FR3124236A1 - Pompe à vide - Google Patents

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Abstract

Pompe à vide (1) comportant un stator (4) comportant au moins une chambre de compression (5), deux rotors (6) configurés pour tourner dans la chambre de compression (5) autour d’un axe de rotation (I-I) respectif, les axes de rotation (I-I) étant verticaux et des éléments à lubrifier montés sur des arbres (7) des rotors (6), caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte en outre une pompe à huile (9) comprenant un carter d’huile (13) et au moins une turbine (14) montée sur un des arbres (7) des rotors (6), la turbine (14) baignant dans un lubrifiant liquide reçu dans une chambre du carter d’huile (13), la rotation de la turbine (14) entrainant la circulation d’une partie du lubrifiant dans un conduit de lubrification (15) vers les éléments à lubrifier. Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Pompe à vide
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne une pompe à vide sèche telle que de type « Roots » ou « Claw » ou à vis, avec les axes de rotation verticaux.
Arrière-plan technique
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 » ou encore celles à vis. On connait également les pompes à vide de type compresseurs Roots (ou « Roots Blower » en anglais) qui sont utilisées en amont des pompes à vide primaire, pour augmenter la capacité de pompage en situation de fort flux. Ces pompes à vide sont dites « sèches » car en fonctionnement, les rotors tournent à l’intérieur du 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 sont supportés par des paliers lubrifiés par de l’huile ou de la graisse et ils sont synchronisés au moyen d’engrenages également lubrifiés. Il est indispensable qu’aucune trace d’huile ou de graisse ne se retrouve dans la partie de pompage pour les applications dites « sèches », telles que les procédés de fabrication de substrats semi-conducteurs. Un moyen d’étanchéité au travers duquel les arbres sont toujours susceptibles de tourner, isole la zone contenant des lubrifiants de la partie de pompage sec.
Dans le cas de pompes à vide agencées horizontalement, un disque brasseur d’huile est généralement utilisé pour créer une atmosphère brouillée d’air et de lubrifiants dans le carter d’huile, facilitant la lubrification des paliers. Le brasseur d’huile est fixé sur un des arbres de la pompe, une extrémité inférieure du brasseur plongeant dans l’huile liquide du carter. La rotation de l’arbre supportant le brasseur d’huile forme un brouillard d’huile, projetant des gouttelettes de lubrifiant sur les parois du carter qui ensuite ruissellent jusqu’aux composants à lubrifier.
Dans le cas d’une architecture verticale, il n’est plus possible d’utiliser efficacement des disques brasseurs d’huile. On cherche donc un moyen pour forcer l’huile à circuler dans les canaux et remonter vers les roulements à lubrifier d’une pompe à vide verticale.
Un but de la présente invention est de proposer une pompe à vide résolvant au moins un des inconvénients décrits ci-dessus.
A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide comportant :
- un stator comportant au moins une chambre de compression,
- deux rotors configurés pour tourner dans la chambre de compression autour d’un axe de rotation respectif, les axes de rotation étant verticaux, et
- des éléments à lubrifier montés sur des arbres des rotors,
caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre une pompe à huile comprenant un carter d’huile et au moins une turbine montée sur un des arbres des rotors, la turbine baignant dans un lubrifiant liquide reçu dans une chambre du carter d’huile, la rotation de la turbine entrainant la circulation d’une partie du lubrifiant dans un conduit de lubrification vers les éléments à lubrifier.
En fonctionnement, le moteur entraine les rotors en rotation dans la chambre de compression pour le pompage des gaz dans la partie de pompage sec. Dans le même temps, la rotation des arbres entraine la rotation de la turbine de la pompe à huile. La rotation de la turbine accélère le lubrifiant liquide qui est entrainé radialement par la force centrifuge ou par des éléments mécaniques de la turbine en rotation (aubes ou dents de pignons) dans le conduit de lubrification. La pompe à huile peut alors forcer le lubrifiant à remonter au niveau des éléments à lubrifier situés au-dessus du carter d’huile. La pompe à huile est peu couteuse car elle utilise les mêmes moyens de d’entrainement en rotation que ceux des rotors de la pompe à vide. De plus, la pompe à huile n’a pas de pièces d’usure et est simple à mettre en œuvre.
La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prise seule ou en combinaison.
Selon un premier exemple de réalisation, la pompe à huile est une pompe à aubes, la turbine présentant un disque et au moins une aube saillant d’une face supérieure du disque.
La turbine comporte par exemple entre deux et six aubes courbées, s’étendant sur un arc de cercle compris entre 10° et 120°, par exemple jusqu’au bord du disque de la turbine.
Selon un deuxième exemple de réalisation, la pompe à huile est une pompe centrifuge.
Selon un exemple de réalisation, la turbine de la pompe centrifuge comporte un disque lisse.
Selon un autre exemple de réalisation, la turbine de la pompe centrifuge présente un disque s’étendant par une paroi cylindrique en formant un bol cylindrique, au moins deux trous traversant étant ménagés dans la paroi cylindrique du bol.
