FR3098869A1

FR3098869A1 - Groupe de pompage

Info

Publication number: FR3098869A1
Application number: FR1908088A
Authority: FR
Inventors: Christophe Santi; Eric MANDALLAZ; Thibaut Bourrilhon
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: TW202120792A; FR3098869B1; US20220299030A1; JP2022541763A; KR20220035090A; CN114144572A; DE112020003410T5; WO2021008834A1; US11815096B2

Abstract

Groupe de pompage (1) comportant une pompe à vide primaire (2) et une pompe à vide Roots (3) raccordée en série et en amont de la pompe à vide primaire (2) dans le sens d’écoulement (G) des gaz pompés, caractérisé en ce que :- la pompe à vide Roots (3) comporte trois étages de pompage (B1-B3) dans lesquels des rotors (10) sont configurés pour être entrainés simultanément en rotation par un moteur (M2) de la pompe à vide Roots (3), et - le rapport du débit engendré par le premier étage de pompage (T1) de la pompe à vide primaire (2) dans le sens d’écoulement (G) des gaz pompés sur le débit engendré par le dernier étage de pompage (T3) de la pompe à vide primaire (2) est inférieur ou égal à quatre. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Groupe de pompage

La présente invention se rapporte à un groupe de pompage comportant une pompe à vide primaire et une pompe à vide Roots montée en série et en amont de la pompe à vide primaire.

Les pompes à vide primaire comportent une pluralité d’étages de pompage montés 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 » avec deux ou trois lobes ou celles à double bec, également connues sous le nom « Claw ».

Les pompes à vide primaire comprennent deux rotors de profils identiques, tournant à l’intérieur d’un stator en sens opposé. Lors de la rotation, le gaz à pomper est emprisonné dans le volume engendré par les rotors et le stator, et est entraîné par les rotors vers l’étage suivant puis de proche en proche jusqu’au refoulement de la pompe à vide. Le fonctionnement s’effectue sans aucun contact mécanique entre les rotors et le stator, ce qui permet de ne pas utiliser d’huile dans les étages de pompage.

Pour augmenter les performances de pompage, en particulier le débit, on utilise généralement une pompe à vide de type Roots (également connue sous le nom de « Roots Blower » en anglais) montée en série et en amont de la pompe à vide primaire. Le débit engendré par la pompe à vide Roots peut être de l’ordre de vingt fois le débit engendré par la pompe à vide primaire. Cette pompe à vide comporte généralement un, voire deux, étages de pompage ainsi qu’un moteur pour entrainer les rotors en rotation à une fréquence de rotation généralement supérieure à celle du moteur de la pompe à vide primaire.

La pompe à vide primaire est généralement le premier composant du groupe de pompage qui défaille. C’est également le composant le plus couteux. En effet, les pompes à vide primaire subissent de nombreuses contraintes, notamment thermiques et mécaniques car ce sont elles qui assurent le plus fort rapport de compression permettant de garantir des basses pressions de vide limite (en l’absence de flux pompés) et des vitesses de pompage satisfaisantes pour soulager suffisamment les pompes à vide Roots.

Pour garantir ce fort rapport de compression, les pompes à vide primaire comportent un nombre important d’étages de pompage, entre cinq et sept dans la plupart des cas. Elles doivent également être conçues pour garantir des jeux de fonctionnement maitrisés entre les rotors et avec le stator.

Egalement, les pressions des gaz pompés par les pompes à vide primaire étant bien plus élevées que dans les pompes à vide Roots, le risque d’attaques corrosives est plus important pour les pompes à vide primaire, notamment dans les derniers étages de pompage.

Il est par ailleurs difficile d’optimiser les fréquences des pompes à vide pour économiser de l’énergie. Il est en effet connu d’abaisser la fréquence de rotation en phases d’attente dites de vide limite, pour réduire la consommation électrique de la pompe à vide. Cependant, il est seulement permis de modifier la fréquence de tous les étages de pompage de la pompe à vide primaire pris simultanément, les rotors étant entrainés par un même moteur. Une réduction trop importante de la fréquence de rotation de la pompe à vide primaire peut donc entrainer une perte significative des performances de pompage. L’efficacité est donc limitée.

Un but de la présente invention est de proposer un groupe de pompage amélioré résolvant au moins partiellement un des inconvénients de l’état de la technique.

