FR3117176A1

FR3117176A1 - Pompe à vide

Info

Publication number: FR3117176A1
Application number: FR2012710A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel BEAUJON
Original assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Current assignee: Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-12-04
Also published as: FR3117176B1

Abstract

L’invention se rapport à une pompe à vide (1) comportant au moins deux étages de pompage (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) en série, chaque étage de pompage (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) comportant un couple de rotors (7) dont les parois périphériques présentent des formes correspondantes et qui sont agencés pour être entraînés chacun par un arbre (5a, 5b) selon un axe (A, B) de rotation de manière synchronisée et en sens inverse afin de pomper un gaz dans un sens de circulation allant depuis une entrée d’aspiration (2) vers une sortie de refoulement (4), caractérisée en ce qu’au moins le dernier étage de pompage (3f) en amont de la sortie de refoulement (4) comporte un couple asymétrique de rotors (7) dont chaque section projetée selon son axe (A, B) de rotation est différente de l’autre. Figure pour l’abrégé : figure 1

Description

Pompe à vide

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne le domaine des pompes à vides et, plus précisément, une telle pompe permettant d’obtenir un vide primaire comme du type à lobes (connu sous le nom anglais « roots ») ou du type à becs (connu sous le nom anglais « claws »).

Arrière-plan technique

Certaines pompes à vide comportent des étages de pompages en série, chacune comportant un couple de rotors tournant de manière synchronisée et en sens inverse dans un volume fermé délimité par un stator afin de pomper un fluide entre une entrée d’aspiration et une sortie de refoulement.

Dans une pompe à vide à plusieurs étages, le volume de compression entre les rotors et le stator diminue au fur et à mesure des étages successifs pour augmenter la pression en se rapprochant de la sortie de refoulement. En effet, le long des étages de pompage, la pression augmente jusqu’à une pression de refoulement souhaitée en général supérieure à la pression ambiante dans laquelle la pompe à vide est installée, typiquement une pression atmosphérique autour de 1 bar.

La puissance P consommée par une pompe à vide dépend du couple C exercé sur les rotors et de leur vitesse de rotation ω. Le couple est égal à la somme des couples δC exercés sur les rotors de chaque étage. Chaque couple est fonction de la différence de pression Δp entre l’amont et l’aval de l’étage de pompage, de la section projetée des rotors et de l’épaisseur e de l’étage de pompage. La différence de pression Δp des derniers étages de pompage étant les plus importantes, les derniers étages de pompage, c'est-à-dire les étages les plus proches de la sortie de refoulement, sont ceux qui requièrent le plus de consommation électrique.

Dans le domaine des pompes à vide, il est habituel d’augmenter le nombre d’étages de pompage pour diminuer les différences de pression Δp entre les étages ou d’ajouter une pompe à vide annexe en série du flux de pompage principal pour abaisser la pression maximale d’entrée dans les derniers étages de pompage.

Une solution pour réduire la consommation électrique consiste aussi à réduire l’épaisseur des derniers étages. Cependant, on atteint aujourd’hui les limites mécaniques quant à la finesse de réalisation des étages.

Une autre solution connue de réduction de consommation électrique est de diminuer la surface projetée des rotors notamment pour les étages de pompage à proximité de la sortie de refoulement. Une telle diminution peut être obtenue par diminution du diamètre des ensembles rotors – stator.

L'invention a notamment pour but de fournir une nouvelle architecture de pompe à vide à deux arbres permettant de diminuer sa consommation électrique.

À cet effet, l’invention se rapporte à une pompe à vide comportant au moins deux étages de pompage en série, chaque étage de pompage comportant un couple de rotors dont les parois périphériques présentent des formes correspondantes et qui sont agencés pour être entraînés chacun par un arbre selon un axe de rotation de manière synchronisée et en sens inverse afin de pomper un gaz dans un sens de circulation allant depuis une entrée d’aspiration vers une sortie de refoulement,caractérisée en ce qu’au moins le dernier étage de pompage en amont de la sortie de refoulement comporte un couple asymétrique de rotors dont chaque section projetée selon son axe de rotation est différente de l’autre.

L’invention va à l’encontre d’un préjugé technique du domaine qui utilise habituellement des couples de rotors symétriques à chaque étage de pompage. En effet, avantageusement selon l'invention, au moins un étage comporte, de manière inhabituelle, un premier rotor plus grand que son deuxième rotor associé. En effet, la puissance consommée P dépend de la somme des couples δC de chaque étage de pompage, les couples étant dépendants de la surface périphérique S des rotors. La surface périphérique S de chaque rotor dépendant du carré de la différence (R2-R1) entre le rayon (R2 ou rayon maximal) de la chambre de compression délimitée par le stator et le rayon de l’arbre (R1 ou rayon minimal) entraînant les rotors, l’invention propose donc de réduire la surface périphérique S d’un rotor par rapport à l’autre d’un même couple de rotors de manière à réduire la différence (R2-R1) de manière asymétrique, typiquement principalement sur l’un des deux rotors.

