WO2014072452A1 - Dispositif de pompage, comprenant un ensemble de pompes en series et un element de commutation commun - Google Patents
Dispositif de pompage, comprenant un ensemble de pompes en series et un element de commutation commun Download PDFInfo
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- WO2014072452A1 WO2014072452A1 PCT/EP2013/073344 EP2013073344W WO2014072452A1 WO 2014072452 A1 WO2014072452 A1 WO 2014072452A1 EP 2013073344 W EP2013073344 W EP 2013073344W WO 2014072452 A1 WO2014072452 A1 WO 2014072452A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/06—Combinations of two or more pumps
Definitions
- the subject of the invention is a pumping device comprising several pumps in series and a common switching element.
- Such pump assemblies comprise several stages making it possible to improve the vacuum within an enclosure. Some of the floors require the establishment of a preliminary vacuum, in order to operate in good conditions and then improve the ultimate pressure in the enclosure.
- a primary pump operates in a range of 10 3 mbar (air) to 10 "-3 mbar
- a turbo pump operates in the range of 10 to 1 mbar below 10" 9 mbar. It is thus necessary to pump the turbopump before being able to operate it.
- the primary pump 1 is connected to the secondary pump 2 by a first duct 4, the secondary pump 2 is connected to the chamber to be pumped 3 by a second duct 5, and the ducts 4 and 5 are directly connected to each other by the bypass 6.
- Valves 7, 8 and 9 are respectively established on the second conduit 5, the first conduit 4 and the bypass 6.
- the installations are supplied from separate elements and the valves 7, 8 and 9 are independently controlled by different means.
- the object of the invention is to improve such devices by allowing easier control of the switching between the normal state of pumping, where the pumps are all active simultaneously, and the initialization state where the bypass 6 is used to bypass the secondary pump 2 in order to pre-pump the enclosure to be pumped 3.
- the invention relates to a pumping device, comprising at least two pump stages, one of the stages comprising at least one primary pump and the other of the stages at least one secondary pump, the primary pump. communicating with an atmosphere and the pump secondary to a chamber or enclosure to be depressed with respect to the atmosphere, a conduit connecting the primary pump to the chamber by the primary pump and the secondary pump, a bypass being formed on the conduit in bypassing the secondary pump, the bypass being provided with a valve and the duct being provided with two other valves on either side of the secondary pump, characterized in that it comprises a man-machine interface comprising a single joystick and a control system of the valves, the lever being movable alternately between two main positions and by at least one intermediate position, the positions comprising successively a first of main positions where the bypass valve is closed and the other two valves are open; the intermediate position, where the bypass valve is closed, a first of the other two valves is closed and a second of the other two valves is open; and a second of the
- the invention is based on the observation that a correct switching between the two main states, in a direction or the opposite direction, can be obtained by performing an invariable sequence of actuation of the valves, and that it is then advantageous for the simplicity of the maneuver and the elimination of the risks of errors, to make relieve the immutable sequencing of a single handle.
- the controller may be designed to oscillate the system between the two main states, the intermediate states being transient, but also, which will often be preferred, to stop the system at least some of the intermediate states or all these intermediate states, since by example of maintenance pumps can be performed in the states where these pumps are isolated. Pumping can during this time be continued bypassing the isolated pumps, either by the bypass or by parallel pumping branches when they exist.
- the single joystick may consist of a lever or a handle moved to one or the other of the stable operating positions of the system, by passing the system successively by all the states provided in the sequence, by traversing at least a portion of this and, in order to obtain the desired state of the sequence, respecting the immutable order of the valves to be actuated.
- the invention is therefore based on the idea that there exists, for such pump assemblies, a sequence of states, which can be traversed immovably, over variable portions, which depend on the desired operating mode, by a unique joystick, which simplifies the work of the operator, by dispensing him from resorting to complex maneuvers requiring reflection, more than he has to move the joystick to the state of the assembly he wishes to order successively all intermediate modes; it can, however, linger at will on each intermediate mode, if it deems it useful, which is another advantage of the invention.
- the main states of the system will frequently be at the extreme positions of the sequence, but this is not mandatory either, and the extreme positions of the command may also be occupied by unusual system states.
