FR3118649A3 - Pompe à vide rotative à palettes avec ensemble à lest de gaz - Google Patents

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Abstract

La présente divulgation concerne une pompe à vide rotative à palettes 300 (300') comprenant un ensemble à lest de gaz 330. L'ensemble à lest de gaz 330 comprend un passage de lest de gaz connecté de manière fluidique à une chambre de stator 212 de la pompe 300, une vanne de lest de gaz 334 configurée pour ouvrir et fermer sélectivement le passage de lest de gaz en fonction de la pression de gaz relative de part et d’autre de la vanne 334, et une chambre tampon de lest de gaz 360 connectée de manière fluidique au passage de lest de gaz en amont de la vanne de lest de gaz 343, qui est en communication sélective de fluide avec l'extérieur de la pompe 300 (300’). La présente divulgation prévoit également un procédé associé de communication de gaz de lest à une pompe à vide rotative à palettes 300 (300'). Fig. 3A

Description

POMPE À VIDE ROTATIVE À PALETTES AVEC ENSEMBLE À LEST DE GAZ
Cette divulgation concerne une pompe à vide rotative à palettes. Cette divulgation concerne également un procédé de communication de gaz de lest à une pompe à vide rotative à palettes.
Les pompes à vide rotatives à palettes peuvent être utilisées dans un éventail d'industries pour offrir et maintenir des conditions de vide dans un système. Dans de telles pompes, le gaz de travail devant être évacué d'un système est acheminé jusqu’à une entrée de la pompe et communiqué à un ou une série d'étages de pompe rotative à palettes. Chaque étage de pompe rotative à palettes présente un stator définissant à l’intérieur une chambre de stator et un rotor avec des palettes s'étendant radialement (c'est-à-dire un ensemble rotatif à palettes) monté à l'intérieur de manière excentrique. L'ensemble rotatif à palettes est entraîné en rotation (par exemple, par un moteur) pour comprimer le gaz de travail dans la ou les chambre(s) de stator et l’entraîner jusqu’à une sortie de la pompe à travers laquelle il est évacué du système.
Les pompes à vide rotatives à palettes peuvent être prévues en tant que pompes à vide rotatives à palettes « à deux étages ». Ces pompes sont appelées ainsi parce qu'elles offrent deux étages (c'est-à-dire deux ensembles) de chambres de stator et d'ensembles rotatifs à palettes en communication de fluide en série entre eux. Le premier étage est en connexion fluidique avec l'entrée de pompe et comprime le gaz de travail en utilisant un premier ensemble rotatif à palettes dans une première chambre de stator (souvent appelée « étage à vide poussé »). Le gaz de travail comprimé provenant du premier étage est ensuite acheminé vers un deuxième étage, qui est relié par voie fluidique à une sortie du premier étage. Le deuxième étage comprend un deuxième ensemble rotatif à palettes dans une deuxième chambre de stator, et est utilisé pour comprimer davantage le gaz de travail et l’entraîner vers une sortie de la pompe à partir de laquelle le gaz de travail est évacué du système. Le fait d'avoir plusieurs étages peut augmenter l'efficacité et le rendement de la pompe par rapport à une pompe à vide rotative à palettes « mono-étage », et peut permettre d'atteindre des degrés de vide plus élevés pour des systèmes particuliers.
Lorsque les palettes tournent à l'intérieur de la chambre de stator, elles établissent un contact rotatif continu avec la surface de la chambre. Cela peut générer des frictions importantes et de la chaleur. Il est donc nécessaire que les palettes soient suffisamment lubrifiées pendant le fonctionnement pour que la pompe fonctionne correctement et efficacement. Dans certaines pompes à vide rotatives à palettes connues, cette lubrification est obtenue en offrant à la pompe une alimentation en huile lubrifiante qui passe dans les chambres de stator. L'huile est captée par les palettes rotatives pendant le fonctionnement de la pompe et forme un film d'huile lubrifiante entre la surface de la chambre et les palettes rotatives. L'alimentation en huile est typiquement maintenue et scellée à l'intérieur de la pompe elle-même (par exemple, maintenue à l’intérieur d’un boîtier de la pompe entourant le ou les étage(s) rotatif(s) à palettes). De telles pompes sont généralement connues en tant que pompes à vide rotatives à palettes « à joint d'huile ».