Ainsi, pour une même puissance consommée par rapport à une pompe à vide de l’art antérieur pour laquelle on diminue le rayon maximal R2 de la chambre de compression délimitée par le stator de manière symétrique dans l’étage de pompage, le volume global, c'est-à-dire le premier volume pompé par le premier rotor additionné au deuxième volume, plus petit que le premier volume, pompé par le deuxième rotor, qui est engendré grâce à l’invention est plus important dans l’étage de pompage asymétrique. Ce volume global supérieur obtenu par rapport à l’état de la technique pour une même réduction de consommation électrique rend la mise en œuvre de la pompe à vide selon l'invention moins critique notamment quant à la finesse d’épaisseur à respecter dans l’étage de pompage.

À titre d'exemple nullement limitatif, le premier rotor pourrait ainsi, avantageusement selon l'invention, conserver le même diamètre maximal R2 que les autres étages de pompage et seul le diamètre maximal R2’ du deuxième rotor pourrait être diminué au dernier étage de pompage en amont de la sortie de refoulement.

L’invention peut également comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison.

Chaque couple asymétrique de rotors comporte ainsi un premier rotor avec une première paroi périphérique dont la section projetée selon son axe de rotation alterne entre un rayon maximal et un rayon minimal par rapport à son axe de rotation afin de correspondre avec respectivement un rayon minimal et un rayon maximal de la section projetée selon l’axe de rotation du deuxième rotor d’une deuxième paroi périphérique du deuxième rotor, le rayon maximal du premier rotor étant supérieur au rayon maximal du deuxième rotor. Ainsi, la puissance nécessaire au pompage est diminuée ce qui nécessite moins de consommation électrique tout en préservant un volume de pompage garantissant la différence de pression nécessaire pour atteindre la pression de refoulement souhaitée à la sortie de refoulement sans avoir à diminuer « symétriquement » le volume global de pompage de l’étage de pompage comme effectué habituellement dans le domaine.

L’entraxe, c'est-à-dire la distance entre les deux axes de rotation des arbres, représentant la somme du rayon maximal R2 d’un premier rotor et du rayon minimal R1 du deuxième rotor du couple asymétrique de rotors, est préférentiellement identique à celui des autres couples de rotors afin que le couple asymétrique de rotors soit entrainé par les mêmes arbres que les autres couples de rotors. On comprend donc que, pour un même entraxe entre les étages de pompage, si on réduit le rayon maximum R2’ d’un des rotors dans l’étage de pompage présentant des rayons asymétriques alors il faut augmenter le rayon minimal R1 de l’autre rotor pour pouvoir conserver l’entraxe constant. L’abaissement du rayon maximum R2’ d’un des rotors et l’augmentation du rayon R1 de l’autre rotor, et la différence R2’-R1 à l’ordre deux permet de réduire de manière significative la puissance consommée.

Le rayon maximal R2 du premier rotor du couple asymétrique de rotors est égal à celui d’au moins un autre rotor, voire tous les autres rotors, monté sur le même arbre d’entraînement. À titre d'exemple nullement limitatif, il est ainsi possible d’utiliser un alésage de demi-coquille de stator identique à celui d’un autre étage de pompage, voire tous les autres étages de pompage du même arbre. En effet, cela permet de garder les mêmes dimensionnements de décolletage d’un même arbre d’entraînement sur tous les étages de pompage en changeant uniquement par exemple l’épaisseur de la demi-coquille. On comprend donc que seul l’alésage de l’autre demi-coquille du couple asymétrique de rotors sera à modifier. De manière similaire, l’invention est également avantageusement applicable aux stators en tranche, c'est-à-dire formés par des empilements de stators.

L’épaisseur du couple asymétrique de rotors du dernier étage est préférentiellement plus faible que celle du couple de rotors du premier étage de pompage en aval de l’entrée d’aspiration, voire l’épaisseur des étages diminue au fur et mesure entre l’entrée d’aspiration et une sortie de refoulement, c'est-à-dire par exemple entre un nombre défini d’étages de pompage adjacents (l’épaisseur ne change qu’après le nombre défini d’étages adjacents, comme par exemple tous les deux ou trois étages de pompage), entre chaque étage de pompage (l’épaisseur change entre chaque étage) ou selon une autre configuration comme un mélange des deux premières configurations. À titre d'exemple nullement limitatif, il est ainsi possible que l’épaisseur des deux ou trois derniers étages de pompage présente une épaisseur constante qui est inférieure à l’épaisseur des deux ou trois premiers étages de pompage.