Selon un troisième exemple de réalisation, la pompe à huile est une pompe à engrenages, comprenant au moins une turbine montée sur un arbre des rotors, formée par une roue dentée d’un engrenage de synchronisation de la pompe à vide.
Les éléments à lubrifier comprennent par exemple des roues dentées d’un engrenage de synchronisation, montées sur un arbre respectif des rotors et/ou au moins une première paire de paliers montés en bout d’arbre des rotors et/ou au moins une deuxième paire de paliers. L’engrenage de synchronisation et/ou les paires de paliers sont situés le long des arbres des rotors, par exemple au-dessus du carter d’huile.
La pompe à vide peut comporter un canal de retour d’huile ménagé entre les éléments à lubrifier et la chambre du carter d’huile. En fonctionnement, le surplus de lubrification retourne dans le carter d’huile par le canal de retour d’huile.
Le conduit de lubrification peut comporter un conduit d’entrée communiquant avec la chambre du carter d’huile recevant la turbine, orienté tangentiellement ou radialement à la turbine.
Le conduit d’entrée peut comporter une restriction de flux configurée pour accélérer la circulation du lubrifiant par effet Venturi.
Le conduit d’entrée peut être droit et tangent au disque de la turbine.
Selon un exemple de réalisation, l’entrée du conduit d’entrée est en forme de volute. La volute s’enroule en spirale autour d’un disque de la turbine, le diamètre du canal de la volute augmentant par exemple, avec l’approche d’une partie droite et tangentielle du conduit d’entrée. La volute peut s’étendre sur un cercle complet autour du disque, la périphérie du disque formant l’entrée du conduit d’entrée. Dans le cas où la section de la volute augmente en suivant la direction de circulation du lubrifiant, la volute permet de canaliser le lubrifiant dans le conduit de lubrification en limitant les turbulences. Dans le cas où la section de la volute diminue en suivant la direction de circulation du lubrifiant, la volute permet d’accélérer la circulation du lubrifiant dans le conduit de lubrification par effet Venturi.
On peut également prévoir qu’un orifice central traversant soit ménagé dans la turbine pour la fixation de la turbine en bout d’arbre des rotors.
Un autre objet de la présente invention est une pompe à vide comportant :
- un stator comportant au moins une chambre de compression,
- deux rotors configurés pour tourner dans le stator autour d’un axe de rotation respectif, les axes de rotation étant verticaux,
- des éléments à lubrifier montés sur des arbres des rotors,
- un moteur configuré pour entrainer les arbres des rotors en rotation,
caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre une pompe à huile externe comprenant des moyens propres d’entrainement en rotation pour entrainer la circulation d’une partie du lubrifiant contenu dans un carter d’huile de la pompe à vide vers les éléments à lubrifier.
Du fait qu’elle possède des moyens d’entrainement en rotation propres, le débit de lubrifiant liquide mis en circulation par la pompe à huile externe est indépendant de la vitesse de rotation de la pompe à vide. Il est alors possible de régler précisément le débit de lubrification souhaité sans dépendre de la fréquence de la pompe à vide. On peut notamment s’assurer d’un débit de lubrification constant même en cas de vitesse réduite de la pompe à vide.
La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prise seule ou en combinaison.
La pompe à huile externe peut être une pompe à huile volumétrique, telle qu’une pompe à palettes.
Dans ce cas, le débit de lubrification souhaité peut alors être réglé sans dépendre de la viscosité de l’huile.
La pompe à huile externe peut également être une pompe à huile non volumétrique, telle qu’une pompe centrifuge.
Dans ce cas, la pompe à vide peut comporter un capteur de température configuré pour mesurer la température du lubrifiant liquide et une unité de contrôle reliée au capteur de température, configurée pour contrôler la vitesse de rotation des moyens d’entrainement en rotation de la pompe à huile externe pour contrôler le débit de lubrification en fonction de la température mesurée.
Un autre objet de la présente invention est une pompe à vide comportant deux unités de pompes à vide comportant chacune :
- un stator comportant au moins une chambre de compression,
- deux rotors configurés pour tourner dans une chambre de compression du stator autour d’un axe de rotation respectif,
- des éléments à lubrifier montés sur des arbres des rotors, et
- un moteur configuré pour entrainer les rotors en rotation.
Les axes de rotation des unités de pompes à vide sont verticaux.
La pompe à vide comporte en outre une pompe à huile externe comprenant des moyens propres d’entrainement en rotation pour entrainer la circulation d’une partie du lubrifiant contenu dans un carter d’huile de chaque unité de pompe à vide vers les éléments à lubrifier. Plus précisément par exemple, la pompe à huile externe force la circulation du lubrifiant dans un conduit de lubrification commun aux deux unités de pompes à vide, vers les éléments à lubrifier de chaque unité.
Brève description des figures
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
La est une représentation schématique d’une pompe à vide.
La est une vue partielle en coupe longitudinale de la pompe à vide de la , selon un premier mode de réalisation.
