FR3103862A1

FR3103862A1 - Rotor et pompe à vide sèche multiétagée

Info

Publication number: FR3103862A1
Application number: FR1913679A
Authority: FR
Inventors: Thierry Neel; Lucas REY
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: WO2021110447A1; KR20220107205A; FR3103862B1; CN114729642A; TW202130912A

Abstract

Rotor (7) de pompe à vide (1) sèche multiétagée, la pompe à vide (1) comportant deux arbres (5, 6) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins deux étages de pompage (1a-1f) pour entrainer un gaz à pomper entre une aspiration (3) et un refoulement (4), le rotor (7) comportant un moyeu (9) configuré pour s’engager sur un des arbres (5, 6) de la pompe à vide (1) et au moins un premier et un deuxième éléments de rotor (8a, 8b) agencés le long du moyeu (9), chaque élément de rotor (8a, 8b) s’étendant dans un étage de pompage (1a-1f) respectif et étant configuré pour coopérer avec un élément de rotor (8a, 8b) respectif conjugué d’un autre rotor (7) de la pompe à vide (1), les éléments de rotor (8a, 8b) et le moyeu (9) étant réalisés d’une seule pièce. Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Rotor et pompe à vide sèche multiétagée

La présente invention concerne un rotor de pompe à vide sèche multiétagée. La présente invention concerne également une pompe à vide sèche multiétagée pourvue de deux desdits rotors.

Les pompes à vide sèches comportent un ou 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 connues, celles à lobes rotatifs également connues sous le nom « Roots » ou celles à bec, également connues sous le nom « Claw ». 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.

Pour permettre à la fois l'usinage et le montage, les rotors et les stators de pompes à vide sèches sont parfois constitués de l'assemblage axial de plusieurs éléments. Cet empilement de pièces nécessite un réglage étage par étage des jeux fonctionnels. Une telle structure de pompe sèche nécessite en effet d'usiner séparément chaque élément de stator, puis d'effectuer une opération d'assemblage longue et délicate consistant à régler le positionnement des lobes dans chaque chambre de compression.

Sachant que les jeux entre les lobes de rotor et les parois de stator sont très réduits pour assurer une étanchéité de chaque étage de compression de la pompe à vide, on comprend que cet assemblage est particulièrement long et délicat, et on estime qu'il faut plusieurs heures de main d'œuvre pour cette opération effectuée sur une pompe à vide sèche à cinq ou six étages. Cette opération d’ajustement des pièces entre elles est par conséquent consommatrice en temps de main d’œuvre qualifiée.

Un autre problème, dans les pompes à vide sèches multi-étagées connues, est la difficulté d'alignement des éléments de stator ou de rotor les uns à la suite des autres, étant observé que les erreurs risquent de se cumuler, de sorte qu'il est difficile de maîtriser les jeux entre les rotors et le stator dans une production en série. Cette configuration requiert la réalisation de pièces d’autant plus précises que le nombre de pièces empilées augmente avec le nombre d’étages de compression de la pompe à vide.

On connait par ailleurs, par exemple du document US6,572,351B2, des structures de pompe à vide ayant un stator en demi-coquilles qui sont assemblées selon une surface d'assemblage longitudinale généralement parallèle aux axes des rotors. Le montage d’une telle pompe est ainsi beaucoup plus rapide du fait du nombre d’interfaces à aligner qui est moins important. Cette architecture permet également de réduire les risques de cumul des défauts d’alignements. Le coût de la pompe à vide peut donc être diminué et le montage facilité.

Dans cette configuration, les rotors peuvent être monoblocs, c’est à dire directement usinés sur l’arbre. Cette réalisation simplifie la partie mobile de la pompe à vide en termes d’assemblage et de réalisation. Les tolérances d’usinage de pièces n’ont plus à se cumuler comme dans le cas de lobes rapportés sur l’arbre.

Cependant en cas d’incident sur la pompe à vide, par exemple en cas d’un grippage entre les rotors et le stator, c’est la totalité de l’arbre-rotor qui doit être changée. On comprend que les pompes à vides sèches ayant une architecture en demi-coquille sont désavantagées car l’ensemble de la pompe à vide doit être remplacé alors que seule une partie peut être endommagée.

De plus, l’arbre-rotor monobloc étant supporté par des paliers interposés entre le carter d’huile et les étages de pompage, son démontage implique nécessairement un démontage complet de la pompe à vide, rendant cette opération d’entretien potentiellement couteuse.

Un autre inconvénient de l’arbre-rotor monobloc est le manque de modularité possible entre différents modèles de pompes. Les arbres-rotors monobloc impliquent une certaine rigidité de réalisation qui ne facilite pas la transposition des rotors à des configurations voisines. Il devient complexe d’adapter la pompe à vide à des besoins spécifiques clients sans avoir à concevoir entièrement une nouvelle pompe.

Un but de la présente invention est de résoudre au moins partiellement un des inconvénients précités.

A cet effet, l’invention a pour objet un rotor de pompe à vide sèche multiétagée, la pompe à vide comportant deux arbres configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins deux étages de pompage pour entrainer un gaz à pomper entre une aspiration et un refoulement, le rotor comportant :
- un moyeu configuré pour s’engager sur un des arbres de la pompe à vide, et
- au moins un premier et un deuxième éléments de rotor agencés le long du moyeu, chaque élément de rotor s’étendant dans un étage de pompage respectif et étant configuré pour coopérer avec un élément de rotor respectif conjugué d’un autre rotor de la pompe à vide, les éléments de rotor et le moyeu étant réalisés d’une seule pièce.

Les rotors d’un seul tenant et amovibles peuvent ainsi être remplacés sans avoir besoin de démonter entièrement l’arbre de ses paliers. Les arbres peuvent rester en place au moins dans deux des paliers de la pompe à vide au cours des maintenances, ce qui permet de diminuer de manière significative le temps de démontage et de montage et par conséquent, la durée des interventions et leurs coûts. La pompe à vide peut en outre bénéficier des avantages d’un rotor monobloc pour l’assemblage, tout en permettant un démontage et montage simple et rapide lors des entretiens ultérieurs. La réalisation d’un rotor en une seule pièce peut être effectuée par une seule opération d’usinage, ce qui permet de tenir plus facilement les tolérances. Par ailleurs, des rotors monoblocs permettent de réaliser des éléments de rotor très fins dans les étages de pompage situés du côté du refoulement des pompes à vide multiétagées où les pressions sont les plus élevées, ce qui permet de réduire la consommation électrique de la pompe à vide.

Le rotor peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.

Le moyeu peut présenter un logement central traversant configuré pour recevoir une extrémité de l’arbre sur lequel il est engagé.

Le moyeu peut présenter un logement central conique configuré pour recevoir une extrémité d’un arbre conique complémentaire permettant d’emmancher le rotor sur l’arbre.

Des orifices traversant peuvent être ménagés dans le moyeu et/ou dans les éléments de rotor pour l’injection d’un gaz de purge.

Le gaz de purge (ou gaz neutre) est par exemple de l’azote.