A cet effet, l’invention a pour objet un groupe de pompage comportant une pompe à vide primaire et une pompe à vide Roots raccordée en série et en amont de la pompe à vide primaire dans le sens d’écoulement des gaz pompés, caractérisé en ce que :
- la pompe à vide Roots comporte trois étages de pompage dans lesquels des rotors sont configurés pour être entrainés simultanément en rotation par un moteur de la pompe à vide Roots, et
- le rapport du débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide primaire dans le sens d’écoulement des gaz pompés sur le débit engendré par le dernier étage de pompage de la pompe à vide primaire est inférieur ou égal à quatre.

Ledit rapport est par exemple inférieur ou égal à trois, tel qu’égal à deux.

En utilisant une pompe à vide Roots de trois étages de pompage, on « déporte » un étage de pompage de la pompe à vide primaire de l’art antérieur au niveau de la pompe à vide Roots. Le premier étage de pompage de la pompe à vide primaire devient le dernier étage de pompage de la pompe à vide Roots. De fait, il peut notamment tourner plus vite car entrainé par le moteur de la pompe à vide Roots.

Ce transfert de l’étage de pompage permet de réduire de manière importante le rapport de compression de la pompe à vide primaire et par conséquent, les contraintes s’exerçant sur la pompe à vide primaire, ces contraintes étant en partie déplacées sur la pompe à vide Roots. Cela permet d’espacer les durées entre maintenances de la pompe à vide primaire. La pompe à vide Roots fonctionnant à plus basse pression, ces contraintes sont moins critiques.

En particulier, un faible rapport de compression permet de réduire les contraintes de flexion s’exerçant sur les arbres. Il est alors possible de réduire l’entraxe entre les arbres portant les rotors, ce qui permet de réduire l’encombrement de la pompe à vide primaire. Une pompe à vide primaire plus petite permet de réduire les coûts du fait qu’elle nécessite moins de matière, que les couts de traitement de surface, tel que de nickelage, et les coûts de transport, notamment par voie aérienne, sont réduits.

Cela donne en outre un fort couple de dégommage pour redémarrer la pompe à vide primaire arrêtée, notamment dans le cas de pompage d’espèces susceptibles de se déposer sur les parties mobiles de la pompe à vide primaire.

Un faible rapport de compression de la pompe à vide primaire permet en outre d’utiliser un moteur de faible puissance.

L’abaissement des contraintes thermiques et mécaniques dû au faible rapport de compression de la pompe à vide primaire améliore en outre la fiabilité de la pompe à vide primaire. Cela permet de pouvoir augmenter la fréquence de rotation, par exemple pour absorber de plus forts flux de gaz par la pompe à vide primaire ou pour réduire les dimensions des étages de pompage et ainsi l’encombrement de la pompe à vide primaire.

Une telle pompe à vide primaire, présentant un faible rapport de compression, n’est pas standard. Elle est spécifique au groupe de pompage car elle ne peut pas fonctionner seule comme une pompe à vide primaire classique, mais est conçue spécialement pour fonctionner en aval d’une pompe à vide Roots à trois étages de pompage selon l’invention.

Le groupe de pompage peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prise seule ou en combinaison.

La pompe à vide primaire comporte par exemple au moins trois étages de pompage, tel que de trois à cinq, comme trois ou quatre, dans lesquels des rotors sont configurés pour être entrainés simultanément en rotation par un moteur de la pompe à vide primaire.

Le débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide primaire est par exemple inférieur ou égal à 500m³/h, tel que compris entre 200m³/h et 300m³/h.

Le débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide Roots est par exemple supérieur à dix fois, comme supérieur à vingt fois, le débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide primaire.

Selon un exemple de réalisation, le débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide Roots est par exemple supérieur à 5000m³/h, comme 6000m³/h.

Selon un exemple de réalisation, le débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide Roots est par exemple compris entre 2100m³/h et 3500m³/h. Le débit engendré par le deuxième étage de pompage de la pompe à vide Roots est par exemple compris entre 447m³/h et 744m³/h. Le débit engendré par le troisième (et dernier) étage de pompage de la pompe à vide Roots est par exemple compris entre 298m³/h et 496m³/h.

