FR3112173A3 - Pompe à vide sèche et procédé de fabrication d’un rotor - Google Patents

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Abstract

Pompe à vide (1) sèche comportant un stator (2) comprenant au moins une chambre de pompage (4), un premier et un deuxième rotors (5, 6) configurés pour être entrainés en rotation par au moins un moteur de la pompe à vide (1), les rotors (5, 6) comportant chacun un arbre d’entrainement (7), et au moins un élément de rotor (8a, 8b) fixé à un arbre d’entrainement (7) respectif, et configuré pour être entrainé en rotation dans la au moins une chambre de pompage (4) pour le pompage des gaz, caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) de chaque rotor (5, 6) est relié à l’arbre d’entrainement (7) du rotor (5, 6) respectif le traversant par une liaison frettée. Figure d’abrégé: Figure 1

Description

Pompe à vide sèche et procédé de fabrication d’un rotor
La présente invention concerne une pompe à vide sèche. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un rotor d’une telle pompe à vide.
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, deux 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.
Les rotors des pompes à vide sèches comportent généralement un arbre sur lequel sont fixés des éléments de rotor présentant des profils complémentaires et dont la rotation dans les chambres de pompage permet de déplacer un gaz.
Les arbres des rotors constituent le cœur de la machine car ils contribuent à la fonction principale de pompage des gaz et ils permettent de faire la liaison entre les différents éléments de la pompe à vide. Ils sont cependant soumis à de nombreuses contraintes.
Il y a d’abord les contraintes mécaniques. Celles-ci s’exercent sur les arbres lors de la transmission du couple d’entrainement et lors de la synchronisation des rotors. Ces contraintes s’exercent également en flexion lors de la compression des gaz pompés. D’autres contraintes mécaniques s’exercent aussi sur les arbres du fait des dilatations thermiques.
Les arbres doivent également permettre de réaliser l’étanchéité aux gaz au niveau des passages d’arbre entre les chambres et entre les chambres et les paliers. Les arbres doivent également permettre de réaliser l’étanchéité à l’huile entre les chambres de pompage et le carter d’huile.
Par ailleurs, dans certaines applications de pompage, les rotors peuvent être en contact avec des gaz corrosifs. Ils doivent donc dans ce cas, être conçus pour résister aux attaques chimiques et ce, tout au long de la vie de la pompe à vide.
Les rotors, et en particulier les arbres des rotors, nécessitent donc d’être fortement ouvragés et ont donc une grande valeur ajoutée.
Les arbres sont généralement lisses ou épaulés et les éléments de rotor portant les profils complémentaires sont rapportés aux arbres via des éléments de positionnement et de transmission du couple, comme des clavettes ou goupilles. L’arbre est par exemple traversé par des goupilles, elles-mêmes fixées aux éléments de rotor par des systèmes de blocage. Dans une autre configuration connue, les éléments de pompage sont fixés à l’arbre au moyen de clavettes, interposées entre les éléments de rotor et l’arbre, par exemple dans des logements ménagés à la surface externe de l’arbre. Un système de blocage introduit dans une extrémité axiale de l’arbre permet de serrer le montage.
La complexité et la forte valeur ajoutée des arbres imposent des moyens industriels de pointe. Il en résulte des contrôles poussés et fortement discriminatoires. Le coût des pièces constitutives des rotors est en rapport avec ces exigences de fabricabilité et de qualité. Ces pièces critiques doivent donc être endommagées le moins possible sous peine de devoir être changées et alors augmenter les coûts de maintenance.
Une solution connue pour améliorer ce problème est l’utilisation d’un rotor monobloc. Le rotor monobloc assure ainsi la fonction de pompage des gaz sans nécessiter d’éléments de positionnement et de transmission de couple entre l’arbre et les éléments de rotor. Le rotor monobloc assure alors également la fonction de synchronisation entre les éléments de pompage d’un même arbre et la fonction du positionnement axial et radial des éléments de rotor. Le rotor monobloc coute moins cher à produire qu’un rotor à éléments de rotor rapportés.
Cependant, cette technologie impose des stators en forme de demi-coquilles pour permettre le montage du rotor. Les demi-coquilles sont alors fortement ouvragées et à forte valeur ajoutée et les maintenances des demi-coquilles sont donc onéreuses.