Des orifices traversant ménagés dans le moyeu permettent l’injection d’un gaz de purge dans l’interstice situé entre le moyeu et le stator entre les étages de pompage pour former une barrière aux gaz pompés ainsi qu’à d’éventuels poudres ou particules. Egalement, des orifices traversant peuvent déboucher au niveau des éléments de rotor, dans les chambres de compression de la pompe à vide, pour diluer les gaz pompés.

Le moyeu peut présenter un nez à une extrémité axiale du rotor située du côté de l’élément de rotor destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage communiquant avec le refoulement, du côté d’une partie de motorisation de la pompe à vide, un joint d’étanchéité étant destiné à être interposé entre le nez du rotor et un stator de la pompe à vide.

Le nez du rotor couplé au joint d’étanchéité permet de garantir l’étanchéité entre le dernier étage de pompage et la partie de motorisation de la pompe à vide, nécessaire notamment pour garantir l’intégrité des paliers lubrifiés de la partie de motorisation en empêchant leur contamination par des particules ou gaz polluants provenant de la partie de pompage sec. L’étanchéité ainsi procurée permet d’augmenter la durée de vie sans maintenance de la partie de motorisation de la pompe à vide qui peut atteindre huit à dix ans. On peut remplacer ou nettoyer les rotors au cours de maintenances plus rapprochées, par exemple tous les deux ans, sans avoir à démonter les paliers de la partie de motorisation.

Les éléments de rotor conjugués présentent par exemple des lobes de profils identiques.

Selon un exemple de réalisation, au moins un élément de rotor comporte au moins deux lobes.

Les lobes peuvent présenter une torsion hélicoïdale autour d’un axe longitudinal.

Les profils de lobes à torsion hélicoïdale permettent d’augmenter le débit de pompage effectif, en améliorant le rendement volumétrique. Cette réalisation facilite en outre une configuration verticale de la pompe à vide pour laquelle les arbres sont orientés verticalement, ce qui permet de réduire encore l’encombrement au sol et facilite le pompage des poudres ou particules.

Les lobes d’au moins un élément de rotor peuvent être creux.

Les lobes creux permettent de réduire le poids de la pompe à vide. Egalement, les éléments de rotor creux permettent de réduire l’inertie thermique et entrainent moins de masse en mouvement, ce qui permet de réduire les risques de détérioration en cas de touche ou grippage des rotors.

Les profils des éléments de rotor peuvent être de même type ou de type distinct. On considère « des profils de même type », des éléments de rotor ayant une même forme générale, étant entendu que l’épaisseur et /ou la dimension radiale des éléments de rotor de même type peuvent changer d’un étage de pompage à l’autre, notamment pour que les étages de pompage présentent un volume engendré décroissant (ou égal) avec les étages de pompage.

Selon un exemple de réalisation, le premier élément de rotor destiné à être agencé dans le premier étage de pompage communiquant avec l’aspiration de la pompe à vide comporte au moins deux lobes présentant une torsion hélicoïdale, le au moins un deuxième élément de rotor comportant au moins deux lobes droits.

Selon un autre exemple, le rotor comporte six éléments de rotor trilobés droits.

L’invention a aussi pour objet une pompe à vide sèche comportant :
- deux arbres configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins un étage de pompage de la pompe à vide pour entrainer un gaz à pomper entre une aspiration et un refoulement, et
- deux rotors tels que décrits précédemment, engagés sur un arbre respectif de la pompe à vide.

La pompe à vide peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.

Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide est une pompe à vide primaire configurée pour refouler les gaz pompés à pression atmosphérique.

Selon un autre exemple de réalisation, la pompe à vide est une pompe à vide sèche de deux ou trois étages de pompage qui en utilisation, est raccordée en amont d’une pompe à vide primaire et dont la pression de refoulement est celle obtenue par la pompe à vide primaire.

Les arbres peuvent être respectivement supportés par au moins deux paliers situés de part et d’autres des étages de pompage.

Selon un autre exemple, les arbres sont montés en porte-à-faux. La fixation des arbres en porte-à-faux permet d’engager et désengager facilement les rotors sur les arbres sans démonter les arbres d’aucun palier.

Les arbres sont soutenus par exemple par des paliers situés du côté du dernier étage de pompage communiquant avec le refoulement, du côté d’une partie de motorisation de la pompe à vide, ce qui permet notamment de limiter les transferts de lubrifiant du carter d’huile vers les étages de pompage du fait de l’écart de pression moins important entre le carter d’huile à pression atmosphérique et le dernier étage de pompage.

Selon un exemple de réalisation, dans le cas où les moyeux des rotors sont creux et traversant, la pompe à vide peut comporter au moins une bague de serrage expansible reçue dans un logement central traversant (ou alésage) du moyeu et interposée entre une extrémité de l’arbre et le moyeu pour fixer un rotor à un arbre par assemblage biconique. Chaque rotor peut ainsi s’assembler sur un arbre respectif en une seule opération de serrage et de calage angulaire par le biais des bagues de serrage expansibles. Le montage et le démontage des rotors est alors encore plus simple et rapide. Il est en outre possible d’automatiser l’opération de montage ainsi simplifiée.

Dans le cas où les moyeux des rotors sont creux et traversant, la pompe à vide peut comporter un joint-bouchon monté dans un logement central traversant (ou alésage) du moyeu du rotor, configuré pour fermer de manière étanche le logement central traversant du moyeu. Le joint-bouchon permet d’empêcher l’entrée dans le logement central traversant de gaz corrosifs, poudres ou autres, qui pourraient corroder ou endommager l’arbre ou les bagues de serrage expansibles. Le logement central traversant peut alors être placé en surpression de gaz de purge.

Selon un autre exemple de réalisation, au moins une extrémité d’un arbre est conique et le rotor est emmanché sur l’extrémité conique de l’arbre au moyen d’un logement central conique complémentaire du moyeu du rotor.

Ces moyens de fixation et d’étanchéité du rotor à l’arbre sont simples et universels. Ils permettent l’utilisation de différentes technologies de pompage, tel que le pompage à lobes droits ou à lobes hélicoïdaux, en permettant notamment de combiner différents profils d’éléments de rotor. Ceci donne une vraie flexibilité de réalisation de la pompe à vide pour les usages et performances à partir des mêmes composants d’entrainement mécanique.

Selon un exemple de réalisation, le moyeu présente un nez à une extrémité axiale du rotor située du côté de l’élément de rotor agencé dans le dernier étage de pompage communiquant avec le refoulement, du côté d’une partie de motorisation de la pompe à vide, la pompe à vide comportant en outre au moins un joint d’étanchéité interposé entre le nez du rotor et le stator.

Le joint d’étanchéité peut comporter un joint annulaire frottant.

La pompe à vide peut comporter une bague de frottement interposée entre le nez du rotor et le joint annulaire frottant. La bague de frottement permet d’éviter de remplacer la totalité du rotor en cas d’usure localisée sur la surface en frottement avec le joint annulaire frottant.

Des orifices peuvent être ménagés dans le joint annulaire frottant pour l’injection d’un gaz de purge. Il est possible d’injecter un gaz de purge dans le joint annulaire frottant du fait que le rotor soit multiétagé et du fait que le nez du rotor soit situé du côté de l’étage de pompage de plus haute pression. L’étage de plus basse pression permet d’assurer les performances de pompage à l’aspiration. Le gaz de purge injecté dans le joint annulaire frottant permet donc d’améliorer la protection des paliers par une meilleure étanchéité, avec peu ou pas d’impact sur les performances de pompage.