Le débit engendré par le premier étage de pompage de la pompe à vide primaire est par exemple compris entre 248m³/h et 298m³/h. Le débit engendré par le deuxième étage de pompage de la pompe à vide primaire est par exemple compris entre 124m³/h et 149m³/h. Le débit engendré par le troisième étage de pompage de la pompe à vide primaire est par exemple compris entre 124m³/h et 149m³/h.

Selon un exemple de réalisation, le groupe de pompage comporte un bâti supportant la pompe à vide Roots et la pompe à vide primaire l’une au-dessus de l’autre, la pompe à vide primaire étant disposée au-dessus de la pompe à vide Roots. En disposant spatialement la pompe à vide Roots au-dessous de la pompe à vide primaire, on abaisse le centre de gravité du groupe de pompage, ce qui permet notamment de lui conférer une meilleure stabilité.

Selon un autre exemple de réalisation, le groupe de pompage 1 comporte un bâti supportant la pompe à vide Roots et la pompe à vide primaire l’une au-dessus de l’autre, la pompe à vide Roots étant disposée au-dessus de la pompe à vide primaire.

Le moteur de la pompe à vide primaire peut être configuré pour être variable pour générer une fréquence de rotation haute, par exemple supérieur à 100Hz, et/ou une fréquence de rotation basse, par exemple inférieure à 50Hz et une fréquence de rotation nominale comprise entre la fréquence de rotation haute et la fréquence de rotation basse. En effet, il est possible de réduire de façon plus importante la fréquence de rotation de la pompe à vide primaire pour économiser de l’énergie, notamment dans les phases d’attente de vide limite, sans risquer de perdre en performances de pompage, celles-ci étant assurées par le fort rapport de compression de la pompe à vide Roots tri-étagée. La pompe à vide primaire peut ainsi être opérationnelle sur une large gamme de fréquence de rotation, permettant d’une part, d’absorber des flux de gaz importants à fréquence de rotation haute et d’autre part, de réduire la consommation électrique pour les flux nuls ou négligeables à fréquence de rotation basse.

Selon un exemple de réalisation, le groupe de pompage comporte une canalisation de contournement mettant en communication un refoulement de la pompe à vide Roots avec un refoulement de la pompe à vide primaire, la canalisation de contournement étant munie d’un dispositif à vanne configuré pour s’ouvrir lorsque la pression à l’aspiration de la pompe à vide de type Roots est supérieure à un seuil de pression.

Le seuil de pression est par exemple compris entre 400mbars et 600mbars, comme par exemple 500mbars.

Le dispositif à vanne comporte par exemple un clapet anti-retour.

La canalisation de contournement offre ainsi une voie de contournement de la pompe à vide primaire lors du pompage des gaz à haute pression, par exemple pour les pressions supérieures à 500mbars. Ceci est rendu possible du fait de la présence d’un troisième étage de pompage sur la pompe à vide de type Roots. Ce troisième étage, de petit débit, permet à la pompe à vide de type Roots de pouvoir fonctionner seule plus longtemps sans faillir. Un tel groupe de pompage, contournant le pompage primaire à haute pression, permet d’augmenter la vitesse de pompage à haute pression ainsi que de diminuer la consommation électrique et le temps nécessaire pour la descente en pression. Ce mode de réalisation s’applique notamment dans le cas de pompage cyclique de sas de chargement et de déchargement de substrats (appelé « loak lock » en anglais).

La réduction des contraintes mécaniques et thermiques exercées sur la pompe à vide primaire peut en outre permettre de réaliser au moins partiellement le stator des étages de pompage de la pompe à vide primaire par deux demi-coquilles s’assemblant sur une surface d’assemblage passant par les axes des arbres portant les rotors. Le montage d’une telle pompe est beaucoup plus rapide et on réduit les risques de désalignement des différents éléments de stator. La réduction du temps d’assemblage de la pompe à vide primaire permet de réduire les coûts.

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :

représente une vue très schématique d’un groupe de pompage selon un premier exemple de réalisation.

est une vue schématique montrant un exemple de réalisation d’une pompe à vide primaire où seuls les éléments nécessaires au fonctionnement sont représentés.

est un schéma similaire à celui de la Figure 1 pour un deuxième exemple de réalisation du groupe de pompage.

est un schéma similaire à celui de la Figure 1 pour un troisième exemple de réalisation du groupe de pompage.