Une autre solution connue est de prévoir un arbre lisse sur lequel une pluralité d’éléments de rotor sont glissés et positionnés axialement par des entretoises pouvant être réalisées d’une seule pièce avec un élément de rotor respectif. Le couple est alors transmis depuis un premier élément de rotor d’une seule pièce avec l’arbre, aux entretoises et autres éléments de rotor. La synchronisation entre les éléments de rotor d’un même arbre ainsi que les étanchéités aux passages d’arbre et le positionnement axial sont réalisés par les entretoises.
L’inconvénient de cette réalisation est que les fonctions de synchronisation, étanchéité et positionnement sont très dépendantes du premier élément de rotor solidarisé à l’arbre. Cela implique des formes précises et donc de la valeur ajoutée pour la réalisation de l’arbre. De plus, cet arbre transmet le couple aux autres éléments de rotor, ce qui le sollicite en fatigue.
Un des buts de la présente invention est de diminuer la valeur ajoutée des rotors en simplifiant leur mode d’obtention et leur réalisation.
A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide sèche comportant :
- un stator comprenant au moins une chambre de pompage,
- un premier et un deuxième rotors configurés pour être entrainés en rotation par au moins un moteur de la pompe à vide, les rotors comportant chacun :
- un arbre d’entrainement, et
- au moins un élément de rotor fixé à un arbre d’entrainement respectif, et configuré pour être entrainé en rotation dans la au moins une chambre de pompage pour le pompage des gaz,
caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor de chaque rotor est relié à l’arbre d’entrainement du rotor respectif le traversant par une liaison frettée.
Le frettage est l’assemblage de l’arbre d’entrainement et du au moins un élément de rotor par un ajustement serré. On chauffe le au moins un élément de rotor pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre et de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre pour le rétrécir avant d’enfiler le au moins un élément de rotor sur l’arbre d’entrainement et on réchauffe l’arbre d’entrainement ou on le laisse se réchauffer. Une fois fretté, le au moins un élément de rotor est indémontable. Il est solidarisé à l’arbre d’entrainement avec une pression de contact élevée. La liaison est robuste.
L’arbre d’entrainement peut présenter une surface cylindrique lisse au moins au niveau du au moins un élément de rotor. Un arbre d’entrainement lisse ne demande pas un travail précis d’usinage. Il est donc peu onéreux à fabriquer. Dans le cas d’une pompe à vide multiétagée, l’arbre d’entrainement présente par exemple une surface cylindrique lisse également entre les éléments de rotor, c’est-à-dire dans toute la partie de pompage sec.
La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
La pompe à vide peut comporter un seul étage de pompage, les rotors comprenant chacun un seul élément de rotor configuré pour tourner dans la chambre de pompage de l’étage de pompage. La pompe à vide peut aussi être multiétagée, c’est-à-dire comporter au moins deux étages de pompage montés en série, les rotors comprenant au moins deux éléments de rotor respectifs, chaque élément de rotor étant configuré pour tourner dans une chambre de pompage d’un étage de pompage respectif.
Les éléments de rotor peuvent être de type Roots ou « Claw » ou à vis. Les éléments de rotor d’un rotor de pompe à vide multiétagée peuvent présenter des profils de même type ou de type distinct.
Les éléments de rotor peuvent être frettés individuellement à l’arbre d’entrainement.
Selon un autre exemple, chaque rotor comporte un fourreau formé d’une seule pièce avec au moins deux éléments de rotor, les au moins deux éléments de rotor étant frettés à l’arbre d’entrainement par frettage du fourreau sur l’arbre d’entrainement. Le positionnement axial des éléments de rotor le long de l’arbre d’entrainement est alors facilité.
Il est possible de combiner ces réalisations, au moins un rotor comportant d’une part au moins un élément de rotor fretté sur l’arbre d’entrainement et d’autre part, au moins deux éléments de rotor frettés sur l’arbre d’entrainement par frettage du fourreau. Par ailleurs, il est aussi possible que certains éléments de rotor soient frettés à l’arbre d’entrainement tandis que d’autres soient rapportés à l’arbre d’entrainement par des éléments de positionnement et de transmission du couple, comme des clavettes ou goupilles.
Le matériau du au moins un élément de rotor, et du fourreau le cas échéant, peut être une fonte, telle qu’une fonte GS ou GL, ou de l’aluminium ou de l’acier tel que de l’acier inoxydable, de préférence de l’acier inoxydable austénitique.
Le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, peut comporter un revêtement de nickel, notamment lorsqu’il est réalisé en fonte, en aluminium ou en acier dit faiblement allié.