Le gaz de travail qui est acheminé jusqu’à la pompe à vide rotative à palettes peut contenir de la vapeur d'eau ou d'autres vapeurs volatiles. Lors de la ou des étape(s) de compression dans la pompe à vide rotative à palettes, le risque existe que ces vapeurs se condensent en liquide. Ceci se produit généralement si les vapeurs sont comprimées au-delà de leur pression de vapeur saturante. La condensation des vapeurs de la sorte est problématique pour de telles pompes, puisque le condensat résultant peut se mélanger avec l'huile de lubrification dans la chambre de stator. Cela peut émulsionner l'huile et dégrader ses propriétés lubrifiantes. Une telle dégradation des propriétés lubrifiantes pourrait entraîner une augmentation du frottement et de la chaleur pendant le fonctionnement de la pompe (conduisant à une réduction de l'efficacité) et peut entraîner un grippage ou une défaillance de la pompe. De tels condensats pourraient également être corrosifs pour la pompe.
Il est connu de résoudre les problèmes associés à la compression de vapeurs en utilisant un dispositif à lest de gaz pour introduire du gaz de lest (généralement de l'air) depuis l'extérieur de la pompe dans la chambre de stator menant à la sortie de la pompe (par ex., le deuxième étage de pompage/l’étage de pompage de sortie d’une pompe à vide rotative à palettes à deux étages).
Le gaz de lest introduit dans la chambre de stator dilue les vapeurs pour augmenter leur pression de vapeur saturante, de sorte que les risques de condensation pendant la compression sont minimisés. Les vapeurs et le gaz de lest sont ensuite évacués de la pompe avec le gaz de travail via la sortie de pompe.
Un dispositif à lest de gaz typique utilise une vanne unidirectionnelle ou anti-retour qui peut être actionnée pour s'ouvrir et se fermer pendant un cycle de pompage pour introduire sélectivement du gaz de lest dans la chambre de stator via un passage.
L'ouverture et la fermeture répétées de la vanne peuvent constituer une source importante de bruit, tout comme les impulsions continues du gaz de lest aspiré à travers le dispositif à lest de gaz. Il a également été constaté que le niveau sonore augmente à mesure que plus de gaz de lest est introduit dans la pompe (par exemple, en raison de plus grandes ouvertures nécessaires entre la pompe et l'extérieur). Cela a précédemment limité la quantité de gaz de lest qui peut être introduite dans la pompe pendant un cycle de pompage de lestage au gaz, tout en maintenant des niveaux sonores acceptables. Ceci peut limiter la quantité maximale de vapeur volatile/d’eau qui peut être déplacée par l'opération de lestage au gaz par cycle de pompage ou ladite « capacité de gestion de vapeur » offerte par le dispositif à lest de gaz.
Par conséquent, il existe un besoin de proposer une pompe à vide rotative à palettes avec un ensemble à lest de gaz qui améliore ces aspects. Par exemple, pour offrir une pompe à vide rotative à palettes avec des niveaux sonores réduits lorsqu'elle fonctionne en mode de lestage au gaz, et pour offrir une pompe à vide rotative à palettes avec une plus grande flexibilité et une plus grande plage de capacités de gestion de vapeur, tout en maintenant des niveaux sonores acceptables ou réduits.
Résumé
Selon un premier aspect, la présente divulgation prévoit une pompe à vide rotative à palettes comprenant un stator définissant à l'intérieur une chambre de stator, un ensemble rotatif à palettes monté à rotation de manière excentrique à l'intérieur de la chambre de stator, un boîtier de générateur qui renferme le stator, et un ensemble à lest de gaz en communication de fluide avec la chambre de stator pour admettre sélectivement le gaz de lest depuis un extérieur de la pompe dans la chambre de stator. L'ensemble à lest de gaz comprend un passage de lest de gaz connecté de manière fluidique à la chambre de stator, une vanne de lest de gaz configurée pour ouvrir et fermer sélectivement le passage de lest de gaz en fonction de la pression de gaz relative de part et d’autre de la vanne, et une chambre tampon de lest de gaz connectée de manière fluidique au passage de lest de gaz en amont de la vanne de lest de gaz, et en communication fluidique sélective avec l'extérieur de la pompe.
La chambre tampon de lest de gaz offre un volume enclos qui peut être rempli de gaz de lest pendant un processus de lestage au gaz, et offre ainsi un « tampon » de gaz de lest entre la vanne de lest de gaz et l'extérieur de la pompe. Ceci peut permettre une réduction du bruit associé au fonctionnement de l'ensemble à lest de gaz.
Dans une variante de réalisation de ce qui précède, la chambre tampon de lest de gaz est disposée à l'extérieur du stator et à l'intérieur du boîtier de générateur.