Selon un mode de réalisation particulier, la pompe à vide peut comporter au moins trois étages de pompage dont au moins deux étages de pompage comportent un couple asymétrique de rotors afin de réduire la consommation électrique de la pompe à vide.

Tous les rotors compatibles avec un entraînement à deux arbres sont envisageables pour la mise en œuvre de l’invention. Les rotors peuvent ainsi être par exemple du type à lobes (« roots ») ou à becs (« claws »). Dans l’application particulière de l’invention à une pompe à vide à lobes, chaque rotor peut ainsi comporter entre deux et huit lobes.

Enfin, les arbres peuvent être entraînés en rotation à l’aide d’au moins un moteur électrique. Typiquement, avantageusement selon l'invention, il peut être envisagé d’entraîner chaque arbre avec un moteur différent notamment dont un des moteurs entraînant le rotor de rayon maximal R2 réduit peut être de puissance très inférieure à l’autre c'est-à-dire en fournissant un couple plus faible que l’autre, une unité de gestion électronique pouvant contrôler l’alimentation de chaque moteur afin de garantir la synchronisation et le sens inverse de la rotation des arbres. Selon une autre variante, un unique moteur peut être utilisé et un dispositif de couplage mécanique peut contrôler la synchronisation et le sens inverse de la rotation des arbres.

Brève description des figures

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

la est une vue schématique d’une pompe à vide selon l’invention ;

la est une vue comparant deux couples de rotors de deux étages de pompage selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

la est une vue comparant deux couples de rotors de deux étages de pompage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

la est une vue en perspective de deux couples de rotors de deux étages de pompage selon le deuxième mode de réalisation de l’invention ;

la est une vue en perspective de deux couples de rotors de deux étages de pompage selon un troisième mode de réalisation de l’invention.

Description détaillée

Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références, éventuellement additionnés d’un indice. La description de leur structure et de leur fonction n’est donc pas systématiquement reprise.

Dans tout ce qui suit, les orientations sont les orientations des figures. En particulier, les termes « supérieur », « inférieur », « gauche », « droit », « au-dessus », « en-dessous », « vers l’avant » et « vers l’arrière » s’entendent généralement par rapport au sens de représentation des figures.

Par « pompe à vide 1 », on entend tout dispositif capable, après connexion avec un volume fermé, de faire le vide dans ce volume fermé, c'est-à-dire notamment pouvoir obtenir un vide primaire compris entre 100 et 0,1 Pa. Dans le cas de l’invention, la pompe à vide 1 est préférentiellement du type à plusieurs étages de pompage comportant deux arbres d’entraînement parallèles de rotors comme par exemple du type à lobes (« roots ») ou à becs (« claws »).

Une vue schématique d’une pompe à vide 1 selon l’invention est représentée à la . La pompe à vide 1, préférentiellement configurée pour refouler les gaz à pression atmosphérique, comporte au moins deux étages de pompage 3a-3f et deux arbres 5a, 5b rotatifs. Chaque arbre 5a, 5b porte au moins un rotor 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 s’étendant dans un des étages de pompage 3a-3f.

Dans l'exemple illustré à la , la pompe à vide 1 comporte un corps 6 recevant six étages de pompage 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, montés en série entre une entrée d’aspiration 2 et une sortie de refoulement 4 de la pompe à vide 1 et dans lesquels un gaz à pomper peut circuler. Le corps 6 peut ainsi être formé par des demi-coquilles ou des tranches comme expliqué ci-dessus et un carter (non représenté). De manière habituelle, le carter peut notamment recevoir le système de lubrification. Bien entendu, la pompe à vide 1 pourrait comporter d’avantage d’étages ou moins d’étages que six, c'est-à-dire par exemple deux, trois, quatre, cinq, sept, huit, neuf ou dix étages sans sortir du cadre de l’invention.

Chaque étage de pompage 3a-3f est formé par une chambre 9 de compression délimitée par un stator 8 du corps 6 et recevant un couple de rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 dont les parois périphériques présentent des formes correspondantes. De manière connue, chaque chambre 9 de compression comprend une entrée et une sortie respectives, les étages de pompage successifs 3a-3f étant raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux respectifs raccordant la sortie de l'étage de pompage qui précède à l'entrée de l'étage qui suit.

Dans une telle pompe à vide 1 à plusieurs étages 3a-3f, le premier étage de pompage 3a dont l’entrée communique avec l’entrée d’aspiration 2 est aussi nommé « étage d’aspiration ». Le dernier étage de pompage 3f dont la sortie communique avec la sortie de refoulement 4 est aussi nommé « étage de refoulement », la pression de refoulement souhaitée en général supérieure à la pression ambiante dans laquelle la pompe à vide 1 est installée, typiquement une pression atmosphérique autour de 1 bar.