Le matériau de l’arbre d’entrainement peut être de l’acier, tel que de l’acier inoxydable, de préférence de l’acier inoxydable martensitique, ou du carbure de tungstène.
Avec les éléments de rotor frettés à l’arbre d’entrainement, il est facilement envisageable de réaliser un rotor avec un matériau de l’arbre d’entrainement distinct de celui du matériau du au moins un élément de rotor, notamment en choisissant un matériau avec une meilleure tenue aux efforts pour l’arbre d’entrainement, tel que les aciers qui présentent un module d’Young plus élevé et de meilleures caractéristiques mécaniques de tenue en flexion tandis qu’un matériau plus facile à usiner peut être choisi pour les éléments de rotor. Pour faciliter le frettage, on peut prévoir également un matériau pour le au moins un élément de rotor présentant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de l’arbre d’entrainement.
Selon un premier exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, est réalisé en fonte, telle qu’une fonte GL ou GS et l’arbre d’entrainement est réalisé en acier, tel que faiblement allié, comme 42CrMo4 ou 35CrMo4. L’avantage de ce mode de réalisation est son faible coût et sa bonne réponse dynamique.
On considère qu’un matériau présente une bonne réponse dynamique lorsqu’il présente un module d’Young élevé lui permettant de subir peu de déformations face aux contraintes exercées dans le temps, telles qu’induites par la compression des gaz ou l’ouverture de vannes.
Selon un deuxième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, est réalisé en aluminium et l’arbre d’entrainement est réalisé en acier, tel que faiblement allié, comme 42CrMo4 ou 35CrMo4. L’avantage de ce mode de réalisation est le faible poids du rotor, une bonne conduction thermique du rotor permettant une bonne évacuation des calories et la bonne réponse dynamique du rotor.
Selon un troisième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, est réalisé en acier, tel que faiblement allié, revêtu de nickel et l’arbre d’entrainement est réalisé en acier inoxydable, tel que l’acier inoxydable martensitique, tel que X40Cr13. L’avantage de ce mode de réalisation est le faible cout, la réponse dynamique et la résistance des matériaux du rotor vis-à-vis des éventuelles attaques corrosives des gaz pompés.
Selon un quatrième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, est réalisé en aluminium et l’arbre d’entrainement est réalisé en acier inoxydable, tel que l’acier inoxydable martensitique, tel que X40Cr13. L’avantage de ce mode de réalisation est le faible poids du rotor, une bonne conduction thermique du rotor permettant une meilleure évacuation des calories et la résistance des matériaux du rotor vis-à-vis des éventuelles attaques corrosives des gaz pompés.
Selon un cinquième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, comporte une fonte, telle qu’une fonte GS ou GL et l’arbre d’entrainement est réalisé en carbure de tungstène. L’avantage de ce mode de réalisation est la bonne réponse dynamique.
Selon un sixième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor, et le fourreau le cas échéant, est réalisé en acier inoxydable austénitique et l’arbre d’entrainement est réalisé en acier inoxydable martensitique. L’avantage de ce mode de réalisation est la bonne réponse dynamique et la bonne tenue vis-à-vis des attaques corrosives.
L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d’un rotor d’une pompe à vide sèche telle que décrite précédemment, dans lequel on chauffe le au moins un élément de rotor pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre d’entrainement et de refroidir le au moins un élément de rotor ou de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre d’entrainement pour le rétrécir avant d’enfiler les éléments de rotor sur l’arbre d’entrainement et on réchauffe l’arbre d’entrainement ou on le laisse se réchauffer.
L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d’un rotor d’une pompe à vide sèche telle que décrite précédemment, dans lequel on chauffe l’ensemble formé par les au moins deux éléments de rotor et le fourreau pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre d’entrainement et de le refroidir ou de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre d’entrainement pour le rétrécir avant d’enfiler l’ensemble formé par les au moins deux éléments de rotor et le fourreau sur l’arbre d’entrainement et on réchauffe l’arbre d’entrainement ou on le laisse se réchauffer.
Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor ou du fourreau sur l’arbre d’entrainement est par exemple compris entre 0,01mm et 0,1mm.
La différence de température entre l’arbre d’entrainement et les éléments de rotors, ou entre l’arbre d’entrainement et le fourreau le cas échéant, est par exemple supérieure ou égale à 150°C, telle que comprise entre 150°C et 200°C.
