FR3097599A1 - Pompe à vide primaire de type sèche et procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une pompe à vide (1) primaire de type sèche comportant un dispositif d’injection (9) configuré pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage (2a-2e), le dispositif d’injection (9) comportant :o un premier capteur de pression (12) agencé sur une portion commune (15) du distributeur (10),o un deuxième capteur de pression (13a-13e) agencé sur chaque branche (16a-16e) du distributeur (10), et o une unité de contrôle (14) configurée pour générer un signal de commande par modulation de largeur d’impulsions pour le contrôle des vannes de régulation (11a-11e) indépendamment les unes des autres en fonction des différences de mesure de pression entre le premier capteur de pression (12) et les deuxièmes capteurs de pression (13a-13e). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Pompe à vide primaire de type sèche et procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge
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 gaz dont on souhaite éviter la condensation ou la solidification en poudre. C’est le cas par exemple de certains procédés de fabrication de semi-conducteurs, d’écrans photovoltaïques, d’écrans plats ou de LED. Une accumulation importante de ces sous-produits solides peut altérer le fonctionnement de la pompe à vide, notamment en gênant la rotation des rotors voire en l’empêchant totalement dans le pire des cas.
Pour éviter cela, il est prévu d’injecter un gaz de purge dans la pompe à vide. Le gaz de purge dilue les gaz condensables et aide à l’entrainement des sous-produits solides gazeux ou solides vers le refoulement de la pompe. Ce gaz de purge est injecté dans les différents étages de pompage via un distributeur. Le débit injecté en entrée du distributeur est généralement réglé manuellement et mesuré par un débitmètre.
Un inconvénient est que le débit de gaz injecté dans les étages de pompage peut dépendre de la pression du réseau d’alimentation et de fait, varier avec les fluctuations pouvant survenir sur cette dernière. Un autre inconvénient est l’interdépendance entre les débits de gaz de purge injectés dans les différents étages de pompage. Il n’est en effet pas possible par exemple de réduire le débit de gaz de purge dans un étage de pompage et de l’augmenter simultanément dans un autre. En outre, le réglage manuel du débit ne permet pas d’empêcher de possibles mauvaises manipulations.
Une solution connue consiste à utiliser un dispositif dans lequel le débit d’entrée du gaz de purge est contrôlé au moyen d’une vanne proportionnelle régulée en fonction d’une mesure d’un capteur de pression ou de débit. Ce contrôle permet de s’affranchir de possibles erreurs humaines ou d’éventuelles fluctuations sur la pression du réseau d’alimentation en gaz de purge. Cependant, les vannes proportionnelles et les contrôleurs de débit sont couteux et les vannes proportionnelles ne sont pas toujours fiables. De plus, il n’est pas possible avec ce dispositif de contrôler les débits de purge injectés dans les étages de pompage indépendamment les uns des autres.
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 comportant :
- au moins deux étages de pompage montés en série entre une aspiration et un refoulement,
- deux arbres de rotors s’étendant dans les étages de pompage, les rotors étant configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse pour entrainer un gaz à pomper entre l’aspiration et le refoulement,
- un dispositif d’injection configuré pour distribuer un gaz de purge dans les étages de pompage, comprenant :
- un distributeur comportant :
- une portion commune destinée à être reliée à une source de gaz de purge, et
- au moins deux branches raccordées d’une part à la portion commune et d’autre part, à un étage de pompage respectif, et
- une vanne de régulation pilotable en tout ou rien agencée sur chaque branche du distributeur,
caractérisée en ce que le dispositif d’injection comporte en outre :
- un premier capteur de pression agencé sur la portion commune du distributeur,
- un deuxième capteur de pression agencé sur chaque branche du distributeur, et
- une unité de contrôle configurée pour générer un signal de commande par modulation de largeur d’impulsions pour le contrôle des vannes de régulation indépendamment les unes des autres en fonction des différences de mesure de pression entre le premier capteur de pression et les deuxièmes capteurs de pression, afin de contrôler le débit de gaz de purge injecté dans les étages de pompage selon des consignes prédéterminées associées à chaque étage de pompage en fonction du pourcentage d’ouverture des vannes de régulation sur une période prédéterminée.