Sur ces Figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

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 « débit engendré », la cylindrée correspondante au volume engendré entre les rotors et le stator de la pompe à vide multipliée par le nombre de tours par seconde.

On définit par « pression limite » ou « vide limite », la pression minimale obtenue pour un dispositif de pompage lorsqu’aucun flux de gaz à pomper n’est injecté dans la pompe à vide.

On définit par pompe à vide primaire, une pompe à vide volumétrique, qui est configurée pour, à l’aide de deux rotors, aspirer, transférer, puis refouler un gaz à pomper à pression atmosphérique. Les rotors sont portés par deux arbres entrainés en rotation par un moteur de la pompe à vide primaire. Les rotors peuvent être de type Roots, Claw ou à vis.

On définit par pompe à vide Roots (également appelé « Roots Blower » en anglais), une pompe à vide volumétrique configurée pour, à l’aide de deux rotors Roots, aspirer, transférer puis refouler un gaz à pomper. La pompe à vide Roots est montée en amont et en série d’une pompe à vide primaire. Les rotors sont portés par deux arbres entrainés en rotation par un moteur de la pompe à vide Roots.

La pompe à vide Roots se différencie principalement de la pompe à vide primaire par des dimensions plus grandes d’étages de pompage du fait des capacités de pompage plus importantes, par des tolérances de jeux plus grandes et par le fait que la pompe à vide Roots ne refoule pas à pression atmosphérique mais doit être utilisée en montage série en amont d’une pompe à vide primaire.

On entend par « en amont », un élément qui est placé avant un autre par rapport au sens d’écoulement des gaz pompés. A contrario, on entend par « en aval », un élément placé après un autre par rapport au sens d’écoulement des gaz pompés, l’élément situé en amont étant à une pression plus basse que l’élément situé en aval à une pression plus élevée.

Les termes « au-dessus » et « au-dessous » sont définis en référence à la disposition des éléments d’un groupe de pompage posé au sol.

La Figure 1 représente un premier exemple de groupe de pompage 1.

Le groupe de pompage 1 comporte une pompe à vide primaire 2 et une pompe à vide Roots 3.

La pompe à vide primaire 2 est une pompe à vide multiétagée configurée pour refouler les gaz à pomper à pression atmosphérique.

La pompe à vide primaire 2 comporte au moins trois étages de pompage, tel que de trois à cinq, comme par exemple trois ou quatre étages de pompage T1, T2, T3, (trois sur les Figures 1 et 2), montés en série entre une aspiration 4 et un refoulement 5 de la pompe à vide primaire 2 et dans lesquels un gaz à pomper peut circuler.

Chaque étage de pompage T1-T3 est formé par une chambre de compression ménagée dans un stator 6 de la pompe à vide primaire 2, la chambre de compression comprenant une entrée et une sortie respectives. Les étages de pompage successifs T1-T3 sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux inter-étages 7 respectifs raccordant la sortie (ou le refoulement) de l'étage de pompage qui précède à l'entrée (ou l’aspiration) de l'étage qui suit (voir Figure 2). L’entrée du premier étage de pompage T1, également appelé étage basse pression, communique avec l’aspiration 4 de la pompe à vide primaire 2 et la sortie du dernier étage de pompage T3, également appelé étage de refoulement, communique avec le refoulement 5 de la pompe à vide primaire 2.

La pompe à vide primaire 2 comporte également deux rotors 10 s’étendant dans les étages de pompage T1-T3. Les arbres des rotors 10 sont entraînés, par exemple du côté de l’étage basse pression T1, par un moteur M1 de la pompe à vide primaire 2 (Figure 1). Les rotors 10 des étages de pompage T1-T3 sont entrainés simultanément en rotation par le moteur M1 de la pompe à vide primaire 2.

Les rotors 10 représentés sur la Figure 2 sont de type « Roots » (section en forme de « huit » ou de « haricot »). Bien entendu, l’invention s’applique également à d’autres types de pompes à vide primaire multi-étagées sèches, telles que de type « Claw » ou de type à spirale ou à vis ou d’un autre principe similaire de pompe à vide volumétrique.