Le frettage réalisé par refroidissement de l’arbre d’entrainement peut être réalisé de manière cryogénique, par exemple avec de l’azote liquide à -196°C. Il est également possible de fretter le au moins un élément de rotor ou le fourreau le cas échéant, à l’arbre d’entrainement en refroidissant l’arbre d’entrainement par exemple avec de la neige de CO2à -78°C, et en chauffant le au moins un élément de rotor ou le fourreau.
Le au moins un élément de rotor ou l’ensemble formé par les éléments de rotor et le fourreau, peut être revêtu, par exemple d’un revêtement de nickel ou comportant du nickel, avant d’être fretté à l’arbre d’entrainement. Cela a pour avantage de ne pas avoir à protéger les portées des roulements des paliers et autres éléments de guidage de la pompe à vide lors du revêtement.
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 est une vue schématique et partielle d’une partie de pompage sec d’une pompe à vide sèche.
La est une vue en perspective d’un rotor de la pompe à vide sèche de la .
La est une vue en coupe axiale du rotor de la .
La est une vue en perspective d’un autre exemple de rotor de pompe à vide sèche.
La est une vue en coupe axiale du rotor de la .
La est une vue de face du rotor de la .
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 axiale comme la direction longitudinale de la pompe à vide dans laquelle s’étendent les axes de rotation des rotors.
L’invention s’applique à tout type de pompe à vide sèche, c’est-à-dire comportant un ou au moins deux étages de pompage, telle que comprenant un 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 un à 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 représente un exemple de réalisation d’une pompe à vide 1 sèche comportant un stator 2 (ou corps de pompe) comprenant au moins une chambre de pompage 4. Le stator 2 est par exemple formé de plusieurs éléments de stator.
La pompe à vide 1 comporte en outre un premier et un deuxième rotors 5, 6 parallèles l’un par rapport à l’autre et configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans la au moins une chambre de pompage 4. Les rotors 5, 6 sont configurés pour être entrainés en rotation par au moins un moteur de la pompe à vide 1.
Chaque rotor 5, 6 comporte un arbre d’entrainement 7 et au moins un élément de rotor 8a, 8b fixé à un arbre d’entrainement 7 respectif. Les éléments de rotor 8a, 8b sont configurés pour être entrainés en rotation dans la au moins une chambre de pompage 4 pour le pompage des gaz. Les éléments de rotor 8a, 8b sont par exemple de type Roots ou de type « Claw » ou à vis.
La pompe à vide 1 comporte par exemple au moins deux étages de pompage T1-T6 montés en série, les rotors 5, 6 comprenant au moins deux éléments de rotor 8a, 8b respectifs, chaque élément de rotor 8a, 8b étant configuré pour tourner dans une chambre de pompage 4 d’un étage de pompage T1-T6 respectif. Dans l’exemple illustratif des figures 1 à 3, la pompe à vide 1 comporte six étages de pompage T1-T6. L’étage de pompage T1 communiquant avec l’aspiration 3 de la pompe à vide 1 est l’étage de plus basse pression et l’étage de pompage T6 communiquant avec le refoulement est l’étage de plus haute pression.
Ainsi, chaque étage de pompage T1-T6 définit une chambre de pompage 4 du stator 2 recevant deux éléments de rotor 8a, 8b conjugués de la pompe à vide 1, les chambres 4 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 pompage 4 de l’étage de pompage T1-T6, puis est comprimé et entraîné vers la sortie et vers l’étage suivant. La direction de circulation des gaz est illustrée par les flèches G sur la .
Les chambres de pompage 4 des étages de pompage T1-T6 successifs sont raccordées en série les unes à la suite des autres par au moins un canal inter-étage 9 respectif raccordant la sortie de la chambre de pompage 4 de l'étage de pompage qui précède à l'entrée de la chambre de pompage 4 de l'étage qui suit. Les canaux inter-étages 9 sont par exemple ménagés dans le corps du stator 2, par exemple à côté des chambres de pompage 4. Il y a par exemple deux canaux inter-étages 9 par étage de pompage, raccordés en parallèle entre la sortie et l’entrée de la chambre de pompage 4, agencés de part et d’autre de la chambre de pompage 4.
Les étages de pompage T1-T6 présentent un volume engendré, c'est-à-dire un volume de gaz pompé, décroissant (ou égal) avec les étages de pompage T1-T6, le premier étage de pompage T1 présentant le débit engendré le plus élevé et le dernier étage de pompage T6 présentant le débit engendré le plus faible.
Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, les éléments de rotor 8a, 8b conjugués présentent par exemple des lobes 10 de profils identiques. Au moins un élément de rotor 8a, 8b comporte par exemple au moins deux lobes 10, tel que deux, trois, quatre, cinq lobes 10 ou plus. Les lobes 10 sont angulairement régulièrement répartis.
Les éléments de rotor 8a, 8b d’un rotor 5, 6 d’une pompe à vide 1 multiétagée 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 T1-T6 à l’autre, notamment pour que les étages de pompage T1-T6 présentent un volume engendré décroissant (ou égal) avec les étages de pompage T1-T6.
Ainsi, sur l’exemple des figures 1 à 3, les profils des six éléments de rotor 8a, 8b des deux rotors 5, 6 sont tous identiques. Ils sont bilobés de type Roots, c’est à dire qu’ils comportent respectivement deux lobes diamétralement opposés (section en forme de huit ou de haricot).
Les rotors 5, 6 sont supportés par des paliers lubrifiés par un lubrifiant d’un carter d’huile d’une partie de motorisation de la pompe à vide 1, le carter d’huile étant interposé entre le moteur et le stator 2 (non représenté). Le lubrifiant permet de lubrifier notamment les roulements des paliers et les engrenages de synchronisation des rotors 5, 6 de la pompe à vide 1.
La pompe à vide 1 est dite « sèche » car en fonctionnement, les rotors 5, 6 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 pompage 4.
La pompe à vide 1 comporte en outre un dispositif d’étanchéité aux lubrifiants interposé entre la partie de motorisation et la partie de pompage sec dans laquelle circulent les gaz. Le dispositif d’étanchéité permet la rotation des arbres 7 dans la partie de pompage sec tout en limitant les transferts de lubrifiants. Le dispositif d’étanchéité est agencé au niveau des passages d’arbre et est porté par le support d’étanchéité. Le dispositif d’étanchéité 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. Le dispositif d’étanchéité et les engrenages de synchronisation sont par exemple agencés sur un arbre d’entrainement 7 respectif à une extrémité de l’arbre d’entrainement 7.
Le au moins un élément de rotor 8a, 8b de chaque rotor 5, 6 présente un orifice central 11, par exemple de forme générale cylindrique tel qu’un alésage, traversé par l’arbre d’entrainement 7. Le au moins un élément de rotor 8a, 8b est relié à l’arbre d’entrainement 7 du rotor 5, 6 respectif le traversant par une liaison frettée, pour être fixé et rendu solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 7.
Le frettage est l’assemblage de l’arbre 7 et du au moins un élément de rotor 8a, 8b par un ajustement serré. On chauffe le au moins un élément de rotor 8a, 8b pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre 7 et de refroidir le au moins un élément de rotor 8a, 8b ou de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre d’entrainement 7 pour le rétrécir avant d’enfiler les éléments de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 et on réchauffe l’arbre d’entrainement 7 ou on le laisse se réchauffer. Une fois fretté, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est indémontable. Il est solidarisé à l’arbre d’entrainement 7 avec une pression de contact élevée. La liaison est robuste.
L’arbre d’entrainement 7 présente alors par exemple une surface cylindrique lisse, ou autrement dit sans cavité ou relief de fixation, au moins au niveau du au moins un élément de rotor 8a, 8b.
Dans le cas d’une pompe à vide 1 multiétagée, l’arbre d’entrainement 7 présente par exemple une surface cylindrique lisse également entre les éléments de rotor 8a, 8b, c’est-à-dire dans toute la partie de pompage sec.
Un arbre d’entrainement 7 lisse ne demande pas un travail précis d’usinage. Il est donc peu onéreux à fabriquer.
Dans l’exemple des figures 1 à 3, les au moins deux éléments de rotor 8a, 8b sont chacun frettés individuellement à l’arbre d’entrainement 7.
Il est aussi possible que certains éléments de rotor soient frettés à l’arbre d’entrainement 7 tandis que d’autres soient rapportés à l’arbre d’entrainement 7 par des éléments de positionnement et de transmission du couple, comme des clavettes ou goupilles.