La différence de mesure de pression entre le premier et un deuxième capteur permet d’estimer le débit de gaz de purge sans utiliser de débitmètre. Les débits de gaz de purge peuvent ainsi être contrôlés automatiquement en tenant compte de la pression d’entrée du distributeur mesurée par le premier capteur de pression. Les interventions extérieures, volontaires ou non, sur la pression d’entrée ne perturbent ainsi pas ou peu le débit de gaz de purge injecté dans les étages de la pompe à vide.
Le contrôle indépendant du débit de gaz de purge dans chacun des étages de pompage peut permettre d’adapter les débits par exemple en fonction des gaz à pomper ou pour mettre en œuvre des profils spécifiques de purge.
Un autre avantage du dispositif d’injection est que la modification du signal de commande par modulation de largeur d’impulsions d’une vanne de régulation pour contrôler le débit de purge à une valeur de consigne prédéfinie n’impacte pas ou peu le débit de purge contrôlé dans les autres étages de pompage.
La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, prise seule ou en combinaison.
La période du signal de commande par modulation de largeur d’impulsions est par exemple supérieure à 800ms.
Les vannes de régulation peuvent être configurées pour changer d’état en moins de 15 msec, tel qu’en moins de 10 msec. Cette fréquence permet d’assurer une relation sensiblement linéaire entre le rapport cyclique et le débit de gaz de purge traversant la vanne de régulation. Une relation linéaire facilite le calcul du rapport cyclique du signal de commande par MLI puisqu’il est proportionnel au débit de gaz de purge.
La branche commune peut comporter un volume commun pour égaliser la pression en entrée des vannes de régulation. Le volume commun forme un réservoir de gaz permettant de « lisser » la pression à chaque ouverture/fermeture de vanne pour égaliser la pression en entrée des vannes de régulation et pour ainsi permettre de n’utiliser qu’un seul premier capteur de pression et fiabiliser la mesure.
Le dispositif d’injection peut comporter un organe d’injection agencé sur chaque branche du distributeur, présentant une conductance respective configurée pour limiter le débit du gaz de purge à une valeur maximale.
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 sèche telle que décrite précédemment, caractérisé en ce qu’on génère un signal de commande par modulation de largeur d’impulsions pour le contrôle des vannes de régulation indépendamment les unes des autres en fonction des différences de mesure de pression entre le premier capteur de pression et les deuxièmes capteurs de pression, afin de contrôler le débit de gaz de purge injecté dans les étages de pompage selon des consignes prédéterminées associées à chaque étage de pompage en fonction du pourcentage d’ouverture des vannes de régulation sur une période prédéterminée.
Le procédé de contrôle peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, prise seule ou en combinaison.
Au moins deux rapports cycliques des signaux de commande par modulation de largeur d’impulsions de deux vannes de régulation peuvent être en opposition de phase.
Deux vannes de régulation ayant des signaux de commande par modulation de largeur d’impulsions en opposition de phase peuvent être agencées sur les branches raccordées aux deux premiers étages de pompage, le premier étage de pompage communiquant avec l’aspiration.
Selon un exemple de réalisation, on mesure la différence de pression entre deux branches du distributeur raccordées à deux étages de pompage successifs pour identifier un dysfonctionnement.
Par exemple :
- on augmente la consigne prédéterminée de débit de purge associée aux étages de pompage pour lesquels la différence de pression est inférieure à un seuil prédéterminé, et/ou
-on abaisse la consigne prédéterminée de débit de purge associée aux étages de pompage pour lesquels la différence de pression est supérieure à un seuil prédéterminé.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
montre une vue schématique d’un exemple de réalisation d’une pompe à vide primaire de type sèche.
est un graphique montrant un exemple d’état d’une vanne de régulation d’un dispositif d’injection de la pompe à vide de la Figure 1 en fonction du temps (en msec) pour un premier exemple de rapport cyclique.
montre le graphique de la Figure 2A pour un deuxième exemple de rapport cyclique.
montre le graphique de la Figure 2A pour un troisième exemple de rapport cyclique.
est un graphique montrant le flux injecté dans un étage de pompage (courbe A), la pression d’entrée d’un distributeur du dispositif d’injection (courbe B) et une intégrale du flux injecté sur une période prédéterminée (courbe C) en fonction du temps (en abscisse) pour un premier exemple de pilotage d’une vanne de régulation associée à l’étage de pompage, le flux (en slm) étant repéré sur l’ordonnée de gauche et la pression (en bar) sur l’ordonnée de droite.
montre un graphique similaire à celui de la Figure 3A pour un deuxième exemple.
est un graphique montrant la pression à l’aspiration de la pompe à vide (en mbar) en fonction du temps (en msec) pour des signaux de commande par MLI des deux premiers étages de pompage en phase (courbe D) et en opposition de phase (courbe E).