Selon un autre exemple, le joint d’étanchéité comporte une bague d’étanchéité dynamique présentant un disque situé en regard d’une paroi transversale du stator, la pompe à vide comportant une arrivée de gaz de purge débouchant entre la paroi transversale et le disque. En fonctionnement, l’injection du gaz de purge entre le disque et la paroi transversale crée un écran de gaz formant une barrière pour les gaz à pomper et pour les lubrifiants.

Selon un autre exemple de réalisation pour lequel le moyeu ne présente pas de nez à l’extrémité axiale du rotor, la pompe à vide sèche comporte une bague de calage et d’étanchéité montée sur l’arbre contre une extrémité axiale du rotor, du côté de l’élément de rotor destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage communiquant avec le refoulement, du côté de la partie de motorisation de la pompe à vide.

Selon un premier exemple, la pompe à vide comporte en outre au moins un joint annulaire frottant interposé entre la bague de calage et d’étanchéité et le stator. Des orifices peuvent être ménagés dans le joint annulaire frottant pour l’injection d’un gaz de purge.

Selon un deuxième exemple, la bague de calage et d’étanchéité comporte un disque situé en regard d’une paroi transversale du stator, la pompe à vide comportant une arrivée de gaz de purge débouchant sur un nez de la bague de calage et d’étanchéité, entre la paroi transversale et le disque.

La bague de calage et d’étanchéité assure ainsi d’une part, la fonction d’étanchéité entre le rotor et le stator et d’autre part, la fonction de réglage du positionnement axial du rotor et des jeux entre le rotor et le stator. La bague de calage et d’étanchéité permet de simplifier le réglage axial car il est plus simple de retoucher ou régler la longueur de cette bague plutôt que celle du rotor. Egalement, la bague de calage et d’étanchéité facilite le dépôt de revêtement anti-frottements et/ou de protection.

Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide comporte au moins deux éléments de rotor rapportés, fixés à un arbre respectif dans un étage de pompage. Il est alors possible d’adapter un modèle de pompe en changeant simplement les éléments de rotor rapportés d’un étage de pompage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 est une vue partielle, en coupe et de dessus d’une pompe à vide sèche (représentée sans joints-bouchons), un rotor étant décalé de 90° de l’autre rotor.

La figure 2 est une vue en perspective éclatée d’éléments de la pompe à vide de la figure 1.

La figure 3 montre une partie des éléments de la figure 2 à l’état assemblé. On a représenté un seul des deux rotors sur cette figure pour faciliter la visualisation de la fixation des rotors aux arbres.

La figure 4a est une vue en perspective d’une bague de serrage expansible de la pompe à vide de la figure 1.

La figure 4b est un schéma de principe de la bague de serrage expansible de la Figure 4b.

La figure 5 est une vue en perspective d’un premier exemple de réalisation d’un joint d’étanchéité de la pompe à vide de la figure 1.

La figure 6 est une vue en perspective d’un premier exemple de réalisation d’un joint-bouchon de la pompe à vide de la figure 1.

La figure 7 est une vue de face des rotors de la pompe à vide de la figure 1.

La figure 8 est une vue de dessus des rotors de la figure 7.

La figure 9 montre une vue en perspective de deux rotors d’une pompe à vide selon un deuxième exemple de réalisation.

La figure 10 est une vue en perspective d’un rotor d’une pompe à vide selon un troisième exemple de réalisation.

La figure 11 est une vue en perspective d’un rotor d’une pompe à vide selon un quatrième exemple de réalisation.

La figure 12a montre une vue en coupe longitudinale d’éléments d’une pompe à vide selon une variante de réalisation.

La figure 12b est une vue en perspective d’une bague de frottement de la figure 12a.

La figure 13a montre une vue en coupe longitudinale d’éléments d’une pompe à vide avec un joint d’étanchéité selon un deuxième exemple de réalisation.

La figure 13b montre une vue en perspective d’une bague d’étanchéité dynamique de la pompe à vide de la figure 13a.

La figure 13c montre une vue en perspective d’une portée complémentaire de la bague d’étanchéité dynamique, ménagée dans le stator de la pompe à vide de la figure 13a.

La figure 14a montre une vue en coupe longitudinale d’éléments d’une pompe à vide selon un troisième exemple de réalisation des moyens d’étanchéité entre le rotor et le stator.

La figure 14b montre une vue en perspective d’une bague de calage et d’étanchéité de la pompe à vide de la figure 14a.

La figure 14c montre une vue en perspective du rotor de la pompe à vide de la figure 14a.

La figure 15a montre une vue en coupe longitudinale d’éléments d’une pompe à vide avec un joint-bouchon selon un deuxième exemple de réalisation.

La figure 15b montre une vue partielle en perspective d’éléments de la pompe à vide de la figure 15a.

La figure 15c montre une vue en perspective du joint-bouchon de la pompe à vide de la figure 15a.

La figure 16 montre une vue schématique et partielle d’un engagement rotor-arbre d’une pompe à vide selon un autre exemple de réalisation.

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 entend par « en amont », un élément qui est placé avant un autre par rapport au sens de circulation du gaz à pomper. A contrario, on entend par « en aval », un élément placé après un autre par rapport au sens de circulation du gaz à pomper.

On définit la direction longitudinale ou axiale de la pompe à vide, la direction dans laquelle s’étendent les arbres.

L’invention s’applique à tout type de pompe à vide sèche multiétagée, c’est-à-dire comportant au moins deux étages de pompage, telle que comprenant deux à dix étages de pompage. Cette pompe à vide peut être une pompe à vide primaire configurée pour refouler les gaz pompés à pression atmosphérique ou une pompe à vide sèche de deux ou trois étages de pompage qui en utilisation, est raccordée en amont d’une pompe à vide primaire et dont la pression de refoulement est celle obtenue par la pompe à vide primaire.

La Figure 1 représente un exemple de réalisation d’une pompe à vide 1 sèche multiétagée, comportant un stator 2 (ou corps de pompe) formant au moins deux étages de pompage 1a-1f, ici six étages de pompage 1a-1f, montés en série entre une aspiration 3 et un refoulement 4 de la pompe à vide 1 et dans lesquels un gaz à pomper peut circuler. L’étage de pompage 1a communiquant avec l’aspiration 3 de la pompe à vide 1 est l’étage de plus basse pression et l’étage de pompage 1f communiquant avec le refoulement 4 est l’étage de plus haute pression.

La pompe à vide 1 comporte en outre deux arbres 5, 6 parallèles l’un par rapport à l’autre et deux rotors 7 engagés sur un arbre 5, 6 respectif de la pompe à vide 1, configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans les étages de pompage 1a-1f. Les rotors 7 comportent respectivement un moyeu 9 configuré pour s’engager sur un des arbres 5, 6 de la pompe à vide 1 et au moins un premier et un deuxième éléments de rotor 8a, 8b agencés le long du moyeu 9, chaque élément de rotor 8a, 8b s’étendant dans un étage de pompage 1a-1f respectif. Chaque élément de rotor 8a, 8b est configuré pour coopérer avec un élément de rotor 8a, 8b respectif conjugué de l’autre rotor 7.