En fonctionnement, les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 tournent de façon synchronisée en sens inverse dans chaque étage pour entrainer un gaz à pomper dans un sens de circulation allant depuis une entrée d’aspiration 2 vers une sortie de refoulement 4. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée de l’étage de pompage 3a-3f est emprisonné dans le volume de pompage 10a, 10b, 101, 102, 103, 104 engendré par les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 et le stator 8 de la pompe à vide 1, puis est entraîné par les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 vers l’étage suivant par la sortie de l’étage (le sens de circulation des gaz pompés est illustré par les flèches sur la ).

Les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 peuvent ainsi être par exemple du type à lobes (« roots ») ou à becs (« claws »). Dans l’application particulière de l’invention à une pompe à vide à lobes, chaque rotor peut ainsi par exemple comporter entre deux et huit lobes.

Dans l'exemple illustré à la , les arbres 5a, 5b portant les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 sont entraînés par un moteur 11 de la pompe à vide 1 respectivement selon les axes de rotation A et B. Ils sont supportés par des roulements lubrifiés de manière habituelle par un lubrifiant contenu dans le carter du corps 6 de la pompe à vide 1 et ils sont synchronisés au moyen d’un dispositif 13 de couplage mécanique également lubrifié et comportant deux roues dentées 12a, 12b engrenées l’une dans l’autre. Dans l’exemple de la , le moteur 11 entraîne la première roue dentée 12a et incidemment la deuxième roue dentée 12b, lesquelles déplacent à rotation respectivement les arbres 5a, 5b.

Bien entendu, d’autres modes d’actionnement peuvent être envisagés pour entraîner chaque arbre 5a, 5b. À titre d'exemple nullement limitatif, un moteur 11 différent pourrait entraîner chacun un arbre 5a, 5b. Un des moteurs 11 entraînant le rotor 7, 72, 74, 76 de rayon maximal R2’ réduit pourrait être de puissance très inférieure à l’autre, en fournissant un couple plus faible que l’autre, et une unité de gestion électronique pourrait contrôler l’alimentation de chaque moteur 11 afin de garantir la synchronisation et le sens inverse de la rotation des arbres 5a, 5b. On comprend immédiatement que le moteur 11 fournissant un couple plus faible que l’autre, nécessite une consommation électrique plus réduite que l’autre moteur 11.

En outre, un moyen d’étanchéité (non représenté) au travers duquel les arbres 5a, 5b sont toujours susceptibles de tourner, peut, de manière habituelle, isoler le carter de la partie de pompage à sec du corps 6. Enfin, un clapet antiretour (non représenté) peut être agencé dans la sortie de refoulement 4 pour empêcher le retour des gaz pompés dans la pompe à vide 1.

De manière connue, la puissance P consommée par une pompe à vide 1 dépend du couple C exercé sur les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 et de leur vitesse de rotation ω. Le couple est égal à la somme des couples δC exercés sur les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 de chaque étage 3a-3f. Chaque couple est fonction de la force et de la distance avec le point d’exercice de la force, soit plus précisément, chaque couple est fonction de la différence de pression Δp entre l’amont et l’aval de l’étage de pompage 3a-3f, de la section projetée des rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 et de l’épaisseur e de l’étage de pompage 3a-3f. La différence de pression Δp des derniers étages de pompage étant les plus importantes, les derniers étages de pompage, c'est-à-dire les étages les plus proches de la sortie de refoulement 4, sont ceux qui requièrent le plus de consommation électrique.

L'invention a notamment pour but de fournir une nouvelle architecture de pompe à vide 1 à deux arbres 5a, 5b permettant de diminuer sa consommation électrique. À cet effet, l’invention se rapporte à une pompe à vide 1 comportant au moins deux étages de pompage 3a-3f en série, chaque étage de pompage 3a-3f comportant un couple de rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 dont les parois périphériques présentent des formes correspondantes. Les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76 sont agencés pour être entraînés chacun par un arbre 5a, 5b selon un axe de rotation A, B de manière synchronisée et en sens inverse afin de pomper un gaz dans un sens de circulation allant depuis l’entrée d’aspiration 2 vers la sortie de refoulement 4.

Avantageusement selon l'invention, au moins le dernier étage 3f de pompage en amont de la sortie de refoulement 4 comporte un couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76. Plus précisément, chaque couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 comporte ainsi un premier rotor rotors 7, 71, 73, 75 avec une première paroi périphérique dont la section projetée selon son axe de rotation A alterne entre un rayon maximal et un rayon minimal par rapport à son axe de rotation A afin de correspondre avec respectivement un rayon minimal et un rayon maximal de la section projetée selon l’axe de rotation B du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 d’une deuxième paroi périphérique du deuxième rotor 7, 72, 74, 76, le rayon maximal du premier rotor 7, 71, 73, 75 étant supérieur au rayon maximal du deuxième rotor 7, 72, 74, 76. Ainsi, la puissance nécessaire au pompage de l’étage comportant le couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 est diminuée ce qui nécessite moins de consommation électrique.