Les rotors 10 sont angulairement décalés et entrainés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans la chambre de compression de chaque étage T1-T3. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée est emprisonné dans le volume engendré par les rotors 10 et le stator 6, puis est entraîné par les rotors 10 vers l’étage suivant (le sens d’écoulement des gaz pompés est illustré par les flèches G sur les Figures 1 et 2).

La pompe à vide primaire 2 est dite « sèche » car en fonctionnement, les rotors 10 tournent à l’intérieur du stator 6 sans aucun contact mécanique avec le stator 6, ce qui permet de ne pas utiliser d’huile dans les étages de pompage T1-T3.

La pompe à vide Roots 3 est raccordée en série et en amont de la pompe à vide primaire 2 dans le sens d’écoulement G des gaz pompés.

La pompe à vide Roots 3 comporte trois étages de pompage B1, B2, B3 (Figure 1), montés en série entre une aspiration 11 et un refoulement 12 de la pompe à vide Roots 3 et dans lesquels un gaz à pomper peut circuler.

Comme pour la pompe à vide primaire 1, chaque étage de pompage B1-B3 de la pompe à vide Roots 3 est formé par une chambre de compression comprenant une entrée et une sortie respectives. Les étages de pompage B1-B3 successifs sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux inter-étages respectifs raccordant la sortie (ou le refoulement) de l'étage de pompage qui précède à l'entrée (ou l’aspiration) de l'étage qui suit. L’entrée du premier étage de pompage B1, également appelé étage basse pression, communique avec l’aspiration 11 de la pompe à vide Roots 3 et la sortie du troisième et dernier étage de pompage B3, également appelé étage de refoulement, communique avec le refoulement 12 de la pompe à vide Roots 3 et par conséquent, avec l’aspiration 4 de la pompe à vide primaire 2.

La pompe à vide Roots 3 comporte également deux rotors 10 s’étendant dans les étages de pompage B1-B3. Les arbres des rotors 10 sont entraînés, par exemple du côté de l’étage de refoulement B3, par un moteur M2 de la pompe à vide Roots 3 (Figure 1). Les rotors 10 des étages de pompage B1-B3 sont entrainés simultanément en rotation par le moteur M2 de la pompe à vide Roots 3.

Les rotors 10 de la pompe à vide Roots 3 sont de type « Roots » (section en forme de « huit » ou de « haricot »), comme représenté sur l’illustration de la pompe à vide primaire 2 en Figure 2.

La pompe à vide Roots 3 est également une pompe à vide dite « sèche ».

Dans ce premier exemple de réalisation, la pompe à vide Roots 3 est disposée au-dessus de la pompe à vide primaire 2. Elle est par exemple supportée par un bâti 8 du groupe de pompage 1, supportant également la pompe à vide primaire 2, le bâti 8 pouvant comporter en outre des pieds 8a et/ou roulettes 8b de manière à déplacer et entreposer les deux pompes à vide 2, 3 ensemble, spatialement l’une au-dessus de l’autre.

Les étages de pompage B1-B3, T1-T3 des deux pompes à vide 2, 3 présentent un volume engendré, c'est-à-dire un volume de gaz pompé, décroissant (ou égal) avec les étages de pompage, le premier étage de pompage B1 présentant le débit engendré le plus élevé et le dernier étage de pompage T3 présentant le débit engendré le plus faible. La pression de refoulement de la pompe à vide primaire 2 est la pression atmosphérique. La pompe à vide primaire 2 peut également comporter un silencieux 9, en sortie du dernier étage de pompage T3, au refoulement 5, comme représenté sur la Figure 1.

En outre, le rapport du débit engendré par le premier étage de pompage T1 de la pompe à vide primaire 2 dans le sens d’écoulement G des gaz pompés sur le débit engendré par le dernier étage de pompage T3 de la pompe à vide primaire 2 est inférieur ou égal à quatre, tel que inférieur ou égal à trois. Il est par exemple égal à deux. Une telle pompe à vide primaire 2 n’est pas standard. Elle est spécifique au groupe de pompage 1 car elle ne peut pas fonctionner seule comme une pompe à vide primaire classique, mais est conçue spécialement pour fonctionner en aval d’une pompe à vide Roots 3 à trois étages de pompage B1, B2, B3 selon l’invention.

Le débit engendré par le premier étage de pompage T1 de la pompe à vide primaire 2 est par exemple inférieur ou égal à 500m³/h, tel que compris entre 200m³/h et 300m³/h.