Chaque étage de pompage 1a-1f définit une chambre de compression 10 du stator 2 recevant deux éléments de rotor 8a, 8b conjugués de la pompe à vide 1, les chambres 10 comprenant une entrée et une sortie respectives. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée est emprisonné dans le volume engendré par les éléments de rotor 8a, 8b et la chambre de compression 10 de l’étage de pompage 1a-1f, puis est comprimé et entraîné vers la sortie et vers l’étage suivant.

Les chambres de compression 10 des étages de pompage 1a-1f successifs sont raccordés en série les unes à la suite des autres par au moins un canal inter-étage 11 respectif raccordant la sortie de la chambre de compression 10 de l'étage de pompage qui précède à l'entrée de la chambre de compression 10 de l'étage qui suit. Les canaux inter-étages 11 sont par exemple ménagés dans le corps du stator 2, par exemple à côté des chambres de compression 10. Il y a par exemple deux canaux inter-étages 11 par étage de pompage, raccordés en parallèle entre la sortie et l’entrée de la chambre de compression 10, agencés de part et d’autre de la chambre de compression 10.

Les étages de pompage 1a-1f présentent un volume engendré, c'est-à-dire un volume de gaz pompé, décroissant (ou égal) avec les étages de pompage 1a-1f, le premier étage de pompage 1a présentant le débit engendré le plus élevé et le dernier étage de pompage 1f présentant le débit engendré le plus faible.

En fonctionnement, les arbres 5, 6 sont entraînés en rotation par une partie de motorisation comprenant un moteur M d’entrainement des rotors, des engrenages de synchronisation des rotors et des paliers supportant les arbres des rotors.

Le moteur M de la pompe à vide 1 est monté sur l’un des arbres 5, 6, par exemple à une extrémité de la pompe à vide 1, tel que du côté du refoulement 4 de la pompe à vide 1.

Les arbres 5, 6 sont supportés par des paliers lubrifiés par un lubrifiant d’un carter d’huile 12 de la partie de motorisation de la pompe 1, le carter d’huile 12 étant interposé entre le moteur M et le stator 2. Le lubrifiant permet de lubrifier notamment les roulements 13 des paliers et les engrenages de synchronisation des arbres 5, 6 de la pompe à vide 1. Une pompe à vide 1 sèche tourne typiquement à plus de 40Hz, tel qu’entre 50Hz et 150Hz.

La pompe à vide 1 est dite « sèche » car en fonctionnement, les rotors 7 tournent à l’intérieur du stator 2 sans aucun contact mécanique entre eux ou avec le stator 2, ce qui permet l’absence d’huile dans les chambres de compression 10.

Le stator 2 est par exemple formé de plusieurs éléments de stator. Le stator 2 comporte par exemple deux demi-coquilles 2a, 2b (une seule est visible sur les figures) assemblées radialement selon une surface d'assemblage longitudinale, par exemple parallèle aux axes des arbres 5, 6 de la pompe à vide 1, ainsi qu’un support d’étanchéité 2c et un support de palier 2d agencés entre les demi-coquilles 2a, 2b des étages de pompage 1a-1f et le carter d’huile 12.

La pompe à vide 1 comporte en outre un dispositif d’étanchéité 14 aux lubrifiants interposé entre la partie de motorisation et la partie de pompage sec dans laquelle circulent les gaz. Le dispositif d’étanchéité 14 permet la rotation des arbres dans la partie de pompage sec tout en limitant les transferts de lubrifiants. Le dispositif d’étanchéité 14 est agencé au niveau des passages d’arbre et est porté par le support d’étanchéité 2c. Le dispositif d’étanchéité 14 comporte par exemple au moins un joint d’étanchéité, tel qu’un joint dynamique non frottant ou au moins un joint annulaire frottant, tel qu’un joint à lèvres, ou une combinaison de ces réalisations.

Comme on peut le voir sur l’exemple de la Figure 1, le moyeu 9 présente par exemple un logement central traversant 15 (ou alésage), par exemple de forme générale cylindrique, dans lequel un des arbres 5, 6 de la pompe à vide 1, est engagé, notamment une extrémité 5a, 6a d’arbre. Le rotor 7 engagé sur l’arbre 4, 5 est solidaire en rotation de l’arbre 5, 6.

Les éléments de rotor 8a, 8b et le moyeu 9 sont réalisés d’une seule pièce. Les rotors 7 d’un seul tenant et amovibles peuvent ainsi être remplacés sans avoir besoin de démonter entièrement l’arbre 5, 6 de ses paliers. Les arbres 5, 6 peuvent rester en place au moins dans deux des paliers de la pompe à vide 1 au cours des maintenances, ce qui permet de diminuer de manière significative le temps de démontage et de montage et par conséquent, la durée des interventions et leurs coûts. La pompe à vide 1 peut en outre bénéficier des avantages d’un rotor 7 monobloc pour l’assemblage, tout en permettant un démontage et montage simple et rapide lors des entretiens ultérieurs. La réalisation d’un rotor 7 en une seule pièce peut être effectuée par une seule opération d’usinage, ce qui permet de tenir facilement les tolérances. Par ailleurs, des rotors 7 monoblocs permettent de réaliser des éléments de rotor 8a, 8b très fins dans les étages de pompage 1e-1f situés du côté du refoulement 4 des pompes à vide 1 multiétagées où les pressions sont les plus élevées, ce qui permet de réduire la consommation électrique de la pompe à vide 1. Un autre avantage est que, de par leur caractère amovible, les rotors 7 peuvent facilement être adaptés à des besoins clients, par exemple en changeant le revêtement des éléments de rotor 8a, 8b pour protéger le rotor 7 dans certaines applications ou pour améliorer le glissement.

Selon un exemple de réalisation, les arbres 5, 6 sont respectivement supportés au moins par deux paliers situés de part et d’autres des étages de pompage 1a-1e. Mais pour faciliter encore le montage et démontage des rotors 7, on peut prévoir que les arbres 5, 6 soient montés en porte-à-faux. Autrement dit, les arbres 5, 6 sont soutenus par les paliers situés d’un seul côté du stator 2 des étages de pompage 1a-1f. Ce côté est par exemple celui du refoulement 4 de la pompe à vide 1, ce qui permet de limiter les transferts de lubrifiant du carter d’huile 12 vers les étages de pompage 1a-1f du fait de l’écart de pression moins important entre le carter d’huile 12 à pression atmosphérique et le dernier étage de pompage 1f.

Il n’y a par exemple aucun moyen de guidage de l’autre côté, ici du côté de l’aspiration 3. Le montage des arbres 5, 6 en porte-à-faux est notamment rendu possible du fait de la bonne tenue mécanique de rotors 7 monoblocs. La fixation des arbres 5, 6 en porte-à-faux permet d’engager et désengager facilement les rotors 7 sur les arbres 5, 6 sans démontage des arbres 5, 6 des paliers.