La est une vue partielle en coupe transversale d’une pompe à huile de la pompe à vide de la .
La est une vue en perspective de la turbine de la pompe à huile de la .
La est une vue en coupe transversale d’une pompe à huile selon une première variante de réalisation.
La est une vue similaire à la d’une pompe à huile selon une deuxième variante de réalisation.
La montre une vue en coupe longitudinale d’une pompe à huile d’une pompe à vide selon un deuxième mode de réalisation.
La montre une vue en perspective d’une turbine de la pompe à huile de la .
La montre une vue partielle en coupe transversale d’une pompe à huile selon une variante de réalisation.
La montre une vue en coupe longitudinale d’une pompe à vide selon un troisième mode de réalisation.
La montre une vue partielle de dessus d’une pompe à huile de la pompe à vide de la .
La montre une vue en perspective d’une turbine de la pompe à huile de la .
La montre une vue en coupe transversale de la pompe à huile de la .
La est une représentation schématique d’une pompe à vide selon une variante de réalisation.
La est une représentation schématique d’une pompe à vide selon une autre variante de réalisation.
La est une représentation schématique d’une pompe à vide selon un quatrième mode de réalisation.
La montre une vue en coupe transversale de la pompe à vide de la .
La montre une vue en coupe transversale d’une pompe à huile de la pompe à vide de la .
La montre une pompe à vide selon une autre invention.
La montre une variante de réalisation de la pompe à vide de la .
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.
L’invention s’applique à tout type de pompe à vide sèche, monoétagée ou multiétagée, c’est-à-dire comportant un ou plusieurs étages, telle que comprenant un à dix étages de pompage. Cette pompe à vide peut être une pompe à vide primaire multiétagée 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.
Dans la description, la direction longitudinale ou axiale est parallèle aux axes de rotation des arbres. La direction transversale est la direction perpendiculaire à la direction axiale de rotation. La direction verticale est la direction parallèle à la direction de la pesanteur. La direction horizontale appartient à un plan perpendiculaire à la verticale.

Claims (14)

  1. Pompe à vide (1) comportant :
    - un stator (4) comportant au moins une chambre de compression (5),
    - deux rotors (6) configurés pour tourner dans la chambre de compression (5) autour d’un axe de rotation (I-I) respectif, les axes de rotation (I-I) étant verticaux, et
    - des éléments à lubrifier montés sur des arbres (7) des rotors (6),
    caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte en outre une pompe à huile (9) comprenant un carter d’huile (13) et au moins une turbine (14) montée sur un des arbres (7) des rotors (6), la turbine (14) baignant dans un lubrifiant liquide reçu dans une chambre du carter d’huile (13), la rotation de la turbine (14) entrainant la circulation d’une partie du lubrifiant dans un conduit de lubrification (15) vers les éléments à lubrifier.
  2. Pompe à vide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à huile (9) est une pompe à aubes, la turbine (14) présentant un disque (16) et au moins une aube (17) saillant d’une face supérieure du disque (16).
  3. Pompe à vide (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la turbine (14) comporte entre deux et six aubes (17) courbées, s’étendant sur un arc de cercle compris entre 10° et 120°, jusqu’au bord du disque (16) de la turbine (14).
  4. Pompe à vide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à huile (9) est une pompe centrifuge.
  5. Pompe à vide (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la turbine (14) comporte un disque (16) lisse.
  6. Pompe à vide (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la turbine (14) présente un disque (16) s’étendant par une paroi cylindrique (24) en formant un bol cylindrique, au moins deux trous (23) traversant étant ménagés dans la paroi cylindrique (24) du bol.
  7. Pompe à vide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à huile (9) est une pompe à engrenages, la au moins une turbine (14) montée sur un arbre (7) des rotors (6) étant formée par une roue dentée (12) d’un engrenage de synchronisation de la pompe à vide (1).
  8. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les éléments à lubrifier comprennent des roues dentées (12) d’un engrenage de synchronisation, montées sur un arbre (7) respectif des rotors (6).
  9. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments à lubrifier comprennent au moins une première paire de paliers (10) montés en bout d’arbre des rotors (6) et/ou au moins une deuxième paire de paliers (11), situées le long des arbres (7) des rotors (6), au-dessus du carter d’huile (13).
  10. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit de lubrification (15) comporte un conduit d’entrée (20) communiquant avec la chambre du carter d’huile (13) recevant la turbine (14), orienté tangentiellement ou radialement à la turbine (14).
  11. Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le conduit d’entrée (20) comporte une restriction de flux (27) configurée pour accélérer la circulation du lubrifiant par effet Venturi.
  12. Pompe à vide (1) selon l’une des revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu’une entrée (22) du conduit d’entrée (20) est en forme de volute.
  13. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un canal de retour d’huile (25) ménagé entre les éléments à lubrifier et la chambre du carter d’huile (13).
  14. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’un orifice central (18) traversant est ménagé dans la turbine (14) pour la fixation de la turbine (14) en bout d’arbre des rotors (6).
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