Avec les éléments de rotor 8a, 8b frettés à l’arbre d’entrainement 7, il est en outre facilement envisageable de réaliser un rotor 5, 6 avec un matériau de l’arbre d’entrainement 7 distinct de celui du matériau du au moins un élément de rotor 8a, 8b, notamment en choisissant un matériau avec une meilleure tenue aux efforts pour l’arbre d’entrainement 7, tel que les aciers qui présentent un module d’Young plus élevé et de meilleures caractéristiques mécaniques de tenue en flexion. Pour faciliter le frettage, on peut également prévoir un matériau pour les éléments de rotor 8a, 8b présentant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de l’arbre 7.
Le matériau du au moins un élément de rotor 8a, 8b, comporte par exemple une fonte, telle qu’une fonte GS (fonte à graphite sphéroïdale) ou GL (fonte à graphite lamellaire) ou de l’aluminium ou de l’acier, notamment faiblement allié, revêtu de nickel ou de l’acier inoxydable, notamment de l’acier inoxydable austénitique tel que 304 ou 316. Ces matériaux sont faciles à usiner.
Le au moins un élément de rotor 8a, 8b peut comporter un revêtement de nickel, notamment lorsqu’il est réalisé en fonte, en aluminium ou en acier dit faiblement allié, pour le protéger des attaques corrosives.
Le matériau de l’arbre d’entrainement 7 est par exemple de l’acier, notamment faiblement allié, tel que 42CrMo4 ou 35CrMo4, ou de l’acier inoxydable, notamment de l’acier inoxydable martensitique, tel que X40Cr13, ou du carbure de tungstène WC (céramique réfractaire ultradure). Le carbure présente l’avantage de présenter une bonne réponse dynamique du fait d’un module d’Young encore plus élevé que l’acier mais son coût limite son utilisation pour des pompes à vide de petite dimension.
Selon un premier exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est réalisé en fonte, telle qu’une fonte GL ou GS et l’arbre d’entrainement 7 est réalisé en acier, tel que faiblement allié, comme 42CrMo4 ou 35CrMo4. L’avantage de ce mode de réalisation est son faible coût et sa bonne réponse dynamique. Le coefficient de dilatation thermique des éléments de rotors 8a, 8b est alors de 1,2.10-5K-1et celui des arbres 7 est de 1,14.10-5K-1. Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 est par exemple compris entre 0,02mm et 0,05mm. La différence de température entre l’arbre 7 et les éléments de rotors 8a, 8b pour l’emmanchement des éléments de rotors 8a, 8b sur l’arbre 7 est de préférence supérieure à 175°C.
Selon un deuxième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est réalisé en aluminium et l’arbre d’entrainement 7 est réalisé en acier, tel que faiblement allié, comme 42CrMo4 ou 35CrMo4. L’avantage de ce mode de réalisation est le faible poids du rotor 5, 6, une bonne conduction thermique du rotor 5, 6 permettant une bonne évacuation des calories et la bonne réponse dynamique du rotor 5, 6. Le coefficient de dilatation thermique des éléments de rotors 8a, 8b est alors de 2,4.10-5K-1et celui des arbres 7 est de 1,14.10-5K-1. Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 est par exemple compris entre 0,07mm et 0,1mm. La différence de température entre l’arbre 7 et les éléments de rotors 8a, 8b pour l’emmanchement des éléments de rotors 8a, 8b sur l’arbre 7 est de préférence supérieure à 155°C.
Selon un troisième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est réalisé en acier, tel que faiblement allié, revêtu de nickel et l’arbre d’entrainement 7 est réalisé en acier inoxydable, tel qu’en acier inoxydable martensitique, tel que X40Cr13. L’avantage de ce mode de réalisation est le faible cout, la réponse dynamique et la résistance des matériaux du rotor 5, 6 vis-à-vis des éventuelles attaques corrosives des gaz pompés. Le coefficient de dilatation thermique des éléments de rotors 8a, 8b est alors de 1,14.10-5K-1et celui des arbres 7 est de 1,10.10-5K-1. Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 est par exemple compris entre 0,01mm et 0,04mm. La différence de température entre l’arbre 7 et les éléments de rotors 8a, 8b pour l’emmanchement des éléments de rotors 8a, 8b sur l’arbre 7 est de préférence supérieure à 180°C.