Pour fixer des rotors 7 creux aux arbres 5, 6, la pompe à vide 1 comporte par exemple au moins une bague de serrage expansible 17. La bague de serrage expansible 17 est reçue dans le logement central traversant 15 du moyeu 9 et est interposée radialement entre une extrémité 5a, 6a de l’arbre 5, 6 et le moyeu 9, pour fixer un rotor 7 à un arbre 5, 6 par assemblage biconique. Il y a ainsi deux bagues de serrage expansibles 17 pour fixer chaque rotor 7 à un arbre 5, 6 respectif (Figures 1 à 3). La liaison entre l’arbre 5, 6 et le moyeu 9 est ainsi obtenue par coincement des bagues de serrage expansibles 17. Les bagues de serrage expansibles 17 permettent le serrage mécanique et la transmission du couple de l’arbre 5, 6 aux rotors 7.

Typiquement et comme on peut mieux le voir sur la figure 4a, une bague de serrage expansible 17 comporte deux bagues coniques 18a, 18b fendues, par exemple par trois fentes axiales respectives régulièrement réparties. Les bagues coniques 18a, 18b sont montées coaxialement l’une dans l’autre. La bague de serrage expansible 17 comporte également au moins un écrou, tel qu’un seul écrou 20 axial, couplé avec les bagues coniques 18a, 18b.

La bague de serrage expansible 17 est montée sur l’extrémité 5a, 6a de l’arbre 5, 6, cette dernière étant par exemple amincie radialement, ce qui rend l’écrou 20 accessible par une clé introduite dans le logement central traversant 15 du rotor 7, celui-ci étant par exemple également localement élargi radialement. Au montage, le serrage de l’écrou 20 serre les deux bagues 18a, 18b l’une sur l’autre, ce qui étend la bague conique 18b extérieure tandis que la bague conique 18a intérieure exerce une pression plus forte sur l’extrémité 5a, 6a de l’arbre 5, 6, coinçant le rotor 7 sur l’arbre 5, 6 comme illustré sur la figure 4b de principe. Chaque rotor 7 peut s’assembler sur un arbre 5, 6 respectif en une seule opération de serrage et de calage angulaire par le biais des bagues de serrage expansibles 17. Le montage et le démontage des rotors 7 est alors encore plus simple et rapide. Il est en outre possible d’automatiser l’opération de montage ainsi simplifiée.

Les arbres 5, 6 s’étendent par exemple dans les logements centraux traversant 15 des rotors 7 en laissant un espace vide entre les extrémités 5a, 6a des arbres 5, 6 et l’extrémité des rotors 7.

Le moyeu 9 peut en outre présenter un nez 28 à une extrémité axiale du rotor 7 située du côté de l’élément de rotor 8b destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage 1f communiquant avec le refoulement 4, du côté de la partie de motorisation de la pompe à vide 1 (figure 1). Ce nez 28 permet notamment d’interposer au moins un joint d’étanchéité 29 de la pompe à vide 1 entre le nez 28 du rotor 7 et le stator 2 afin d’étanchéifier le passage entre ces derniers.

Le nez 28 du rotor 7 couplé au joint d’étanchéité 29 permet de garantir l’étanchéité entre le dernier étage de pompage 1f et la partie de motorisation de la pompe à vide 1, nécessaire notamment pour garantir l’intégrité des paliers lubrifiés de la partie de motorisation en empêchant leur contamination par des particules ou gaz polluants provenant de la partie de pompage sec. L’étanchéité ainsi procurée permet d’augmenter la durée de vie sans maintenance de la partie de motorisation de la pompe à vide 1 qui peut atteindre huit à dix ans. On peut remplacer ou nettoyer les rotors 7 au cours de maintenances plus rapprochées, par exemple tous les deux ans, sans avoir à démonter les paliers de la partie de motorisation.

Le joint d’étanchéité 29 peut être un joint annulaire frottant et/ou un joint dynamique non frottant.

Dans le premier exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 8, le joint d’étanchéité 29 comporte un joint annulaire frottant à lèvres ou à doubles lèvres (Figure 5). Les lèvres du joint annulaire frottant sont par exemple réalisées en PTFE. Elles sont par exemple montées dans une bague du joint annulaire d’étanchéité en aluminium ou acier inoxydable. La bague du joint annulaire frottant est fixée au stator 2 et les lèvres frottent le nez 28 tournant.

Des orifices 30 peuvent être ménagés dans le joint annulaire frottant pour l’injection d’un gaz de purge, notamment entre les lèvres. Les orifices 30 sont par exemple régulièrement répartis sur le joint, et créent en fonctionnement une barrière de gaz annulaire entre la partie pompage sec et la partie de motorisation de la pompe 1.

Il est possible d’injecter un gaz de purge dans le joint annulaire frottant du fait que le rotor 7 soit multiétagé et du fait que le nez 28 du rotor 7 soit situé du côté de l’étage de pompage 1f de plus haute pression. L’étage de plus basse pression permet d’assurer les performances de pompage à l’aspiration 3. Le gaz de purge injecté dans le joint annulaire frottant permet donc d’améliorer la protection des paliers par une meilleure étanchéité, avec peu ou pas d’impact sur les performances de pompage.

Egalement, on peut prévoir que la pompe à vide 1 comporte des moyens d’injection d’un gaz de purge dans le logement central traversant 15 des rotors 7. Le gaz de purge peut par exemple passer par un canal ménagé dans l’arbre 5, 6 (non représenté).

Des orifices traversant peuvent être ménagés dans le moyeu 9 pour l’injection d’un gaz de purge dans l’interstice situé entre le moyeu 9 et le stator 2 entre les étages de pompage 1a-1f. En fonctionnement, le gaz de purge injecté par les orifices tournant forme un écran de gaz faisant barrière aux gaz pompés ainsi qu’à d’éventuels poudres ou particules.

Egalement, des orifices traversant peuvent déboucher au niveau des éléments de rotor 8a, 8b, dans les chambres de compression 10 de la pompe à vide 1, pour diluer les gaz pompés.

La pompe à vide 1 peut comporter en outre au moins un joint-bouchon 21 monté dans le logement central traversant 15 du moyeu 9 du rotor 7, configuré pour fermer de manière étanche le logement central traversant 15 du moyeu 9 (figures 2 et 3). Le joint-bouchon 21 permet d’empêcher l’entrée dans le logement central traversant 15 de gaz corrosifs, poudres ou autres, qui pourraient corroder ou endommager l’arbre 5, 6 ou les bagues de serrage expansibles 17. Le logement central traversant 15 peut alors de plus, être placé en surpression de gaz de purge.

Comme on peut mieux le voir sur la figure 6, le joint-bouchon 21 comporte par exemple un corps principal 22 dont la forme générale est adaptée à la forme générale du logement central traversant 15, par exemple cylindrique. Le corps principal 22 est par exemple réalisé en acier.

Le joint-bouchon 21 comporte également un joint d’étanchéité torique 23 interposé entre le corps principal 22 et le logement central traversant 15, par exemple disposé dans une rainure périphérique 25 du corps principal 22. Le joint d’étanchéité torique 23 est par exemple réalisé en fluoroélastomère, tel que FKM (ou FPM) ou en FFKM (ou FFPM).