En plaçant la chambre tampon de lest de gaz de cette manière, l’enveloppe entière de la pompe peut être maintenue compacte, tout en laissant suffisamment d'espace pour la chambre tampon.
Dans une autre variante de réalisation de l'une ou l'autre de ce qui précède, la chambre tampon de lest de gaz est contenue à l’intérieur d’un carter séparé du boîtier de générateur. Le boîtier séparé peut être un carter d'accouplement auquel le boîtier de générateur est attaché.
Cela offre un emplacement pratique et avantageux pour la chambre tampon devant être placée, ceci permettant à la chambre tampon d’être formée de manière intégrée dans le carter d'accouplement, plutôt que d'avoir besoin d'être formée dans un carter séparé qui doit être étanchéifié par rapport à l'huile contenue dans le boîtier de générateur (dans une variante à joint d’huile). La chambre tampon se trouvant dans le carter d’accouplement peut également aider à offrir un emplacement pratique pour l'élément de commande communiquant avec elle, qui peut également y être fixé.
Dans une variante de réalisation supplémentaire de l'une quelconque de celles qui précèdent, la vanne de lest de gaz est renfoncée à l’intérieur du stator.
Ceci offre l'avantage d'isoler davantage le bruit généré par la vanne de lest de gaz en utilisant le stator lui-même. En d'autres termes, le corps du stator dans lequel est renfoncé la vanne de lest de gaz va permettre d'absorber le bruit généré par celui-ci.
Dans une variante de réalisation supplémentaire de l'une quelconque de celles qui précèdent, la pompe comprend en outre
un ensemble moteur connecté fonctionnellement à l'ensemble rotatif à palettes pour entraîner l'ensemble rotatif à palettes en rotation, et un boîtier de moteur renfermant l’ensemble moteur. Le boîtier de moteur est attaché au carter d'accouplement opposé au boîtier de générateur.
Cet agencement permet aux sections moteur et générateur d'être attachées séparément à chaque côté du carter d'accouplement. Cela peut faciliter l’assemblage de la pompe à vide rotative à palettes, ainsi que permettre le remplacement et le démontage séparés de chaque section individuelle.
Dans une variante de réalisation supplémentaire de l'une quelconque de celles qui précèdent, la chambre tampon de lest de gaz est connectée de manière fluidique au passage de lest de gaz via un tuyau disposé à l'extérieur du stator et à l'intérieur du boîtier de générateur. Le tuyau peut être connecté au stator à l'aide d'un connecteur rapide enfichable. Le connecteur peut également se connecter au stator dans le renfoncement.
Ces agencements facilitent une façon simple et pratique de connecter la chambre tampon de lest de gaz au stator pour une facilité d'assemblage améliorée.
Dans encore une autre variante de réalisation de ce qui précède, le connecteur lui-même peut agir en tant que partie de la vanne de lest de gaz (par exemple, un siège de vanne pour la vanne de lest de gaz).
Cela peut réduire la complexité et le nombre de pièces de l'assemblage par rapport aux agencements qui, alternativement, nécessitent la fourniture de corps de vanne séparés.
Dans encore une autre variante de réalisation de l'une quelconque de celles qui précèdent, l'ensemble à lest de gaz comprend en outre un élément de commande de lest de gaz connecté de manière fluidique à la chambre tampon de lest de gaz. L’élément de commande est actionnable pour permettre ou empêcher sélectivement une communication de fluide entre la chambre tampon de lest de gaz et l'extérieur de la pompe.
De cette manière, l'élément de commande peut être utilisé pour initier ou terminer un mode de lestage au gaz, de fonctionnement de la pompe. Lorsqu’initié, l’entrée de gaz de lest dans la chambre de stator sera autorisée pendant le cycle de pompage. Une fois terminé, le lest de gaz ne sera pas autorisé à entrer dans la chambre du stator pendant le cycle de pompage, ce qui peut permettre un mode « normal » de fonctionnement de la pompe.
Dans une autre variante de réalisation de celles qui précèdent, l'élément de commande comprend un corps comprenant au moins un orifice à l'intérieur et un couvercle qui est configuré pour tourner autour du corps pour sélectivement ouvrir ou obstruer l’au moins un orifice pour permettre ou empêcher sélectivement la communication de fluide entre la chambre tampon de lest de gaz et l'extérieur de la pompe.
