut donc profiter de la haute température du corps de pompe 6 en fonctionnement pour être réchauffé. Par conséquent, en chauffant le clapet à passage traversant 10 notamment par conduction avec le corps de pompe 6 chauffé, on réduit les risques de colmatages pouvant survenir dans le passage à effet Venturi 11, induits par le refroidissement des gaz condensables provoqué par la détente du gaz dans le passage à effet Venturi 11. Selon un autre exemple de réalisation représenté sur la figure 9, la canalisation de refoulement 9 s'étend jusqu'à une extrémité raccordée à un dispositif de traitement des gaz pompés (ou « scrubber » ou « gas abatment » en anglais). Les dispositifs de traitement de gaz sont généralement raccordés au refoulement des pompes à vide, pour la dépollution des gaz pompés lorsque ceux-ci présentent une toxicité. Le clapet à passage traversant 10 est agencé dans cette extrémité de la canalisation de refoulement 9, à proximité de l'entrée du dispositif de traitement des gaz pompés. Le dispositif d'injection de gaz moteur 13 est en partie logé dans la canalisation de refoulement 9, à proximité du clapet à passage traversant 10 afin d'assurer la fonction éjecteur et mise en dépression. La buse d'injection 22 débouche ainsi à la sortie 8 du dernier étage de refoulement TR, après le silencieux de la pompe à vide 1.

La canalisation de refoulement 9 est alors maintenue sous basse pression depuis la sortie 8 des gaz de la pompe à vide 1 jusqu'à l'entrée du dispositif de traitement des gaz, ce qui peut présenter plusieurs mètres de canalisations. Le fait que la canalisation de refoulement 9 soit maintenue sous basse pression permet de préserver les espèces gazeuses condensables sous forme gazeuse, ce qui peut permettre dans certains cas d'éviter le chauffage de la canalisation de refoulement 9.

Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 10a, 10b, 11a et 11b, le dispositif d'injection de gaz moteur 13 est solidaire du clapet à passage traversant 10 dans lequel est ménagé le passage à effet Venturi 11. Au moins un orifice d'entrée 28 des gaz pompés est ménagé entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 et l'entrée 11a du passage à effet Venturi 11.

Le dispositif d'injection de gaz moteur 13 est par exemple fixé au clapet à passage traversant 10 par un raccordement 27 présentant au moins un orifice d'entrée 28 des gaz pompés et maintenant une distance prédéterminée d, par exemple comprise entre 0,5 et 2 millimètres, entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 et l'entrée 11a du passage à effet Venturi 11.

Le raccordement 27 est par exemple formé d'un cylindre muni de lumières longitudinales périphériques formant les orifices d'entrée 28 pour les gaz pompés provenant de la sortie 8 du dernier étage de pompage TR. Comme on peut le voir sur l'exemple illustré en figure 10a, un joint d'étanchéité 24 peut être interposé entre la base 30 du dispositif d'injection des gaz 13 et un logement correspondant ménagé dans le corps de pompe 6. Un canal 31 est ménagé dans le fond du logement du corps de pompe 6 vers une alimentation en gaz moteur (non représentée). Le logement du corps de pompe 6 est dimensionné pour qu'en position d'ouverture, la base 30 du dispositif d'injection des gaz 13 reste centrée dans le logement, pour faciliter le guidage du déplacement de l'ensemble clapet à passage traversant - dispositif d'injection de gaz moteur 13. Pour faciliter le guidage et l'auto-centrage du dispositif d'injection des gaz 13 dans le logement du corps de pompe 6, on peut prévoir également que la base 30 du dispositif d'injection des gaz 13 et le logement présentent des formes de guidage complémentaires. Le canal 31 du logement présente par exemple un tube de guidage 34 autour de la ligne d'alimentation 23, configurée pour s'insérer dans une cavité correspondante de la base 30 du dispositif d'injection des gaz 13 (figures 10b et 11b). Le tube de guidage 34 permet le guidage et l'auto-centrage du dispositif d'injection des gaz 13 et également, permet de limiter l'exposition de la ligne d'alimentation 23 à la haute pression de l'alimentation, généralement de l'ordre de 3 et 7bars. De plus, le tube de guidage 34 permet de limiter les fuites du gaz moteur par la réduction du jeu fonctionnel « ajusté glissant » et donc sans l'utilisation d'un joint d'étanchéité, utilisé en piston. En position de fermeture, le clapet à passage traversant 10 est en contact avec le siège de l'embouchure 12 de la canalisation de refoulement 9, ce qui force le passage des gaz pompés à travers le passage à effet Venturi 11. La base 30 du dispositif d'injection de gaz moteur 13 est centrée dans le logement du corps de pompe 6. La ligne d'alimentation 23 du dispositif d'injection de gaz moteur 13 communique alors avec le canal 31 ménagé dans le fond du logement du corps de pompe 6. En position d'ouverture, c'est l'ensemble du clapet à passage traversant 10 et du dispositif d'injection de gaz moteur 13 qui est déplacé à l'écart de l'embouchure 12 de la canalisation de refoulement 9.