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.
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 exemple de réalisation d’une pompe à vide 1 primaire de type sèche.
La pompe à vide 1 comporte un stator (ou corps de pompe) formant 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 F1 sur la Figure 1). L’étage de pompage 2a communiquant avec l’aspiration 3 est l’étage de plus basse pression également appelé premier étage de pompage et l’étage de pompage 2e communiquant avec le refoulement 4 est l’étage de plus haute pression également appelé dernier étage de pompage. La pompe à vide 1 comporte en outre deux arbres de rotors 5 s’étendant dans les étages de pompage 2a-2e.
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 est formé par une chambre de compression recevant les rotors 5, les chambres comprenant 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.
Les rotors 5 présentent par exemple des lobes de profils identiques, par exemple de type « Roots » 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 dans les étages de pompage 2a-2e. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée est emprisonné dans le volume engendré par les rotors 5 et le stator de l’étage de pompage 2a-2e, puis est entraîné par les rotors 5 vers l’étage suivant.
Les arbres de rotors 5 sont entraînés en rotation par un moteur M de la pompe à vide 1 situé par exemple à une extrémité.
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, de l’argon ou de l’azote, dans les étages de pompage 2a-2e.
Le dispositif d’injection 9 comprend un distributeur 10, des vannes de régulation 11a-11e, un premier capteur de pression 12, des deuxièmes capteurs de pression 13a-13e et une unité de contrôle 14 pour piloter les vannes de régulation 11a-11e.
Le distributeur 10 comporte une portion commune 15 dont une entrée est destinée à être reliée à une source de gaz de purge, par exemple via une vanne d’isolation, et au moins deux branches 16a-16e raccordées d’une part à la portion commune 15 et d’autre part, à un étage de pompage 2a-2e respectif.
Les branches 16a, 16e raccordées au premier et au dernier étages de pompage 2a, 2e sont par exemple configurées pour déboucher au niveau des paliers de la pompe à vide 1 notamment pour protéger les roulements et les dispositifs d’étanchéité situés aux deux extrémités de la pompe à vide 1. Les branches 16b, 16c, 16d raccordées aux étages de pompage intermédiaires 2b, 2c, 2d sont par exemple configurées pour déboucher au niveau des sorties respectives des étages.
Le sens de circulation du gaz de purge est illustré par les flèches F2 sur la Figure 1.
Le dispositif d’injection 9 peut comporter un organe d’injection 17a-17e, tel qu’un orifice calibré (aussi appelé gicleur) ou une buse d’injection, agencé sur chaque branche 16a-16e du distributeur 10 et présentant une conductance respective configurée pour limiter le débit du gaz de purge à une valeur maximale. Ils sont par exemple externalisés du corps de pompe de la pompe à vide 1. Les organes d’injection 17a-17e sont par exemple respectivement interposés entre une vanne de régulation 11a-11e et un deuxième capteur de pression 13a-13e.
Les vannes de régulation 11a-11e sont agencées sur chaque branche 16a-16e du distributeur 10. Les vannes de régulation 11a-11e sont pilotables en tout ou rien : elles sont soit ouvertes (état = 1), soit fermées (état = 0) et peuvent commuter à haute vitesse, c’est-à-dire changer d’état sur des temps très courts, par exemple inférieurs à 15msec, tels que inférieurs à 10msec. Ce sont par exemple des électrovannes, telles que des vannes électromagnétiques ou piézoélectriques. Elles peuvent donc être commandées en ouverture et fermeture par un signal de commande en créneau. Le pilotage des vannes de régulation 11a-11e par un signal de commande en créneau permet d’obtenir une injection de gaz de purge dans les étages de pompage 2a-2e par impulsion. L’injection par impulsion facilite notamment l’entrainement des poudres vers le refoulement 4 de la pompe. Les vannes de régulation 11a-11e pilotables en tout ou rien présentent l’avantage d’être simples, fiables, peu encombrantes et peu onéreuses.