Selon un premier exemple de réalisation, le joint-bouchon 21 est fixé à un arbre 5, 6 de la pompe à vide 1. Pour cela, par exemple, le corps principal 22 du joint-bouchon 21 présente une tige axiale 24, configurée pour s’insérer dans un orifice axial complémentaire de l’extrémité 5a, 6a de l’arbre 5, 6, afin de faciliter le positionnement du joint-bouchon 21 sur l’arbre 5, 6. La tige axiale 24 est par exemple filetée et serrée dans un orifice axial taraudé de l’arbre 5, 6, par exemple au moyen d’un outil coopérant avec deux trous borgnes 26 ménagés dans une face extérieure du corps principal 22.

Ces moyens de fixation et d’étanchéité du rotor 7 à l’arbre 5, 6 sont simples et universels. Ils permettent l’utilisation de différentes technologies de pompage, tel que le pompage à lobes droits ou à lobes hélicoïdaux, en permettant en outre de combiner différents profils d’éléments de rotor. Ceci donne une vraie flexibilité de réalisation de la pompe à vide 1 pour les usages et performances à partir des mêmes composants d’entrainement mécanique.

Comme on peut mieux le voir sur la figure 7, les éléments de rotor 8a, 8b conjugués présentent par exemple des lobes 16 de profils identiques.

Au moins un élément de rotor 8a, 8b comporte par exemple au moins deux lobes 16, tel que deux, trois, quatre, cinq lobes 16 ou plus. Les lobes 16 sont angulairement régulièrement répartis.

En outre, les lobes 16 de certains éléments de rotor 8a peuvent être creux. On prévoit par exemple que les lobes 16 du premier ou des deux premiers étages de pompage 1a, 1b plus volumineux et présentant moins de risques de fuites, sont creux. Cependant, tous les éléments de rotor 8a du rotor 7 peuvent être creux. Les éléments de rotor 8a, 8b peuvent présenter des cavités de différentes dimensions. Par exemple, les lobes 16 des éléments de rotor 8a des étages de pompage dits basse pression 1a-1c sont percés par des trous de diamètre plus grand que ceux des lobes 16 des éléments de rotor 8b des étages de pompage 1d-1f dits de haute pression. Les lobes 16 creux permettent de réduire le poids de la pompe à vide 1. Egalement, les éléments de rotor 8a creux permettent de réduire l’inertie thermique et entrainent moins de masse en mouvement, ce qui permet de réduire les risques de détérioration en cas de touche ou grippage des rotors 7.

Les éléments de rotor 8a, 8b du rotor 7 multiétagé peuvent présenter des profils de même type ou de type distinct. On considère « des profils de même type », des éléments de rotor 8a, 8b ayant une même forme générale, étant entendu que l’épaisseur et /ou la dimension radiale des éléments de rotor 8a, 8b de même type peuvent changer d’un étage de pompage 1a-1f à l’autre, notamment pour que les étages de pompage 1a-1f présentent un volume engendré décroissant (ou égal) avec les étages de pompage 1a-1f.

Ainsi, sur l’exemple des figures 1 à 8, les profils des six éléments de rotor 8a, 8b du rotor 7 sont tous de même type. Les éléments de rotor 8a, 8b et les éléments de rotor 8a, 8b conjugués des rotors 7 sont trilobés, c’est-à-dire qu’ils comportent respectivement trois lobes 16. Cette pompe à vide 1 comportant deux rotors 7 présentant respectivement six éléments de rotor trilobés droits est une pompe à vide primaire configurée pour refouler les gaz pompés à pression atmosphérique.

D’autres formes de réalisation sont possibles.

Ainsi sur l’exemple de la figure 9, les éléments de rotor 8a, 8b et les éléments de rotor 8a, 8b conjugués comportent respectivement deux lobes 16 diamétralement opposés. Cette configuration bilobée pour laquelle la section transversale de l’élément de rotor 8a, 8b présente sensiblement une forme en huit, est aussi appelée « Roots ». Par ailleurs, les profils des six éléments de rotor 8a, 8b sont tous de même type.

Les figures 10 et 11 montrent deux autres exemples de réalisation.

Sur ces exemples, au moins un élément de rotor 8a comporte au moins deux lobes 16 présentant une torsion hélicoïdale autour d’un axe longitudinal qui est aussi l’axe de rotation du rotor 7. La torsion hélicoïdale est par exemple inférieure à un quart de tour. Elle est par exemple comprise entre 60° et 90°.

Les profils de lobes à torsion hélicoïdale permettent d’augmenter le débit de pompage effectif, en améliorant le rendement volumétrique.

En outre, dans ces exemples, les profils des éléments de rotors 8a, 8b du rotor 7 sont distincts.

On prévoit par exemple que le premier élément de rotor 8a destiné à être agencé dans le premier étage de pompage 1a communiquant avec une aspiration 3 de la pompe à vide 1 comporte au moins deux lobes 16 présentant une torsion hélicoïdale et le au moins un deuxième élément de rotor 8b comporte au moins deux lobes 16 droits.

La pompe à vide 1 est par exemple une pompe à vide sèche de deux ou trois étages de pompage qui en utilisation, est raccordée en amont d’une pompe à vide primaire et dont la pression de refoulement est celle obtenue par la pompe à vide primaire. Le rotor 7 comporte par exemple un premier élément de rotor 8a comportant deux lobes 16 présentant une torsion hélicoïdale et un ou deux deuxièmes éléments de rotor 8b comportant trois lobes 16 droits (figure 10). Selon un autre exemple, le rotor 7 comporte un premier élément de rotor 8a comportant trois lobes 16 présentant une torsion hélicoïdale et un ou deux deuxièmes éléments de rotor 8b comportant trois lobes 16 droits (figure 11). Le rotor 7 présente un nez 28 à une extrémité axiale du rotor 7 située du côté de l’élément de rotor 8b destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage 1f communiquant avec le refoulement 4, du côté de la partie de motorisation de la pompe à vide.

Selon un autre exemple, la pompe à vide 1 est une pompe à vide primaire configurée pour refouler les gaz pompés à pression atmosphérique. Le rotor 7 comporte un premier élément de rotor 8a comportant deux ou trois lobes 16 présentant une torsion hélicoïdale et entre quatre et huit deuxièmes éléments de rotor 8b comportant trois lobes 16 droits. Le rotor 7 présente un nez 28 à une extrémité axiale du rotor 7 située du côté de l’élément de rotor 8b destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage communiquant avec le refoulement, du côté de la partie de motorisation de la pompe à vide.

Nous allons maintenant décrire trois variantes de réalisation des moyens d’étanchéité entre le rotor 7 et la partie de motorisation de la pompe à vide 1.

Les figures 12a et 12b montrent une première variante de réalisation.

Dans cet exemple, la pompe à vide 1 comporte une bague de frottement 35 interposée entre le nez 28 du rotor 7 et le joint annulaire frottant.

La bague de frottement 35 est par exemple réalisée en acier dur ou acier martensitique. La bague de frottement 35 peut présenter un revêtement, par exemple pour réduire l’usure par frottement ou pour améliorer la protection contre les gaz pompés. Dans ce cas, il est plus facile d’appliquer un revêtement sur la bague de frottement 35 de petite dimension que sur le nez 28 du rotor 7.

La bague de frottement 35 est par exemple montée sur le nez 28 avec un joint torique d’étanchéité 36, interposé radialement entre la bague de frottement 35 et le nez 28. Le joint torique d’étanchéité 36 est par exemple monté dans une gorge annulaire 37 de la bague de frottement 35.