Ainsi solidarisés ensemble, la distance entre la buse d'injection 22 et le passage à effet Venturi 11 reste fixe, ce qui permet d'assurer un centrage et un positionnement corrects entre le clapet à passage traversant et le dispositif d'injection de gaz moteur. Les variantes de réalisation illustrées sur les figures 11a et 11b diffèrent des figures 10a et 10b par l'agencement d'un organe de rappel élastique 29 dans le logement du corps de pompe à vide 6. L'organe de rappel élastique, tel qu'un ressort hélicoïdal, est interposé entre le corps de pompe à vide 6 et la base 30 du dispositif d'injection de gaz moteur 13. Il sollicite le clapet à passage traversant 10 en position d'ouverture. On améliore ainsi le guidage et le positionnement du dispositif d'injection de gaz moteur 13. Selon un troisième mode de réalisation représenté sur la figure 12, le clapet à passage traversant 15 présente une tête 20 en forme de disque dans lequel est ménagé une ouverture, mais ne présente pas de tige dans laquelle le passage à effet Venturi serait reçu. Le passage à effet Venturi 11 est ménagé dans une protubérance 32 solidaire du dispositif d'injection de gaz moteur 13, au moins un orifice d'entrée 28 des gaz pompés étant ménagé entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 et l'entrée 11a du passage à effet Venturi 11. La protubérance 32 s'agence avec un siège supplémentaire 33 ménagé dans une ouverture du clapet à passage traversant 15.

La protubérance 32 est par exemple fixée au dispositif d'injection de gaz moteur 13 par un raccordement 27 tel que celui défini précédemment, maintenant une distance prédéterminée d, par exemple comprise entre 0,5 et 2 millimètres, entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 et l'entrée 11a du passage à effet Venturi 11.

En position de fermeture, la tête 20 du clapet à passage traversant 15 est en contact avec le siège de l'embouchure 12 de la canalisation de refoulement 9. La protubérance 32 est en contact soit continu soit avec un jeu s minimal sur la zone d'appui entre le siège supplémentaire 33 et la protubérance 32 de sorte que la perte de charge à travers le jeu s soit suffisante pour limiter au minimum le flux de fuite gazeux sur cette zone d'appui. Ce flux de fuite gazeux minimisé permet un fonctionnement acceptable de l'éjecteur en amont de l'ouverture du clapet à passage traversant 15, ce qui force le passage des gaz à travers le passage à effet Venturi 11 ménagé dans la protubérance 32. Deux niveaux d'étanchéité sont ainsi nécessaires pour guider les gaz pompés depuis la sortie 8 du dernier étage de pompage TR vers le passage à effet Venturi 11.

Pour faciliter l'auto-centrage du clapet à passage traversant 15 sur la protubérance 32, on prévoit par exemple que la protubérance 32 et le siège supplémentaire 33 présentent des formes de guidage complémentaires, telles que tronconiques comme représenté sur la figure 12. En outre, la forme extérieure tronconique de la protubérance 32, s'amincissant radialement progressivement permet d'atténuer les turbulences du flux gazeux.

En position d'ouverture, la protubérance 32 et le dispositif d'injection de gaz moteur 13 restent fixes et c'est le clapet à passage traversant 15 qui est déplacé à l'écart de l'embouchure 12 de la canalisation de refoulement 9. Ainsi, la distance entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur 13 et l'entrée 11a du passage à effet Venturi H reste fixe. On est alors assuré de conserver un centrage et un positionnement corrects du clapet à passage traversant 15 avec l'injection de gaz moteur pour obtenir l'effet Venturi. On comprend donc qu'à performances de pompage égales, la pompe à vide primaire sèche présente une puissance électrique consommée moindre, est donc plus économe en énergie mais également en eau de refroidissement et présentent des risques de colmatages et de corrosion réduits.