Le premier capteur de pression 12 est agencé sur la portion commune 15 du distributeur 10 et les deuxièmes capteurs de pression 13a-13e sont agencés sur une branche 16a-16e respective du distributeur 10. Les capteurs de pression 12, 13a-13e sont par exemple des capteurs de pression piézoélectriques.
L’unité de contrôle 14, telle qu’une carte électronique, comporte un ou plusieurs contrôleurs ou microcontrôleurs ou processeurs et une mémoire, pour exécuter des suites d’instructions de programmes mettant en œuvre un procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge dans la pompe à vide 1.
Plus précisément, l’unité de contrôle 14 est configurée pour générer un signal de commande par modulation de largeur d’impulsions (ou MLI) (également appelé « Pulse Width Modulation PWM» en anglais) pour le contrôle de l’ouverture et la fermeture des vannes de régulation 11a-11e indépendamment les unes des autres en fonction des différences de mesure de pression entre le premier capteur de pression 12 et les deuxièmes capteurs de pression 13a-13e.
La différence de mesure de pression entre le premier 12 et un deuxième capteur 13a-13e permet d’estimer le débit de gaz de purge sans utiliser de débitmètre. Utiliser des capteurs de pression plutôt que des débitmètres pour mesurer un flux est plus avantageux d’une part, car le capteur de pression est de l’ordre de quatre à cinq fois moins cher qu’un débitmètre et d’autre part, parce qu’il est moins encombrant. Intégrer des seconds capteurs de pression 13a-13e sur chaque branche du distributeur 10 est alors envisageable tant du point de vue économique que du point de vue de l’encombrement. Les capteurs de pression sont en outre plus faciles à implémenter que les débitmètres car leurs dimensions sont standardisées pour différentes gammes. On peut donc changer de capteur sans adapter également le distributeur 10.
Selon un exemple de réalisation, on prévoit en outre que la branche commune 15 du distributeur 10 comporte un volume commun 18. Le volume commun 18 présente par exemple un volume compris entre 100ml et 400ml. Il forme un réservoir de gaz permettant d’absorber les petites fluctuations de pression à chaque ouverture/fermeture de vanne, pour égaliser la pression en entrée des vannes de régulation 11a-11e pour ainsi permettre de n’utiliser qu’un seul premier capteur de pression 12 et fiabiliser la mesure.
Le signal de commande par MLI permet de contrôler le débit de gaz de purge injecté dans les étages de pompage 2a-2e selon des consignes prédéterminées associées à chaque étage de pompage 2a-2e en fonction du pourcentage d’ouverture des vannes de régulation 11a-11e sur une période T prédéterminée.
Plus précisément, le signal de commande par MLI est un signal en créneau pouvant prendre les valeurs 0 ou 1. Le signal est périodique de période T. Le ratio de la durée d’ouverture d’une vanne de régulation 11a-11e sur la période T, ou rapport cyclique, exprimé en pourcentage, permet de contrôler le débit moyen traversant la vanne de régulation 11a-11e pour qu’il corresponde à la consigne souhaitée.
Lorsque la vanne de régulation est fermée sur la période T, le rapport cyclique est nul. Lorsque la vanne est ouverte sur la période T, le rapport cyclique est de 100% et le débit de gaz de purge traversant la vanne est maximal. Le débit maximal peut être ajusté par dimensionnement de la restriction de la vanne de régulation 11a-11e ou de l’organe d’injection 17a-17e en sortie de la vanne de régulation 11a-11e.
Pour contrôler le débit de gaz de purge injecté dans les étages de pompage 2a-2e selon des consignes prédéterminées associées à chaque étage de pompage 2a-2e, on abaisse le rapport cyclique du signal de commande par MLI lorsque le débit de gaz de purge estimé par la différence de pression est supérieur à la consigne et on l’augmente si le débit est inférieur.
La période T du signal de commande par MLI est par exemple supérieure à 800ms, telle que supérieure à 1000ms. Cette fréquence permet d’assurer une relation sensiblement linéaire entre le rapport cyclique et le débit de gaz de purge traversant la vanne de régulation. Une relation linéaire facilite le calcul du rapport cyclique du signal de commande par MLI puisqu’il est proportionnel au débit de gaz de purge.
Les graphiques des Figures 2A, 2B, 2C montrent ainsi trois exemples de signaux de commande par modulation de largeur d’impulsions sur une période T de 1 seconde.