Cet agencement offre un élément de commande de type « bouton rotatif », qui peut être actionné de manière pratique par un utilisateur pour commuter entre différents modes de fonctionnement de lestage au gaz et un mode de fonctionnement normal pour la pompe. Un tel élément de commande manuel peut également supprimer la complexité et les points de défaillance potentiels en comparaison avec d'autres éléments de commande (par exemple, tels que des éléments de commande contrôlés électriquement). Cela peut également permettre un moyen simple d'introduire une variation additionnelle ou plus importante dans la capacité de gestion de vapeur pour la pompe en prévoyant une pluralité d'orifices de tailles différentes.
Dans une variante de réalisation supplémentaire de l'une quelconque de celles qui précèdent, la pompe est une pompe à vide rotative à palettes à joint d'huile, et le boîtier de générateur est un boîtier à huile pour loger de l'huile.
Dans une variante de réalisation supplémentaire de l'une quelconque de celles qui précèdent, la pompe est une pompe à vide rotative à palettes à deux étages, et la chambre de stator et l'ensemble rotatif à palettes sont connectés de manière fluidique en aval d'une autre chambre de stator et d’un ensemble rotatif à palettes monté à rotation de manière excentrique à l’intérieur.
De telles pompes à vide rotatives à palettes à joint d'huile et/ou à deux étages peuvent présenter des avantages en termes de fiabilité et de dissipation thermique, ainsi que d'atteindre des degrés de vide potentiellement plus élevés par rapport à d'autres types de pompes à vide rotatives à palettes (par ex. une pompe sèche ou des pompes avec moins d'étages).
Par un autre aspect, la présente divulgation prévoit un procédé de communication de gaz de lest à une pompe à vide rotative à palettes. Le procédé comprend les étapes de : placement d’une chambre tampon de lest de gaz en communication de fluide sélective avec un gaz de lest à partir d'un extérieur de la pompe à vide rotative à palettes ; connexion de manière fluidique d’un passage de lest de gaz et d’une vanne de lest de gaz à la chambre tampon de lest de gaz en aval de ceux-ci, la vanne de lest de gaz étant configurée pour ouvrir et fermer sélectivement le passage de lest de gaz en fonction de la pression de gaz relative de part et d’autre de la vanne ; et de connexion de manière fluidique du passage de lest de gaz à une chambre de stator de la pompe à vide rotative à palettes.
Comme mentionné ci-dessus, la chambre tampon de lest de gaz offre un volume enclos qui peut être rempli de gaz de lest pendant un processus de lestage au gaz, et offre ainsi un « tampon » de gaz de lest entre la vanne de lest de gaz et l'extérieur de la pompe. Ceci peut permettre une réduction du bruit associé au fonctionnement de l'ensemble à lest de gaz.
Dans une autre variante de réalisation de celles qui précèdent, le procédé comprend en outre l’actionnement d'un élément de commande de lest de gaz pour permettre ou empêcher sélectivement la communication de fluide entre la chambre tampon de lest de gaz et le gaz de lest depuis l'extérieur de la pompe.
De cette manière, l'élément de commande peut être utilisé pour initier ou terminer un mode de lestage au gaz, de fonctionnement de la pompe. Lorsqu’initié, l’entrée de gaz de lest dans la chambre de stator sera autorisée pendant le cycle de pompage. Une fois terminé, le lest de gaz ne sera pas autorisé à entrer dans la chambre du stator pendant le cycle de pompage, ce qui peut permettre un mode « normal » de fonctionnement de la pompe.
Dans d'autres variantes de réalisation, le procédé peut également inclure l'utilisation d'une pompe à vide rotative à palettes conformément à celle de l'aspect précédent ci-dessus ou à l'un quelconque de ses modes de réalisation.
Bien que certains avantages aient été discutés en relation avec certaines caractéristiques ci-dessus, d'autres avantages de certaines caractéristiques peuvent devenir apparents à la personne du métier suivant la présente divulgation.
Un ou plusieurs exemples non limitatifs seront maintenant décrits, à titre d’exemples uniquement et en référence aux figures annexées sur lesquelles :
Fig. 1
montre une vue extérieure d'un exemple de pompe à vide rotative à palettes à joint d'huile à deux étages ;
Fig. 2
montre une vue en coupe transversale d'un ensemble à lest de gaz connu en communication avec un étage d'une pompe à vide rotative à palettes ;
Fig. 3A
montre un mode de réalisation d'une pompe à vide rotative à palettes avec un ensemble à lest de gaz selon la présente divulgation ;
Fig. 3B
montre un autre mode de réalisation d'une pompe à vide rotative à palettes avec un ensemble à lest de gaz selon la présente divulgation.