Au moins le dernier étage 3f signifie que d’autres étages 3a-3e peuvent également comporter un couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 sans sortir du cadre de l’invention. Dans l'exemple illustré à la , seul le couple de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 du dernier étage 3f comporte des rayons asymétriques, c'est-à-dire que le premier rotor 7, 71, 73, 75 comporte un rayon maximal R2 qui est plus grand que le rayon maximal R2’ du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 associé.

Bien entendu, plusieurs étages de 3a-3f pourraient comporter un couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 variant de manière différente à celle de l’exemple de la . Ainsi, le rayon maximal R2’ du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 associé de chaque couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 d’un étage 3a-3f pourrait diminuer entre chaque étage adjacent entre l’entrée d’aspiration 2 et une sortie de refoulement 4, entre chaque des étages 3a-3f de pompage deux à deux adjacents (tous les deux étages adjacents, le rayon maximal R2’ du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 associé diminue) ou selon une autre configuration comme un mélange des deux premières configurations.

L’invention va à l’encontre d’un préjugé technique du domaine qui utilise habituellement des couples de rotors symétriques à chaque étage de pompage. En effet, avantageusement selon l'invention, au moins un étage 3a-3f comporte, de manière inhabituelle, un premier rotor 7, 71, 73, 75 plus grand que son deuxième rotor 7, 72, 74, 76 associé. En effet, la puissance consommée P dépend de la somme des couples δC de chaque étage de pompage, les couples étant dépendants de la surface périphérique S des rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76. La surface périphérique S de chaque rotor 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 dépendant du carré de la différence (R2-R1) entre le rayon (R2 ou rayon maximal) de la chambre de compression 9 délimitée par le stator 8 et le rayon de l’arbre 5a, 5b (R1 ou rayon minimal) entraînant les rotors 7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76, l’invention propose donc de réduire la surface périphérique S d’un rotor 7, 72, 74, 76 par rapport à l’autre 7, 71, 73, 75 d’un même couple de rotor de manière à réduire la différence (R2-R1) de manière asymétrique, typiquement principalement sur l’un des deux rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76.

Ainsi, pour une même puissance consommée par rapport à une pompe à vide de l’art antérieur pour laquelle on diminue le rayon maximal R2 de la chambre de compression de manière symétrique dans l’étage de pompage, le volume global, c'est-à-dire le premier volume 101, 103 pompé par le premier rotor 7, 71, 73, 75 additionné au deuxième volume 102, 104, plus petit que le premier volume 101, 103, pompé par le deuxième rotor 7, 72, 74, 76, qui est engendré grâce à l’invention est plus important dans l’étage de pompage présentant des rayons asymétriques. Ce volume global supérieur obtenu par rapport à l’état de la technique pour une même réduction de consommation électrique rend la mise en œuvre de la pompe à vide selon l'invention moins critique notamment quant à la finesse d’épaisseur à respecter.

À titre d'exemple nullement limitatif, le premier rotor 7, 71, 73, 75 pourrait ainsi, avantageusement selon l'invention, conserver le même diamètre maximal R2 que les autres étages de pompage et seul le diamètre maximal R2’ du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 pourrait être diminué au moins au dernier étage de pompage 3f en amont de la sortie de refoulement 4.

En outre, préférentiellement selon l'invention, l’entraxe E, c'est-à-dire la distance entre les deux axes de rotation A, B des arbres 5a, 5b, représentant la somme du rayon maximal R2 d’un premier rotor 7, 71, 73, 75 et du rayon minimal R1 du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 du couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76, est préférentiellement identique à celui des autres couples de rotors 7, 7a, 7b, 7c afin que le couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 soit entrainé par les mêmes arbres 5a, 5b que les autres couples de rotors 7, 7a, 7b, 7c. On comprend donc que, pour un même entraxe E entre les étages de pompage 3a-3f, si on réduit le rayon maximum R2’ d’un des rotors 7, 72, 74, 76 dans l’étage de pompage présentant des rayons asymétriques alors il faut augmenter le rayon minimal R1’ de l’autre rotor 7, 71, 73, 75 pour pouvoir conserver l’entraxe E constant. L’abaissement du rayon maximum R2’ d’un des rotors 7, 72, 74, 76 et l’augmentation du rayon minimal R1’ de l’autre rotor 7, 71, 73, 75, et la différence R2’-R1’ à l’ordre deux permet de réduire de manière significative la puissance consommée.