La Figure 2A montre un premier signal de commande par MLI pour lequel la vanne de régulation est ouverte (état =1) 10% du temps sur la période T, la Figure 2B montre un deuxième signal de commande MLI pour lequel la vanne de régulation est ouverte (état =1) 50% du temps sur la période T et la Figure 2C montre un troisième signal de commande par MLI pour lequel la vanne de régulation est ouverte (état =1) 75% du temps sur la période T.
Par exemple, pour un flux d’azote maximal de 40slm, un signal de commande par MLI de rapport cyclique de 10% (figure 2A) permet de contrôler un débit à 4slm, un signal de commande par MLI de rapport cyclique de 50% (Figure 2B) permet de contrôler un débit à 20slm et un signal de commande par MLI de rapport cyclique de 75% (Figure 2C) permet de contrôler un débit à 30slm.
Les débits de gaz de purge peuvent ainsi être contrôlés automatiquement en tenant compte de la pression d’entrée du distributeur 10 mesurée par le premier capteur de pression 12. Les interventions extérieures, volontaires ou non, sur la pression d’entrée ne perturbent ainsi pas ou peu le débit de gaz de purge injecté dans les étages de la pompe à vide 1. En revanche, une régulation inhabituelle des vannes de régulation 11a-11e, en dehors de plages prédéfinies, peut permettre de diagnostiquer un dysfonctionnement de la pompe à vide 1 ou un problème d’alimentation en gaz de purge. Ce diagnostic peut permettre la mise en place d’actions automatiques de protection ou de correction de la pompe à vide 1. Egalement, le contrôle indépendant du débit de gaz de purge dans chacun des étages de pompage 2a-2e peut permettre d’adapter les débits par exemple en fonction des gaz à pomper ou comme on le verra plus loin, pour mettre en œuvre des profils spécifiques de purge.
Il est par exemple possible de modifier les débits (dans la limite des valeurs maximales permises par les organes d’injection 17a-17e), par exemple pour les augmenter en cas de flux de gaz polluants importants ou pour les réduire lors de phases d’attente.
Par exemple, l’unité de contrôle 14 est configurée pour recevoir des informations d’un équipement utilisant la pompe à vide 1, via un moyen de communication tel qu’une liaison série ou un contact sec.
Ces informations peuvent être les consignes de flux de purge associées à chaque étage de pompage 2a-2e. Il est ainsi possible d’adapter les consignes de flux de purge aux recettes de flux de gaz injectés dans la chambre de traitement de l’équipement.
Selon un autre exemple, ces informations permettent de déterminer si la chambre de l’équipement est en train de traiter un substrat ou en phase d’attente. Il est alors par exemple possible de sélectionner une recette de consignes de flux de purge adaptée à la situation dans la chambre de traitement parmi des recettes préenregistrées.
Selon un autre exemple, les consignes de flux de purge associées à chaque étage de pompage 2a-2e sont déterminées sans information de l’équipement, mais seulement en fonction de signaux de capteurs de la pompe à vide 1, comme par exemple en fonction de la puissance consommée par la pompe à vide 1, celle-ci pouvant permettre d’indiquer une phase de traitement ou d’attente dans la chambre.
Un autre avantage du dispositif d’injection 9 est que la modification du signal de commande par MLI d’une vanne de régulation pour contrôler le débit de purge à une valeur de consigne prédéfinie n’impacte pas ou peu le débit de purge contrôlé dans les autres étages de pompage.
Ceci pourra mieux être compris en référence à l’exemple décrit ci-après et représenté sur les graphiques des Figures 3A et 3B.
On voit sur la Figure 3A que, pour obtenir par exemple un flux moyen de 20slm sur 1 seconde (courbe C), le signal de commande par MLI présente un rapport cyclique de 50%, le flux injecté étant de 40slm sur 0,5 secondes entre t1 et t2 et nul sur 0,5 secondes entre 0 et t1 et entre t2 et T (courbe A). L’ouverture de la vanne de régulation au temps t1 permettant l’injection du flux de 40slm provoque un léger abaissement de la pression d’entrée du distributeur 10 (courbe B). Cette variation de pression, ici inférieure au bar, est relativement faible et n’influence pas le débit estimé qui traverse la vanne de régulation de sorte que le rapport cyclique du signal de commande par MLI reste égal à 50%.