Claims

REVENDICATIONS1. Pompe à vide primaire sèche comportant au moins un étage de pompage pour le pompage des gaz depuis une entrée vers une sortie (8), une canalisation de refoulement (9) raccordée à la sortie (8) du dernier étage de pompage, caractérisée en ce qu'un clapet à passage traversant (10 ; 15) est agencé dans la canalisation de refoulement (9), ledit clapet à passage traversant (10 ; 15) étant mobile entre : - une position de fermeture dans laquelle ledit clapet à passage traversant (10 ; 15) est en contact avec un siège d'une embouchure (12) de la canalisation de refoulement (9) et force le passage des gaz à travers un passage à effet Venturi (11) traversant le clapet à passage traversant (10 ; 15), et une position d'ouverture dans laquelle ledit clapet à passage traversant est déplacé à l'écart de l'embouchure (12) de la canalisation de refoulement (9), ledit clapet à passage traversant (10 ; 15) étant en position d'ouverture lorsque la pression de sortie de l'étage de pompage est supérieure à un seuil de pression prédéterminé, la pompe à vide comportant un dispositif d'injection de gaz moteur (13) configuré pour injecter un gaz moteur à l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11) pour que le passage à effet Venturi (11) forme en position de fermeture un éjecteur avec le dispositif d'injection de gaz moteur (13) lorsqu'un gaz moteur est injecté à l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11).
2. Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le passage à effet Venturi (11) présente une forme de tuyère présentant un rétrécissement.
3. Pompe à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'entrée (11a) de la tuyère présente une forme d'entonnoir dont le goulot est prolongé par une portion centrale cylindrique (11b) et se termine par une forme évasée (11c).
4. Pompe à vide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le passage à effet Venturi (11) est ménagé dans ledit clapet à passage traversant (10).
5. Pompe à vide selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif d'injection de gaz moteur (13) est solidaire du clapet à passage traversant (10) avecune distance prédéterminée (d) fixe entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur (13) et l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11), au moins un orifice d'entrée (28) des gaz pompés étant ménagé entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur (13) et l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11).
6. Pompe à vide selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe de rappel élastique (29) interposé entre le corps de pompe à vide (6) et le dispositif d'injection de gaz moteur (13) pour solliciter le clapet à passage traversant (10) en position d'ouverture.
7. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le passage à effet Venturi (11) est ménagé dans une protubérance (32) solidaire du dispositif d'injection de gaz moteur (13) avec une distance prédéterminée (d) fixe entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur (13) et l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11), au moins un orifice d'entrée (28) des gaz pompés étant ménagé entre la sortie du dispositif d'injection de gaz moteur (13) et l'entrée (11a) du passage à effet Venturi (11), la protubérance (32) coopérant avec un siège supplémentaire (33) ménagé dans une ouverture du clapet à passage traversant (15).
8. Pompe à vide selon la revendication 7, caractérisée en ce que la protubérance (32) et le siège supplémentaire (33) présentent des formes de guidage complémentaires tronconiques ou partiellement sphériques.
9. Pompe à vide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d'injection de gaz moteur (13) est en partie intégré dans le corps de pompe (6) de la pompe à vide.
10. Pompe à vide selon la revendication 9, caractérisée en ce que le clapet à passage traversant (10) est positionné à l'entrée du silencieux (14) de la pompe à vide. H. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le clapet à passage traversant (10) est agencé à une extrémité de la canalisation de refoulement (9), l'extrémité étant raccordée à un dispositif de traitement des gaz pompés. 12. Pompe à vide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le clapet à passage traversant (10) présente une tête (20) ayant une forme de guidage (20a) configurée pour coopérer avec une forme de guidage (12a) complémentaire de l'embouchure (12).13. Pompe à vide selon la revendication 12, caractérisée en ce que les formes de guidage complémentaires (12a, 20a) sont tronconiques ou partiellement sphériques. 14. Pompe à vide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d'injection de gaz moteur (13) comporte une ligne d'alimentation (23) dont une extrémité porte une buse d'injection (22), l'axe d'injection de gaz moteur et l'axe du passage à effet Venturi (11) étant alignés. 15. Pompe à vide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément de rappel élastique (18) sollicitant le clapet à passage traversant (10 ; 15) en position de fermeture contre l'embouchure (12). 16. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le clapet à passage traversant est agencé verticalement au-dessus de l'embouchure (12).