Selon un quatrième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est réalisé en aluminium et l’arbre d’entrainement 7 est réalisé en acier inoxydable, tel que l’acier inoxydable martensitique, tel que X40Cr13. L’avantage de ce mode de réalisation est le faible poids du rotor 5, 6, une bonne conduction thermique du rotor 5, 6 permettant une meilleure évacuation des calories et la résistance des matériaux du rotor 5, 6 vis-à-vis des éventuelles attaques corrosives des gaz pompés. Le coefficient de dilatation thermique des éléments de rotors 8a, 8b est alors de 2,4.10-5K-1et celui des arbres 7 est de 1,1.10-5K-1. Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 est par exemple compris entre 0,07mm et 0,1mm. La différence de température entre l’arbre 7 et les éléments de rotors 8a, 8b pour l’emmanchement des éléments de rotors 8a, 8b sur l’arbre 7 est alors de préférence supérieure à 155°C.
Selon un cinquième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est réalisé en fonte, telle qu’une fonte GL ou GS et l’arbre d’entrainement 7 est réalisé en carbure de tungstène. L’avantage de ce mode de réalisation est la bonne réponse dynamique. Le coefficient de dilatation thermique des éléments de rotors 8a, 8b est alors de 1,2.10-5K-1et celui des arbres 7 est de 1,1.10-5K-1. Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 est par exemple compris entre 0,01mm et 0,04mm. La différence de température entre l’arbre 7 et les éléments de rotors 8a, 8b pour l’emmanchement des éléments de rotors 8a, 8b sur l’arbre 7 est de préférence supérieure à 160°C.
Selon un sixième exemple de réalisation, le au moins un élément de rotor 8a, 8b est réalisé en acier inoxydable austénitique et l’arbre d’entrainement 7 est réalisé en acier inoxydable martensitique. L’avantage de ce mode de réalisation est la bonne réponse dynamique et la bonne tenue vis-à-vis des attaques corrosives. Le coefficient de dilatation thermique des éléments de rotors 8a, 8b est alors de 1,7.10-5K-1et celui des arbres 7 est de 1,1.10-5K-1. Le serrage au diamètre du au moins un élément de rotor 8a, 8b sur l’arbre d’entrainement 7 est par exemple compris entre 0,04mm et 0,07mm. La différence de température entre l’arbre 7 et les éléments de rotors 8a, 8b pour l’emmanchement des éléments de rotors 8a, 8b sur l’arbre 7 est alors de préférence supérieure à 160°C.
Les figures 4 à 6 montrent un deuxième exemple de réalisation.
Dans cet exemple, la pompe à vide 1 présente deux étages de pompage. Les rotors 5, 6 présentent deux éléments de rotor 8a, 8b agencés le long de l’arbre d’entrainement 7. Les éléments de rotor 8a, 8b sont trilobés, c’est-à-dire qu’ils comportent respectivement trois lobes 10 espacés de 120°.
Chaque rotor 5, 6 comporte ici un fourreau 12 formé d’une seule pièce avec les au moins deux éléments de rotor 8a, 8b. Le fourreau 12 présente un orifice central 11, par exemple de forme générale cylindrique tel qu’un alésage, traversé par l’arbre d’entrainement 7. Les au moins deux éléments de rotor 8a, 8b sont frettés à l’arbre d’entrainement 7 par frettage du fourreau 12 sur l’arbre d’entrainement 7.
Le matériau pour le fourreau 12 formé d’une seule pièce avec les au moins deux éléments de rotors 8a, 8b est le même que celui des éléments de rotors 8a, 8b, et peut donc être l’un des matériaux du au moins un élément de rotor des couples de matériaux précédemment décrits.
Ainsi, dans le cas d’une pompe à vide multiétagée équipée de rotors 5, 6 selon le deuxième exemple de réalisation, on chauffe l’ensemble formé par les au moins deux éléments de rotor 8a, 8b et le fourreau 12 pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre d’entrainement 7 et de refroidir l’ensemble ou de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre d’entrainement 7 pour le rétrécir avant d’enfiler l’ensemble formé par les au moins deux éléments de rotor 8a, 8b et le fourreau 12 sur l’arbre d’entrainement 7 et on réchauffe l’arbre d’entrainement 7 ou on le laisse se réchauffer.
Également, l’ensemble formé par les éléments de rotor 8a, 8b et le fourreau 12, peut être revêtu, par exemple d’un revêtement de nickel ou comportant du nickel, avant d’être fretté à l’arbre d’entrainement 7.
Ce deuxième mode de réalisation permet de faciliter le positionnement axial des éléments de rotor 8a, 8b le long de l’arbre d’entrainement 7.