En revanche, sur l’exemple de la Figure 3B, l’ouverture d’une deuxième vanne de régulation sur une autre branche du distributeur 10 au temps t3 génère un deuxième abaissement de la pression d’entrée du distributeur 10. La chute de pression cumulée provoquée par les ouvertures successives des vannes de régulation est alors de plus d’1 bar (courbe B), ce qui abaisse significativement le flux (courbe A) et entraine une adaptation du rapport cyclique du signal de commande par MLI. Le rapport cyclique passe à 65%, laissant ainsi la vanne de régulation ouverte plus longtemps que pour l’exemple précédent sur la période T, compensant ainsi la chute de pression pour atteindre la consigne de débit de 20slm à l’issue de la période T (courbe C).
On constate que le contrôle automatique des débits individuels en fonction des différences de mesure de pression permet de rapidement rattraper et corriger les écarts entre le débit et la consigne.
La Figure 4 est un graphique montrant un exemple de profil particulier de purge.
Dans cet exemple, au moins deux rapports cycliques de signaux de commande par modulation de largeur d’impulsions de deux vannes de régulation sont en opposition de phase. Il s’agit par exemple des deux vannes de régulation 11a, 11b agencées sur les branches 16a, 16b du distributeur 10 raccordées aux deux premiers étages de pompage 2a, 2b de la pompe à vide 1.
On voit que le pilotage en opposition de phase (courbe E) permet de réduire (ici par deux) l’impact éventuel de l’injection d’un flux de gaz de purge sur la pression de vide limite à l’aspiration 3 de la pompe à vide 1 comparé au pilotage en phase (courbe D), la pression de vide limite étant la pression minimale obtenue en l’absence de flux de gaz à pomper. On constate en outre que l’impact sur la pression d’aspiration est limité car inférieur à 0,006mbar en pilotage en phase sur les deux premiers étages de pompage 2a, 2b.
Il est à noter par ailleurs que l’injection par impulsion ne modifie pas ou peu le comportement dynamique de la pompe à vide (en présence de flux de gaz à pomper). De plus, cette injection n’a pas ou peu d’impact sur la pression d’aspiration lorsqu’elle est réalisée dans les derniers étages de pompage 2c-2e.
Le dispositif d’injection 9 peut en outre être une aide au diagnostic de défaut de la pompe à vide 1.
En effet, les deuxièmes capteurs de pression 13a-13e agencés sur une branche respective du distributeur 10 permettent d’obtenir une image de la pression dans chacun des étages de pompage 2a-2e de la pompe à vide 1. Par conséquent, ils peuvent être utilisés pour identifier un dysfonctionnement, par exemple en mesurant la différence de pression entre deux branches 16a-16e du distributeur 10 raccordées à deux étages de pompage 2a-2e successifs.
Un abaissement de la différence de pression entre deux branches 16a-16e du distributeur 10 raccordées à deux étages de pompage 2a-2e successifs peut permettre de localiser un colmatage, c’est-à-dire une zone de la pompe à vide dans lesquelles des sous-produits peuvent s’être agglomérés. Par exemple, une différence de pression inférieure à un seuil prédéterminé entre le deuxième capteur de pression 13a agencé sur la branche 16a raccordée au premier étage de pompage 2a et le deuxième capteur de pression 13b agencé sur la branche 16b raccordée au deuxième étage de pompage 2b peut être le révélateur d’une accumulation de poudre localisée entre ces deux premiers étages de pompage 2a, 2b.
Un profil de purge curatif peut être mis en place. Par exemple, on augmente la consigne prédéterminée de débit de purge associée aux étages de pompage dans lesquels une zone à traiter a été localisée, ainsi qu’éventuellement aux étages de pompage situés en amont, pour déclencher une injection plus sévère à ces endroits pour évacuer les sous-produits solides accumulés. L’augmentation de la consigne est réalisée notamment dans la limite de seuils admissibles n’impactant pas les performances de pompage.
Selon un autre exemple, une augmentation de la différence de pression entre deux branches 16a-16e du distributeur 10 raccordées à deux étages de pompage 2a-2e successifs peut indiquer une perte de performances de la pompe à vide 1, par exemple causée par une augmentation des jeux de fonctionnement entre les rotors 5 et le stator.
On peut alors abaisser la consigne prédéterminée de débit de purge associée aux étages de pompage identifiés et éventuellement aux étages de pompage situés en amont, pour compenser la perte d’efficacité de pompage. L’abaissement de la consigne est réalisée notamment dans la limite de seuils admissibles permettant de garantir une purge minimale, notamment au niveau des paliers de la pompe à vide 1.