Le débit engendré par le premier étage de pompage B1 de la pompe à vide Roots 3 est par exemple supérieur à dix fois, comme supérieur à vingt fois, le débit engendré par le premier étage de pompage T1 de la pompe à vide primaire 2.

Selon un exemple de réalisation, le débit engendré par le premier étage de pompage B1 de la pompe à vide Roots 3 est par exemple supérieur à 5000m³/h, comme 6000m³/h.

Selon un exemple d’étagement du groupe de pompage 1, dans la pompe à vide Roots 3, le débit engendré par le premier étage de pompage B1 de la pompe à vide Roots 3 est par exemple compris entre 2100m³/h et 3500m³/h ; le débit engendré par le deuxième étage de pompage B2 de la pompe à vide Roots 3 est par exemple compris entre 447m³/h et 744m³/h ; le débit engendré par le troisième et dernier étage de pompage B3 de la pompe à vide Roots 3 est par exemple compris entre 298m³/h et 496m³/h.

Dans la pompe à vide primaire 2, le débit engendré par le premier étage de pompage T1 de la pompe à vide primaire 2 est par exemple compris entre 248m³/h et 298m³/h. Le débit engendré par le deuxième étage de pompage T2 de la pompe à vide primaire 2 est par exemple compris entre 124m³/h et 149m³/h. Le débit engendré par le troisième étage de pompage T3 de la pompe à vide primaire 2 est par exemple égal au deuxième étage de pompage T2, il est par exemple compris entre 124m³/h et 149m³/h.

Dans cet exemple, le rapport du débit engendré par le premier étage de pompage T1 de la pompe à vide primaire 2 sur le débit engendré par le dernier étage de pompage T3 est ainsi égal à 2.

En utilisant une pompe à vide Roots 3 de trois étages de pompage B1, B2, B3, on « déporte » un étage de pompage de la pompe à vide primaire de l’art antérieur au niveau de la pompe à vide Roots 3. Le premier étage de pompage de la pompe à vide primaire devient le dernier étage de pompage de la pompe à vide Roots 3. De fait, il peut notamment tourner plus vite car entrainé par le moteur M2 de la pompe à vide Roots 3.

Ce transfert de l’étage de pompage permet de réduire de manière importante le rapport de compression de la pompe à vide primaire 2 et par conséquent, les contraintes s’exerçant sur la pompe à vide primaire 2, ces contraintes étant en partie déplacées sur la pompe à vide Roots 3. Cela permet d’espacer les durées entre maintenances de la pompe à vide primaire 2. La pompe à vide Roots 3 fonctionnant à plus basse pression, ces contraintes sont moins critiques.

En particulier, un faible rapport de compression permet de réduire les contraintes de flexion s’exerçant sur les arbres. Il est alors possible de réduire l’entraxe entre les arbres portant les rotors 10, ce qui permet de réduire l’encombrement de la pompe à vide primaire 2. Une pompe à vide primaire 2 plus petite permet de réduire les coûts du fait qu’elle nécessite moins de matière, que les coûts de traitement de surface, tel que de nickelage, et les coûts de transport, notamment par voie aérienne, sont réduits.

Cela donne en outre un fort couple de dégommage pour redémarrer la pompe à vide primaire 2 arrêtée, notamment dans le cas de pompage d’espèces susceptibles de se déposer sur les parties mobiles de la pompe à vide primaire 2.

Un faible rapport de compression de la pompe à vide primaire 2 permet en outre d’utiliser un moteur M1 de faible puissance.

L’abaissement des contraintes thermiques et mécaniques dû au faible rapport de compression de la pompe à vide primaire 2 améliore en outre la fiabilité de la pompe à vide primaire 2. Cela permet de pouvoir augmenter la fréquence de rotation, par exemple pour absorber de plus forts flux de gaz par la pompe à vide primaire 2 ou pour réduire les dimensions des étages de pompage et ainsi l’encombrement de la pompe à vide primaire 2.

En outre, en raison de ce découpage de l’étagement du groupe de pompage 1, il est plus facile de jouer sur la fréquence des deux pompes à vide 2, 3 pour économiser l’énergie consommée. En effet, il est possible de réduire de façon plus importante la fréquence de rotation de la pompe à vide primaire 2 sans risquer de perdre les performances de pompage en pression de vide limite, celles-ci étant assurées par le fort rapport de compression de la pompe à vide Roots 3 tri-étagée.