Claims (16)

  1. Pompe à vide (1) sèche comportant :
    - un stator (2) comprenant au moins une chambre de pompage (4),
    - un premier et un deuxième rotors (5, 6) configurés pour être entrainés en rotation par au moins un moteur de la pompe à vide (1), les rotors (5, 6) comportant chacun :
    - un arbre d’entrainement (7), et
    - au moins un élément de rotor (8a, 8b) fixé à un arbre d’entrainement (7) respectif, et configuré pour être entrainé en rotation dans la au moins une chambre de pompage (4) pour le pompage des gaz,
    caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) de chaque rotor (5, 6) est relié à l’arbre d’entrainement (7) du rotor (5, 6) respectif le traversant par une liaison frettée.
  2. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’arbre d’entrainement (7) présente une surface cylindrique lisse au moins au niveau du au moins un élément de rotor (8a, 8b).
  3. Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins deux étages de pompage (T1-T6) montés en série, les rotors (5, 6) comprenant au moins deux éléments de rotor (8a, 8b) respectifs, chaque élément de rotor (8a, 8b) étant configuré pour tourner dans une chambre de pompage (4) d’un étage de pompage (T1-T6) respectif.
  4. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 3, caractérisée en ce que les éléments de rotor (8a, 8b) sont frettés individuellement à l’arbre d’entrainement (7).
  5. Pompe à vide selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque rotor (5, 6) comporte un fourreau (12) formé d’une seule pièce avec au moins deux éléments de rotor (8a, 8b), les au moins deux éléments de rotor (8a, 8b) étant frettés à l’arbre d’entrainement (7) par frettage du fourreau (12) sur l’arbre d’entrainement (7).
  6. Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau du au moins un élément de rotor (8a, 8b) comporte une fonte, telle qu’une fonte GS ou GL, ou de l’aluminium ou de l’acier tel que de l’acier inoxydable, de préférence de l’acier inoxydable austénitique.
  7. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) comporte un revêtement de nickel.
  8. Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de l’arbre d’entrainement (7) est de l’acier, tel que de l’acier inoxydable, de préférence de l’acier inoxydable martensitique ou du carbure de tungstène.
  9. Pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau de l’arbre d’entrainement (7) est distinct du matériau du au moins un élément de rotor (8a, 8b).
  10. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 9, caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) est réalisé en fonte et l’arbre d’entrainement (7) est réalisé en acier ou en carbure de tungstène.
  11. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 9, caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) est réalisé en aluminium et l’arbre d’entrainement (7) est réalisé en acier ou en acier inoxydable.
  12. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 9, caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) est réalisé en acier revêtu de nickel et l’arbre d’entrainement (7) est réalisé en acier inoxydable.
  13. Pompe à vide (1) sèche selon la revendication 9, caractérisée en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) est réalisé en acier inoxydable austénitique et l’arbre d’entrainement (7) est réalisé en acier inoxydable martensitique.
  14. Procédé de fabrication d’un rotor (5, 6) d’une pompe à vide (1) sèche selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on chauffe le au moins un élément de rotor (8a, 8b) pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre d’entrainement (7) et de refroidir le au moins un élément de rotor (8a, 8b) ou de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre d’entrainement (7) pour le rétrécir avant d’enfiler les éléments de rotor (8a, 8b) sur l’arbre d’entrainement (7) et on réchauffe l’arbre d’entrainement (7) ou on le laisse se réchauffer.
  15. Procédé de fabrication d’un rotor (5, 6) d’une pompe à vide (1) sèche selon la revendication 5 ou selon l’une des revendications 6 à 13, prise avec la revendication 5, dans lequel on chauffe l’ensemble formé par les au moins deux éléments de rotor (8a, 8b) et le fourreau (12) pour le dilater avant de l’enfiler sur l’arbre d’entrainement (7) et de le refroidir ou de le laisser refroidir et/ou on refroidit l’arbre d’entrainement (7) pour le rétrécir avant d’enfiler l’ensemble formé par les au moins deux éléments de rotor (8a, 8b) et le fourreau (12) sur l’arbre d’entrainement (7) et on réchauffe l’arbre d’entrainement (7) ou on le laisse se réchauffer.
  16. Procédé de fabrication d’un rotor (5, 6) selon l’une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le au moins un élément de rotor (8a, 8b) ou l’ensemble formé par les éléments de rotor (8a, 8b) et le fourreau (12) est revêtu, par exemple d’un revêtement de nickel ou comportant du nickel, avant d’être fretté à l’arbre d’entrainement (7).
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