Le rayon maximal R2 du premier rotor 7, 71, 73, 75 du couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 est égal à celui d’au moins un autre rotor 7, 7a, 7b, 7c, voire tous les autres rotors 7, 7a, 7b, 7c, monté sur le même arbre 5a, 5b d’entraînement afin d’utiliser un alésage de demi-coquille de stator 8 identique à un autre étage de pompage 3a-3f, voire tous les autres étages de pompage 3a-3f du même arbre 5a, 5b. En effet, cela permet de garder les mêmes dimensionnements de décolletage d’un même arbre 5a, 5b d’entraînement sur tous les étages de pompage 3a-3f en changeant uniquement par exemple l’épaisseur e de la demi-coquille nécessaire à l’étape. On comprend donc que seul l’alésage de l’autre demi-coquille du stator 8 du couple asymétrique de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 sera à modifier.

Dans l'exemple illustré à la , l’épaisseur e du couple de rotors 7, 71, 72, 73, 74, 75, 76 du dernier étage 3f est, préférentiellement et de manière connue, plus faible que celle du couple de rotors 7, 7a, 7b, 7c du premier étage 3a de pompage en aval de l’entrée d’aspiration 2. Plus précisément, l’étage 3a d’aspiration comporte l’épaisseur e la plus grande, les étages 3b-3c comportent des épaisseurs e identiques et inférieures à celle de l’étage 3a, les étages 3d-3e comportent des épaisseurs e identiques et inférieures à celle des étages 3b-3c et, enfin, l’étage 3f comportent une épaisseur e inférieure à celle des étages 3d-3e.

Bien entendu, les épaisseurs e pourraient varier de manière différente à celle de l’exemple de la . Ainsi, l’épaisseur des étages 3a-3f pourrait diminuer entre un nombre défini d’étages de pompage 3a-3f adjacents (l’épaisseur e ne change qu’après le nombre défini d’étages 3a-3f adjacents, comme par exemple tous les deux ou trois étages de pompage 3a-3f), entre chaque étage de pompage 3a-3f (l’épaisseur change entre chaque étage 3a-3f) ou selon une autre configuration comme un mélange des deux premières configurations. À titre d'exemple nullement limitatif, il est ainsi possible que l’épaisseur des deux ou trois derniers étages de pompage 3d-3f présente une épaisseur constante qui est inférieure à l’épaisseur des deux ou trois premiers étages de pompage 3a-3c.

Afin de mieux illustrer l’invention, trois modes de réalisation sont présentés aux figures 2 à 5. Un premier mode de réalisation est illustré à la dans lequel les rotors 7a, 71, 72 comportent quatre lobes. L’étage d’aspiration 3a est illustré en partie supérieure pour le comparer à l’étage de refoulement 3f en partie inférieure comportant un couple asymétrique de rotors 71, 72. En regardant la , on s’aperçoit, de manière habituelle, que l’étape d’aspiration 3a comporte deux rotors 7a identiques mais orienté selon un décalage angulaire de quarante-cinq degrés afin que le rayon maximal R2 d’un premier rotor 7a corresponde à un rayon minimal R1 du deuxième rotor 7a. On peut également voir que le volume de pompage 10a est identique pour chaque rotor 7a.

Dans l'exemple illustré à la , on peut voir que le rayon maximal R2 du premier rotor 71 de l’étage de refoulement 3f est maintenu égal aux rayons maximaux R2 des rotors 7a de l’étage d’aspiration 3a. Incidemment, le rayon minimal R1 du deuxième rotor 72 de l’étage de refoulement 3f est également maintenu égal aux rayons minimaux R1 des rotors 7a de l’étage d’aspiration 3a. Par comparaison entre les étages 3a et 3f, on s’aperçoit que la surface principale (c'est-à-dire sans l’épaisseur e) de la chambre de compression 9’ du stator 8’ est plus petite que celle du stator 8 notamment par un raccourcissement marqué du rayon maximal R2’ du deuxième rotor 72. Incidemment, le rayon minimal R1’ du premier rotor 71 de l’étage de refoulement 3f est augmenté afin de garder le même entraxe E qu’à l’étage d’aspiration 3a, c'est-à-dire R1’ + R2’ = R1 + R2. On peut ainsi remarquer que le volume de pompage 101 du premier rotor 71 de l’étage de refoulement 3f est plus petit que ceux 10a des rotors 7a de l’étage d’aspiration 3a.