Claims (15)

  1. Pompe à vide rotative à palettes comprenant :
    - un stator définissant une chambre de stator ;
    - un ensemble rotatif à palettes monté à rotation de manière excentrique à l'intérieur de la chambre de stator ;
    - un boîtier de générateur qui renferme le stator ; et
    un ensemble à lest de gaz en communication fluidique avec la chambre de stator pour admettre sélectivement du gaz de lest depuis un extérieur de la pompe dans la chambre de stator ;
    l'ensemble à lest de gaz comprenant :
    - - un passage de lest de gaz relié de manière fluidique à la chambre de stator ;
    - - une vanne de lest de gaz configurée pour ouvrir et fermer sélectivement le passage de lest de gaz en fonction de la pression de gaz relative de part et d’autre de la vanne ; et
    - - une chambre tampon de lest de gaz connectée de manière fluidique au passage de lest de gaz en amont de la vanne de lest de gaz, et en communication fluidique sélective avec l'extérieur de la pompe.
  2. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 1, dans laquelle la chambre tampon de lest de gaz est disposée à l'extérieur du stator et à l'intérieur du boîtier de générateur.
  3. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la vanne de lest de gaz est renfoncée à l’intérieur du stator.
  4. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle la chambre tampon de lest de gaz est contenue à l’intérieur d’un boîtier séparé du boîtier de générateur.
  5. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 4, dans laquelle le boîtier séparé est un carter d'accouplement auquel le boîtier de générateur est attaché.
  6. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la pompe comprend en outre :
    - un ensemble moteur connecté fonctionnellement à l'ensemble rotatif à palettes pour entraîner l'ensemble rotatif à palettes en rotation ; et
    - un boîtier de moteur renfermant l'ensemble moteur, le boîtier de moteur étant attaché au carter d'accouplement opposé au boîtier de générateur.
  7. Pompe à vide rotative à palettes selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la chambre tampon de lest de gaz est connectée de manière fluidique au passage de lest de gaz via un tuyau disposé à l'extérieur du stator et à l'intérieur du boîtier de générateur.
  8. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 7, dans laquelle le tuyau est connecté au stator à l'aide d'un connecteur rapide enfichable.
  9. Pompe à vide rotative à palettes selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un élément de commande de lest de gaz connecté de manière fluidique à la chambre tampon de lest de gaz, et actionnable pour permettre ou empêcher sélectivement une communication de manière fluidique entre la chambre tampon de lest de gaz et l'extérieur de la pompe.
  10. Pompe à vide rotative à palettes selon la revendication 9, dans laquelle l'élément de commande comprend un corps comprenant au moins un orifice à l'intérieur et un couvercle qui est configuré pour tourner autour du corps pour sélectivement ouvrir ou obstruer l’au moins un orifice pour permettre ou empêcher sélectivement la communication de fluide entre la chambre tampon de lest de gaz et l'extérieur de la pompe.
  11. Pompe à vide rotative à palettes selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pompe est une pompe à vide rotative à palettes à joint d'huile, et le boîtier de générateur est un boîtier à huile pour loger de l'huile.
  12. Pompe à vide rotative à palettes selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pompe est une pompe à vide rotative à palettes à deux étages, et la chambre de stator et l'ensemble rotatif à palettes sont connectés de manière fluidique en aval d'une autre chambre de stator et d’un ensemble rotatif à palettes monté à rotation de manière excentrique à l’intérieur.
  13. Procédé de communication de gaz de lest à une pompe à vide rotative à palettes, le procédé comprenant :
    - placement d’une chambre tampon de lest de gaz en communication fluidique sélective avec un gaz de lest à partir d'un extérieur de la pompe à vide rotative à palettes ;
    - connexion de manière fluidique d’un passage de lest de gaz et d’une vanne de lest de gaz à la chambre tampon de lest de gaz en aval de ceux-ci, la vanne de lest de gaz étant configurée pour ouvrir et fermer sélectivement le passage de lest de gaz en fonction de la pression de gaz relative de part et d’autre de la vanne ; et
    - connexion de manière fluidique du passage de lest de gaz à une chambre de stator de la pompe à vide rotative à palettes.
  14. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l’actionnement d'un élément de commande de lest de gaz pour permettre ou empêcher sélectivement la communication de fluide entre la chambre tampon de lest de gaz et le gaz de lest depuis l'extérieur de la pompe.
  15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la pompe est la pompe à vide rotative à palettes selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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