Le moteur M1 de la pompe à vide primaire 2 peut pour cela être configuré pour être variable afin de générer une fréquence de rotation haute, par exemple supérieure à 100Hz et/ou une fréquence de rotation basse, par exemple inférieure à 50Hz et une fréquence de rotation nominale comprise entre la fréquence de rotation haute et la fréquence de rotation basse, les débits engendrés et rapports précédemment décrits étant définis pour la vitesse de rotation nominale.

La pompe à vide primaire 2 peut ainsi être opérationnelle sur une large gamme de fréquence de rotation, permettant d’une part, d’absorber des flux de gaz importants à fréquence de rotation haute et d’autre part, de réduire la consommation électrique pour les flux nuls ou négligeables à fréquence de rotation basse.

Par ailleurs, un faible rapport de compression peut permettre la réalisation au moins partielle d’un stator 6 des étages de pompage T1, T2, T3 de la pompe à vide primaire 2 par deux demi-coquilles 6b, 6c s’assemblant selon une surface d’assemblage S passant par les axes des arbres (voir par exemple la Figure 2). Le stator 6 de tous les étages de pompage de la pompe à vide primaire est par exemple réalisé par deux demi-coquilles. Selon un autre exemple, seul le stator des deux ou trois derniers étages de pompage T2, T3 est réalisé par deux demi-coquilles 6b, 6c.

Le montage d’une telle pompe est beaucoup plus rapide et on réduit les risques de désalignement des différents éléments de stator. La réduction du temps d’assemblage de la pompe à vide primaire 2 permet de réduire les coûts.

La Figure 3 illustre un deuxième exemple de groupe de pompage 1.

Cet exemple se différencie du précédent par le fait qu’ici, la pompe à vide Roots 3 est disposée au-dessous de la pompe à vide primaire 2.

Les trois étages de pompage B1-B3 de la pompe à vide Roots 3 présentant un encombrement plus élevé que la pompe à vide primaire 2 du fait du volume engendré plus important de la pompe à vide Roots 3 et le cas échéant, du fait de l’entraxe plus petit de la pompe à vide primaire 2, la pompe à vide Roots 3 devient le composant le plus volumineux et le plus lourd du groupe de pompage 1.

En disposant spatialement la pompe à vide Roots 3 au-dessous de la pompe à vide primaire 2, on abaisse le centre de gravité du groupe de pompage 1, ce qui permet notamment de lui conférer une meilleure stabilité.

La Figure 4 montre un autre exemple de réalisation du groupe de pompage 1.

Dans cet exemple, le groupe de pompage 1 comporte une canalisation de contournement 13 mettant en communication un refoulement 12 de la pompe à vide Roots 3 avec un refoulement 5 de la pompe à vide primaire 2. La canalisation de contournement 13 est munie d’un dispositif à vanne 14 configuré pour s’ouvrir lorsque la pression à l’aspiration 11 de la pompe à vide de type Roots 3 est supérieure à un seuil de pression.

Le dispositif à vanne 14 comporte par exemple un clapet anti-retour. Le clapet anti-retour permet le contournement automatique de la pompe à vide primaire 2 au seuil de tarage du clapet anti-retour. Le seuil de tarage est réglé pour que le clapet anti-retour s’ouvre lorsque la pression à l’aspiration 11 de la pompe à vide de type Roots 3 est supérieure audit seuil de pression.

Selon un autre exemple, le dispositif à vanne 14 comporte une vanne contrôlable, par exemple au moyen d’une information représentative d’une haute pression des gaz à pomper, tel qu’un signal d’un capteur de pression.

La canalisation de contournement 13 offre ainsi une voie de contournement de la pompe à vide primaire 2 lors du pompage des gaz à haute pression, par exemple pour les pressions supérieures à 500mbars. Ceci est rendu possible du fait de la présence d’un troisième étage de pompage B3 sur la pompe à vide de type Roots 3. Le troisième et dernier étage de pompage B3, de petit débit, permet à la pompe à vide de type Roots 3 de pouvoir fonctionner plus longtemps sans faillir, sans pompage primaire. Un tel groupe de pompage 1, contournant le pompage primaire à haute pression, permet d’augmenter la vitesse de pompage à haute pression ainsi que diminuer la consommation électrique et le temps nécessaire pour la descente en pression.