Ainsi, pour une même puissance consommée par rapport à une pompe à vide de l’art antérieur pour laquelle on diminue le rayon maximal R2 de la chambre de compression de manière symétrique dans l’étage de refoulement 3f, le volume global, c'est-à-dire le premier volume 101 pompé par le premier rotor 71 additionné au deuxième volume 102, plus petit que le premier volume 101, pompé par le deuxième rotor 72, qui est engendré grâce à l’invention est plus important dans l’étage de refoulement 3f présentant des rayons asymétriques. Ce volume global supérieur obtenu par rapport à l’état de la technique pour une même réduction de consommation électrique rend la mise en œuvre de la pompe à vide 1 selon l'invention moins critique notamment quant à la finesse d’épaisseur e à respecter.

Un deuxième mode de réalisation est illustré aux figures 1, 3 et 4 dans lequel les rotors 7b, 73, 74 comportent deux lobes (la différence d’épaisseur e de chaque stator 8, 8’ n’est pas illustrée à la figure schématique 4). À la , l’étage d’aspiration 3a est illustré en partie supérieure pour le comparer à l’étage de refoulement 3f en partie inférieure comportant un couple asymétrique de rotors 73, 74. En regardant les figures 1, 3 et 4, on s’aperçoit, de manière habituelle, que l’étape d’aspiration 3a comporte deux rotors 7b identiques mais orienté selon un décalage angulaire de quatre-vingt-dix degrés afin que le rayon maximal R2 d’un premier rotor 7b corresponde à un rayon minimal R1 du deuxième rotor 7b. On peut également voir que le volume de pompage 10b est identique pour chaque rotor 7b.

Dans l'exemple illustré aux figures 1, 3 et 4, on peut voir que le rayon maximal R2 du premier rotor 73 de l’étage de refoulement 3f est maintenu égal aux rayons maximaux R2 des rotors 7b de l’étage d’aspiration 3a. Incidemment, le rayon minimal R1 du deuxième rotor 74 de l’étage de refoulement 3f est également maintenu égal aux rayons minimaux R1 des rotors 7b de l’étage d’aspiration 3a. Par comparaison entre les étages 3a et 3f, on s’aperçoit que la surface principale (c'est-à-dire sans l’épaisseur e) de la chambre de compression 9’ du stator 8’ est plus petite que celle du stator 8 notamment par un raccourcissement marqué du rayon maximal R2’ du deuxième rotor 74. Incidemment, le rayon minimal R1’ du premier rotor 73 de l’étage de refoulement 3f est augmenté afin de garder le même entraxe E qu’à l’étage d’aspiration 3a, c'est-à-dire R1’ + R2’ = R1 + R2. On peut ainsi remarquer que le volume de pompage 103 du premier rotor 73 de l’étage de refoulement 3f est plus petit que ceux 10b des rotors 7b de l’étage d’aspiration 3a.

Ainsi, pour une même puissance consommée par rapport à une pompe à vide de l’art antérieur pour laquelle on diminue le rayon maximal R2 de la chambre de compression de manière symétrique dans l’étage de refoulement 3f, le volume global, c'est-à-dire le premier volume 103 pompé par le premier rotor 73 additionné au deuxième volume 104, plus petit que le premier volume 103, pompé par le deuxième rotor 74, qui est engendré grâce à l’invention est plus important dans l’étage de refoulement 3f présentant des rayons asymétriques. Ce volume global supérieur obtenu par rapport à l’état de la technique pour une même réduction de consommation électrique rend la mise en œuvre de la pompe à vide 1 selon l'invention moins critique notamment quant à la finesse d’épaisseur e à respecter.

Un troisième mode de réalisation est illustré à la dans lequel les rotors 7c de l’étage d’aspiration 3a comporte trois lobes et les rotors 75, 76 de l’étage de refoulement 3f comportent six lobes (la différence d’épaisseur e de chaque étage 3a, 3f n’est pas illustrée à la figure schématique 5). À la , l’étage d’aspiration 3a est illustré en arrière pour le comparer à l’étage de refoulement 3f en avant comportant un couple asymétrique de rotors 75, 76. En regardant la , on s’aperçoit, de manière habituelle, que l’étape d’aspiration 3a comporte deux rotors 7c identiques mais orienté selon un décalage angulaire de soixante degrés afin que le rayon maximal R2 d’un premier rotor 7c corresponde à un rayon minimal R1 du deuxième rotor 7c. On peut également comprendre que le volume de pompage est identique pour chaque rotor 7c.

Dans l'exemple illustré à la , le rayon maximal R2 du premier rotor 75 de l’étage de refoulement 3f est maintenu égal aux rayons maximaux R2 des rotors 7c de l’étage d’aspiration 3a. Incidemment, le rayon minimal R1 du deuxième rotor 76 de l’étage de refoulement 3f est également maintenu égal aux rayons minimaux R1 des rotors 7c de l’étage d’aspiration 3a. De manière similaire aux deux autres modes de réalisation, la surface principale (c'est-à-dire sans l’épaisseur e) de la chambre de compression de l’étage de refoulement 3f est plus petite que celle de l’étage d’aspiration 3a notamment par un raccourcissement marqué du rayon maximal R2’ du deuxième rotor 76. Incidemment, le rayon minimal R1’ du premier rotor 75 de l’étage de refoulement 3f est augmenté afin de garder le même entraxe E qu’à l’étage d’aspiration 3a, c'est-à-dire R1’ + R2’ = R1 + R2. Par la variation notamment du nombre de lobes, le volume de pompage du premier rotor 75 de l’étage de refoulement 3f est plus petit que ceux des rotors 7c de l’étage d’aspiration 3a.