Ces caractérisations de l’état de fonctionnement de la pompe à vide 1 peuvent être réalisées en fonctionnement ou en phase d’attente (périodes de non utilisation).
On comprend qu’un tel dispositif d’injection 9 est simple, fiable, peu encombrant et peu onéreux du fait du faible coût de ses composants. Il offre en outre de nouvelles possibilités de fonctionnalités de diagnostic, d’actions curatives, de protection ou d’amélioration des performances de la pompe à vide 1.

Claims (11)

  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),
    - deux arbres de 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 les étages de pompage (2a-2e), comprenant :
    - un distributeur (10) comportant :
    - une portion commune (15) destinée à être reliée à une source de gaz de purge, et
    - au moins deux branches (16a-16e) raccordées d’une part à la portion commune (15) et d’autre part, à un étage de pompage (2a-2e) respectif, et
    - une vanne de régulation (11a-11a) pilotable en tout ou rien agencée sur chaque branche (16a-16e) du distributeur (10),
    caractérisée en ce que le dispositif d’injection (9) comporte en outre :
    - un premier capteur de pression (12) agencé sur la portion commune (15) du distributeur (10),
    - un deuxième capteur de pression (13a-13e) agencé sur chaque branche (16a-16e) du distributeur (10), et
    - une unité de contrôle (14) configurée pour générer un signal de commande par modulation de largeur d’impulsions pour le contrôle des vannes de régulation (11a-11e) indépendamment les unes des autres en fonction des différences de mesure de pression entre le premier capteur de pression (12) et les deuxièmes capteurs de pression (13a-13e), afin de contrôler le débit de gaz de purge injecté dans les étages de pompage (2a-2e) selon des consignes prédéterminées associées à chaque étage de pompage (2a-2e) en fonction du pourcentage d’ouverture des vannes de régulation (11a-11e) sur une période (T) prédéterminée.
  2. Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la période (T) du signal de commande par modulation de largeur d’impulsions est supérieure à 800ms.
  3. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les vannes de régulation (11a-11e) sont configurées pour changer d’état en moins de 15 msec, tel qu’en moins de 10 msec.
  4. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la branche commune (15) comporte un volume commun (18) pour égaliser la pression en entrée des vannes de régulation (11a-11e).
  5. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d’injection (9) comporte un organe d’injection (17a-17e) agencé sur chaque branche (16a-16e) du distributeur (10), présentant une conductance respective configurée pour limiter le débit du gaz de purge à une valeur maximale.
  6. 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 qu’on génère un signal de commande par modulation de largeur d’impulsions pour le contrôle des vannes de régulation (11a-11e) indépendamment les unes des autres en fonction des différences de mesure de pression entre le premier capteur de pression (12) et les deuxièmes capteurs de pression (13a-13e), afin de contrôler le débit de gaz de purge injecté dans les étages de pompage (2a-2e) selon des consignes prédéterminées associées à chaque étage de pompage (2a-2e) en fonction du pourcentage d’ouverture des vannes de régulation (11a-11e) sur une période (T) prédéterminée.
  7. Procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins deux rapports cycliques des signaux de commande par modulation de largeur d’impulsions de deux vannes de régulation (11a, 11b) sont en opposition de phase.
  8. Procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge selon la revendication précédente, caractérisé en ce que deux vannes de régulation (11a, 11b) ayant des signaux de commande par modulation de largeur d’impulsions en opposition de phase sont agencées sur les branches (16a, 16b) raccordées aux deux premiers étages de pompage (2a, 2b), le premier étage de pompage (2a) communiquant avec l’aspiration (3).
  9. Procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’on mesure la différence de pression entre deux branches (16a-16e) du distributeur (10) raccordées à deux étages de pompage (2a-2e) successifs pour identifier un dysfonctionnement.
  10. Procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on augmente la consigne prédéterminée de débit de purge associée aux étages de pompage pour lesquels la différence de pression est inférieure à un seuil prédéterminé.
  11. Procédé de contrôle de l’injection d’un gaz de purge selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu’on abaisse la consigne prédéterminée de débit de purge associée aux étages de pompage pour lesquels la différence de pression est supérieure à un seuil prédéterminé.
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