La bague de frottement 35 permet d’éviter de remplacer la totalité du rotor 7 en cas d’usure localisée de la surface en frottement avec le joint annulaire frottant. En effet, il peut arriver que seule la surface en contact avec le joint annulaire frottant s’use au cours du temps. Cette surface usée alors localisée sur la bague de frottement 35 amovible peut être remplacée sans changer de rotor 7.

Selon un autre exemple de réalisation, la bague de frottement comporte un dépôt de type céramique, déposé par exemple par torche plasma. Ce dépôt peut être simplement rechargé en cours de maintenance.

Les figures 13a, 13b et 13c montrent une deuxième variante de réalisation des moyens d’étanchéité entre le nez 28 du rotor 7 et la partie de motorisation de la pompe à vide 1.

Dans cette variante, le joint d’étanchéité 38 couplé au nez 28 du rotor 7 est un joint dynamique non frottant.

Selon un exemple de réalisation, le joint d’étanchéité 38 comporte une bague d’étanchéité dynamique (figure 13b). La bague d’étanchéité dynamique est par exemple montée sur le nez 28 du rotor 7 avec un joint torique d’étanchéité 41 interposé radialement entre la bague d’étanchéité dynamique et le nez 28 (figure 13a). Le joint torique d’étanchéité 41 est par exemple monté dans une gorge annulaire de la bague d’étanchéité dynamique.

La bague d’étanchéité dynamique présente un disque 42, qui dans la pompe à vide 1, est situé en regard d’une paroi transversale 43 du stator. La paroi transversale 43 peut être formée dans une portée complémentaire ménagée dans le stator (figure 13c).

La face du disque 42 en regard du stator 2 peut présenter des rainures hélicoïdales 44 permettant de mieux répartir le gaz de purge autour du disque 42 (figure 13b).

La bague d’étanchéité dynamique est par exemple réalisée, ou comporte un revêtement, en céramique alumine tel que Al₂O₃ou en céramique à base de nitrure, telle que Si₃N₄ou en acier dur ou acier martensitique.

La pompe à vide 1 comporte en outre une arrivée de gaz de purge 45 ménagée dans le stator 2, débouchant dans une direction perpendiculaire à l’axe de rotation des rotors 7, entre la paroi transversale 43 et le disque 42.

En fonctionnement, l’injection du gaz de purge entre le disque 42 et la paroi transversale 43 du stator 2, crée un écran de gaz entre le disque 42 en rotation et la paroi transversale 43 fixe du stator 2.

L’écran de gaz forme une barrière pour les gaz à pomper et pour les lubrifiants. Le joint d’étanchéité 38 créé ainsi une étanchéité « dynamique non frottant » entre le stator 2 et le rotor 7.

Les figures 14a, 14b et 14c montrent une troisième variante de réalisation des moyens d’étanchéité entre le rotor 7 et la partie de motorisation de la pompe à vide 1.

Dans cet exemple, le moyeu 9 ne présente pas de nez 28 à l’extrémité axiale du rotor 7 (figure 14c). En revanche, la pompe à vide comporte une bague de calage et d’étanchéité 46 montée sur l’arbre 5 contre une extrémité axiale du rotor 7, du côté de l’élément de rotor 8b du rotor 7 destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage 1f communiquant avec le refoulement 4, du côté de la partie de motorisation de la pompe à vide 1. La bague de calage et d’étanchéité 46 forme ainsi un « nez rapporté » au rotor 7.

La bague de calage et d’étanchéité 46 est par exemple montée sur l’arbre 5 avec un joint torique d’étanchéité 47 interposé axialement entre la bague de calage et d’étanchéité 46 et le rotor 7. Le joint torique d’étanchéité 47 est par exemple monté dans une gorge annulaire 48 de la bague de calage et d’étanchéité 46 (figure 14b).

Selon un premier exemple, la pompe à vide 1 comporte en outre au moins un joint d’étanchéité 29 annulaire frottant tel qu’à lèvres, interposé radialement entre la bague de calage et d’étanchéité 46 et le stator 2 (figure 14a). La bague du joint annulaire frottant est fixée au stator 2 et les lèvres frottent la bague de calage et d’étanchéité 46 tournante. Des orifices peuvent être ménagés dans le joint annulaire frottant pour l’injection d’un gaz de purge.

Selon un deuxième exemple non illustré, la bague de calage et d’étanchéité 46 comporte un disque, qui dans la pompe à vide 1, est situé en regard d’une paroi transversale 43 du stator 2, la pompe à vide 1 comportant une arrivée de gaz de purge 45 débouchant sur un nez de la bague de calage et d’étanchéité 46, entre la paroi transversale 43 et le disque, pour créer un écran de gaz entre le disque en rotation et la paroi transversale 43 fixe du stator 2. Comme décrit précédemment pour une bague d’étanchéité dynamique, la face du disque de la bague de calage et d’étanchéité 46 en regard du stator 2 peut présenter des rainures hélicoïdales.

En plus d’assurer la fonction d’étanchéité entre le rotor 7 et le stator 2, la bague de calage et d’étanchéité 46 assure également une fonction de cale de réglage pour le positionnement axial du rotor 7 et pour le réglage des jeux entre le rotor 7 et le stator 2. La bague de calage et d’étanchéité 46 permet de simplifier le réglage axial car il est plus simple de retoucher ou régler la longueur de cette bague 46 plutôt que celle du rotor 7 complet. Egalement, la bague de calage et d’étanchéité 46 facilite le dépôt éventuel de revêtement anti-frottements et/ou de protection, du fait de ses petites dimensions relativement aux dimensions du rotor 7.

Les figures 15a, 15b, 15c montrent une variante de réalisation des joints-bouchons.

Dans cet exemple, le joint-bouchon 21 est fixé au rotor 7, par exemple au moyen d’au moins deux vis 39, par exemple quatre.

Pour cela, par exemple le corps principal 22 du joint-bouchon 21 présente un cadre 27 muni de trous de fixation 40. Une portée complémentaire est ménagée dans l’extrémité du rotor 7. Le joint-bouchon 21 est fixé au rotor 7 par le serrage des vis 39 dans des trous taraudés ménagés dans la portée complémentaire du rotor 7, à travers les trous de fixation 40 du joint-bouchon 21.

Ce mode de réalisation permet de fixer le joint-bouchon 21 dans le logement central traversant 15 de manière robuste.

La figure 16 montre un autre mode de réalisation du montage des arbres en porte-à-faux.

Il est possible de fixer le rotor 7 sur l’arbre 5, 6 en porte-à-faux par d’autres moyens, par exemple, par un montage de type « cône-morse » tel qu’utilisé sur les machines-outils et comme illustré sur cette figure 16.

Dans ce cas, au moins une extrémité 5a, 6a d’un arbre 5, 6 est conique. Le moyeu 9 du rotor 7 présente en outre un logement central 32 conique complémentaire permettant d’emmancher le rotor 7 sur l’extrémité 5a, 6a conique de l’arbre 5, 6.

Le rotor 7 est monté en force sur l’extrémité 5a, 6a de l’arbre 5, 6, ce qui déforme sensiblement le logement central 32 conique du rotor 7 et retient le rotor 7 à l’arbre 5, 6.