Ainsi, pour une même puissance consommée par rapport à une pompe à vide de l’art antérieur pour laquelle on diminue le rayon maximal R2 de la chambre de compression de manière symétrique dans l’étage de refoulement 3f, le volume global, c'est-à-dire le premier volume pompé par le premier rotor 75 additionné au deuxième volume, plus petit que le premier volume, pompé par le deuxième rotor 76, qui est engendré grâce à l’invention est plus important dans l’étage de refoulement 3f présentant des rayons asymétriques. Ce volume global supérieur obtenu par rapport à l’état de la technique pour une même réduction de consommation électrique rend la mise en œuvre de la pompe à vide 1 selon l'invention moins critique notamment quant à la finesse d’épaisseur e à respecter.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentés et d'autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l'homme du métier. Ainsi, à titre d’exemple, les modes de réalisation et variantes sont combinables entre eux sans sortir du cadre de l’invention.

Il est également envisageable que le rayon maximal R2 du premier rotor 7, 71, 73, 75 soit plus petit ou plus grand que les autres rayons maximaux R2 des autres étages de pompage 3a-3e sans sortir du cadre de l’invention. Incidemment, le rayon minimal R1 du deuxième rotor 7, 72, 74, 76 serait plus grand ou plus petit que les autres rayons minimaux R1 des autres étages de pompage 3a-3e en rendant tous les rayons de l’étage de refoulement 3f différents des autres étages de pompage 3a-3e.

Claims

Pompe à vide (1) comportant au moins deux étages de pompage (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) en série, chaque étage de pompage (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) comportant un couple de rotors (7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76) dont les parois périphériques présentent des formes correspondantes et qui sont agencés pour être entraînés chacun par un arbre (5a, 5b) selon un axe (A, B) de rotation de manière synchronisée et en sens inverse afin de pomper un gaz dans un sens de circulation allant depuis une entrée d’aspiration (2) vers une sortie de refoulement (4),caractérisée en ce qu ’au moins le dernier étage de pompage (3f) en amont de la sortie de refoulement (4) comporte un couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76) dont chaque section projetée selon son axe (A, B) de rotation est différente de l’autre.
Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76) comporte un premier rotor (7, 71, 73, 75) avec une première paroi périphérique dont la section projetée selon son axe (A) de rotation alterne entre un rayon maximal (R2) et un rayon minimal (R1’) par rapport à son axe (A) de rotation afin de correspondre avec respectivement un rayon minimal (R1) et un rayon maximal (R2’) de la section projetée selon l’axe (B) de rotation du deuxième rotor (7, 72, 74, 76) d’une deuxième paroi périphérique du deuxième rotor (7, 72, 74, 76), le rayon maximal (R2) du premier rotor (7, 71, 73, 75) étant supérieur au rayon maximal (R2’) du deuxième rotor (7, 72, 74, 76).
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l’entraxe (E) du couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76) est identique à celui des autres couples de rotors (7, 7a, 7b, 7c) afin que le couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76) soit entrainé par les mêmes arbres (5a, 5b) que les autres couples de rotors (7, 7a, 7b, 7c).
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le rayon maximal (R2) du premier rotor (7, 71, 73, 75) du couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76) est égal à celui (R2) d’au moins un autre rotor (7, 7a, 7b, 7c) monté sur le même arbre (5a, 5b) d’entraînement.
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l’épaisseur (e) du couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76) du dernier étage (3f) est plus faible que celle du couple de rotors (7, 7a, 7b, 7c) du premier étage de pompage (3a) en aval de l’entrée d’aspiration (2).
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins trois étages de pompage (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) dont au moins deux étages de pompage (3e, 3f) comportent un couple asymétrique de rotors (7, 71, 72, 73, 74, 75, 76).
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les rotors (7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76) sont du type à lobes.
Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque rotor (7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76) comporte entre deux et huit lobes.
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle les rotors (7, 7a, 7b, 7c, 71, 72, 73, 74, 75, 76) sont du type à becs.
Pompe à vide (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque arbre (5a, 5b) est entraîné en rotation à l’aide d’un moteur électrique (11), l’un des moteurs (11) fournissant un couple plus faible que l’autre nécessitant une consommation électrique plus réduite.