Ce mode de réalisation s’applique notamment dans le cas de pompages cycliques de sas de chargement et de déchargement de substrats (appelé « load lock » en anglais). De façon connue en soi, un sas de chargement et de déchargement s’ouvre à pression atmosphérique pour le chargement d’au moins un substrat et décharge le substrat dans une chambre de procédés après mise sous vide. Chaque chargement de substrats nécessite ainsi de descendre puis de remonter la pression dans le sas. Les sas de chargement et de déchargement sont notamment utilisés pour la fabrication des écrans plats d’affichage ou de substrats photovoltaïques ou pour la fabrication de substrats semi-conducteurs.

Claims

Groupe de pompage (1) comportant une pompe à vide primaire (2) et une pompe à vide Roots (3) raccordée en série et en amont de la pompe à vide primaire (2) dans le sens d’écoulement (G) des gaz pompés, caractérisé en ce que :
-la pompe à vide Roots (3) comporte trois étages de pompage (B1-B3) dans lesquels des rotors (10) sont configurés pour être entrainés simultanément en rotation par un moteur (M2) de la pompe à vide Roots (3), et
-le rapport du débit engendré par le premier étage de pompage (T1) de la pompe à vide primaire (2) dans le sens d’écoulement (G) des gaz pompés sur le débit engendré par le dernier étage de pompage (T3) de la pompe à vide primaire (2) est inférieur ou égal à quatre.
Groupe de pompage (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit rapport est inférieur ou égal à trois.
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pompe à vide primaire (2) comporte de trois à cinq étages de pompage, comme trois ou quatre étages de pompage (T1-T3) dans lesquels des rotors (10) sont configurés pour être entrainés simultanément en rotation par un moteur (M1) de la pompe à vide primaire (2).
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit engendré par le premier étage de pompage (T1) de la pompe à vide primaire (2) est inférieur ou égal à 500m³/h, tel que compris entre 200m³/h et 300m³/h.
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit engendré par le premier étage de pompage (B1) de la pompe à vide Roots (3) est supérieur à dix fois, comme supérieur à vingt fois, le débit engendré par le premier étage de pompage (T1) de la pompe à vide primaire (2).
Groupe de pompage (1) selon l’une de revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit engendré par le premier étage de pompage (T1) de la pompe à vide primaire (2) est compris entre 248m³/h et 298m³/h, le débit engendré par le deuxième étage de pompage (T2) de la pompe à vide primaire (2) est compris entre 124m³/h et 149m³/h et le débit engendré par le troisième étage de pompage (T3) de la pompe à vide primaire (2) est compris entre 124m³/h et 149m³/h.
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un bâti (8) supportant la pompe à vide Roots (3) et la pompe à vide primaire (2) l’une au-dessus de l’autre, la pompe à vide primaire (2) étant disposée au-dessus de la pompe à vide Roots (3).
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte un bâti (8) supportant la pompe à vide Roots (3) et la pompe à vide primaire (2) l’une au-dessus de l’autre, la pompe à vide Roots (3) étant disposée au-dessus de la pompe à vide primaire (2).
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (M1) de la pompe à vide primaire (2) est configuré pour être variable pour générer une fréquence de rotation haute et/ou une fréquence de rotation basse et une fréquence de rotation nominale comprise entre la fréquence de rotation haute et la fréquence de rotation basse.
Groupe de pompage (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fréquence de rotation haute est supérieure à 100Hz et la fréquence de rotation basse est inférieure à 50Hz.
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une canalisation de contournement (13) mettant en communication un refoulement (12) de la pompe à vide Roots (3) avec un refoulement (5) de la pompe à vide primaire (2), la canalisation de contournement (13) étant munie d’un dispositif à vanne (14) configuré pour s’ouvrir lorsque la pression à l’aspiration (11) de la pompe à vide de type Roots (3) est supérieure à un seuil de pression.
Groupe de pompage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (6) des étages de pompage (T1, T2, T3) de la pompe à vide primaire (2) est au moins partiellement réalisé par deux demi-coquilles (6b, 6c) s’assemblant sur une surface d’assemblage (S) passant par les axes des arbres portant les rotors (10).