Comme dans les exemples précédents, la pompe à vide 1 peut comporter au moins un joint-bouchon 21 monté dans le moyeu 9, configuré pour fermer de manière étanche le logement central 32 du moyeu 9 s’il est traversant, afin d’empêcher l’entrée de gaz corrosifs, poudres ou autres.

Lorsque l’on souhaite retirer le rotor 7 pour maintenance, selon un exemple d’opération, on retire le joint-bouchon 21 et on insère un raccord dans l’extrémité 5a, 6a de l’arbre 5, 6 à la place du joint-bouchon 21 pour injecter de l’huile sous haute pression dans l’arbre 5, 6 via un canal interne 33 de l’arbre 5, 6. L’huile sortant du canal interne 33 forme un film d’huile intercalé entre l’arbre 5, 6 et le rotor 7 notamment grâce à une gorge hélicoïdale 34 ménagée dans l’arbre 5, 6, ce qui permet le « décollage », puis le démontage du rotor 7.

Claims

Rotor (7) de pompe à vide (1) sèche multiétagée, la pompe à vide (1) comportant deux arbres (5, 6) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins deux étages de pompage (1a-1f) pour entrainer un gaz à pomper entre une aspiration (3) et un refoulement (4), le rotor (7) comportant :
- un moyeu (9) configuré pour s’engager sur un des arbres (5, 6) de la pompe à vide (1), et
- au moins un premier et un deuxième éléments de rotor (8a, 8b) agencés le long du moyeu (9), chaque élément de rotor (8a, 8b) s’étendant dans un étage de pompage (1a-1f) respectif et étant configuré pour coopérer avec un élément de rotor (8a, 8b) respectif conjugué d’un autre rotor (7) de la pompe à vide (1), les éléments de rotor (8a, 8b) et le moyeu (9) étant réalisés d’une seule pièce.
Rotor (7) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyeu (9) présente un nez (28) à une extrémité axiale du rotor (7) située du côté de l’élément de rotor (8b) destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage (1f) communiquant avec le refoulement (4), du côté d’une partie de motorisation de la pompe à vide (1), un joint d’étanchéité (29 ; 38) étant destiné à être interposé entre le nez (28) du rotor (7) et un stator (2) de la pompe à vide (1).
Rotor (7) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un élément de rotor (8a, 8b) comporte au moins deux lobes (16).
Rotor (7) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lobes (16) présentent une torsion hélicoïdale autour d’un axe longitudinal.
Rotors (7) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les profils des éléments de rotor (8a, 8b) sont distincts, le premier élément de rotor (8a) destiné à être agencé dans le premier étage de pompage (1a) communiquant avec l’aspiration (3) de la pompe à vide (1) comportant au moins deux lobes (16) présentant une torsion hélicoïdale, le au moins un deuxième élément de rotor (8b) comportant au moins deux lobes (16) droits.
Rotor (7) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyeu (9) présente un logement central traversant (15) configuré pour recevoir une extrémité (5a, 6a) de l’arbre (5, 6) sur lequel il est engagé.
Rotor (7) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyeu (9) présente un logement central (32) conique configuré pour recevoir une extrémité (5a, 6a) d’un arbre (5, 6) conique complémentaire permettant d’emmancher le rotor (7) sur l’arbre (5, 6).
Pompe à vide (1) sèche multiétagée comportant :
- deux arbres (5, 6) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans au moins deux étages de pompage (1a-1f) de la pompe à vide (1) pour entrainer un gaz à pomper entre une aspiration (3) et un refoulement (4), et
- deux rotors (7) selon l’une des revendications précédentes, engagés sur un arbre (5, 6) respectif de la pompe à vide (1).
Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 8, caractérisée en ce que le moyeu (9) présente un nez (28) à une extrémité axiale du rotor (7), située du côté de l’élément de rotor (8b) agencé dans le dernier étage de pompage (1f) communiquant avec le refoulement (4), du côté d’une partie de motorisation de la pompe à vide (1), la pompe à vide (1) comportant en outre au moins un joint d’étanchéité (29 ; 38) interposé entre le nez (28) du rotor (7) et le stator (2).
Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 9, caractérisée en ce que le joint d’étanchéité (38) comporte une bague d’étanchéité dynamique présentant un disque (42), situé en regard d’une paroi transversale (43) du stator (2), la pompe à vide (1) comportant une arrivée de gaz de purge (45) débouchant entre la paroi transversale (43) et le disque (42).
Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 9, caractérisée en ce que le joint d’étanchéité (29) comporte un joint annulaire frottant, la pompe à vide (1) comportant une bague de frottement (35) interposée entre le nez (28) du rotor (7) et le joint annulaire frottant.
Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’elle comporte une bague de calage et d’étanchéité (46) montée sur l’arbre (5, 6) contre une extrémité axiale du rotor (7), du côté de l’élément de rotor (8b) destiné à être agencé dans le dernier étage de pompage (1f) communiquant avec le refoulement (4), du côté de la partie de motorisation de la pompe à vide (1).
Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 12, caractérisée en ce que la bague de calage et d’étanchéité (46) comporte un disque situé en regard d’une paroi transversale (43) du stator (2), la pompe à vide (1) comportant une arrivée de gaz de purge (45) débouchant sur un nez de la bague de calage et d’étanchéité (46), entre la paroi transversale (43) et le disque.
Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 12, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre au moins un joint d’étanchéité (29) annulaire frottant interposé entre la bague de calage et d’étanchéité (46) et le stator (2).
Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications 11 ou 14, caractérisée en ce que des orifices (30) sont ménagés dans le joint annulaire frottant pour l’injection d’un gaz de purge.
Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications 8 à 15, caractérisée en ce que les arbres (5, 6) sont montés en porte-à-faux.
Pompe à vide (1) selon la revendication 16, caractérisée en ce que les arbres (5, 6) sont soutenus par des paliers situés du côté du dernier étage de pompage (1f) communiquant avec le refoulement (4), du côté d’une partie de motorisation de la pompe à vide (1).
Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 16 ou 17, dans laquelle les moyeux (9) des rotors (7) sont creux et traversant, caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte un joint-bouchon (21) monté dans un logement central traversant (15) du moyeu (9) du rotor (7), configuré pour fermer de manière étanche le logement central traversant (15).
Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 16 à 18, dans laquelle les moyeux (9) des rotors (7) sont creux et traversant, caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte au moins une bague de serrage expansible (17) reçue dans un logement central traversant (15) du moyeu (9), interposée entre une extrémité (5a, 6a) de l’arbre (5, 6) et le moyeu (9) pour fixer un rotor (7) à un arbre (5, 6) par assemblage biconique.
Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications 16 ou 17, caractérisée en ce qu’au moins une extrémité (5a, 6a) d’un arbre (5, 6) est conique et le rotor (7) est emmanché sur l’extrémité (5a, 6a) conique de l’arbre (5, 6) grâce à un logement central (32) conique complémentaire du moyeu (9) du rotor (7).
Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications 8 à 15, caractérisée en ce que les arbres (5, 6) sont respectivement supportés au moins par deux paliers situés de part et d’autres des étages de pompage (1a-1e).