- FIG. 1 illustrates a pumping device on which the invention can find employment
- FIGS 2, 3 and 4 illustrate more complex pumping devices
- FIG. 6 illustrates a controller that can be associated with this device.
- the operation can be summarized by Table 1 (at the end of this description).
- Bypass status (where valve 9 is alone open) makes it possible to lower the pressure of the chamber 3 to a value compatible with correct operation of the secondary pump 2, and the prepumping state (where the valve 8 is only open) lowers the pressure in the secondary pump 2 and allows him to become or stay active.
- the system is successively switched between the bypass state, the pre-pump state and the normal state (where the valves 7 and 8 are both open) and vice versa.
- a fourth state called insulation
- this state opens the valve 7 and closes the valves 8 and 9.
- a transient state when from which the secondary pump pumps its own discharge.
- a stop state in which the valves 7, 8 and 9 are all closed.
- the sequence of states described in Table 2 includes the Bypass -> Isolation subsection.
- the passage to the insulation state causes the chamber 3 to be repassed by the secondary pump 2, while the discharge of the secondary pump 2 is not insured, which could, in the long term, degrade the performance of the secondary pump 3.
- the states of pumping previously defined can be arranged in the following order: Normal, Isolation, Prepumping, Off, Bipass. This order has the advantage of placing the main states in extreme positions of the sequence of states.
- the sequence thus described includes the section Isolation ⁇ -> Prepumping, which involves the logical reversal of the valves 7 and 8 during these two transient states.
- one of the main states of the extreme position of the sequence of states can be off-set, for example Isolation, Normal, Prepumping, Off, Bipass.
- This sequence of states avoids potential disadvantages previously mentioned concerning the state sequences previously described, and partly summarized in Tables 1 and 2.
- the invention can be implemented with more complicated devices, such as that shown in Figure 2 and comprises two parallel branches occupied by two secondary pumps 2 and 102; the additional secondary pump 102 is located at the junction of two leads 104 and 105 connected to the main ducts 4 and 5. Valves 107 and 108 are respectively located on the branches 105 and 104.
- the secondary pumps 2 and 102 can be controlled in a common or undifferentiated manner and the valves 107 and 108 will then be controlled together with the valves 7 and 8, according to the principles summarized in Table 1 or 2.
- Table 3 O: valve open, F: valve closed).
- the state 1 is a normal state of pumping, the two branches corresponding to the two secondary pumps 2 and 102 being open and the bypass 6 being closed;
- the state 2 is a state where the first branch is isolated and can be ventilated, the second branch continuing the pumping of the enclosure 3;
- the state 3, a state where only the valves 8 and 107 are open, the first branch is pre-pumped by the primary pump 1 and the second branch communicates with the enclosure 3, without feeding the primary pump 1;
- the state 4 is a state of isolation of the enclosure 3 and pre-pump of the two secondary pumps 2 and 102;
- the states 5 and 6 are states in which the state 5 is symmetrical with the state 3 (the first branch communicates with the enclosure 3 and the second branch is pre-pumped), and where the state 6 corresponds to an isolation of the second branch, for ventilation and pumping of the chamber 3 by the secondary pump 2 without pumping the discharge by the primary pump 1;
- the state 7, symmetrical of the state 2 is a state where the first branch is open and participates
- Such successions of steps make it possible to choose whether the enclosure 3 is pumped by one or the other of the two branches of the secondary enclosure, or by both simultaneously.
- Some states of device allow the isolation of the enclosure 3 or each of the two branches of the secondary stage, allowing the ventilation thereof before prepumping, while preserving the pumping state of the remaining elements of the pumping devices.
- This succession of steps is given for purely illustrative purposes, many others being possible between the extreme states that correspond to the most normal operations, according to the transient states that we want to obtain.
- An advantage of the invention is more generally that the intermediate states, corresponding to the isolation of one or the other of the pumps, can easily be achieved.
- the pumps do not participate in pumping and are closed at least on the side of the atmosphere, while possibly being open on the side of the depression.
- the pumping continues with the other pumps of the device, while the isolated pump can be either left at rest, while establishing a partial vacuum in the enclosure, or be subjected to a maintenance operation.
- FIGS. 3 and 4 illustrate more than two pump stages in series, a tertiary pump 10, or a quaternary pump 11 being added to the device of Figure 1.
- the second conduit 5 no longer leads then to the chamber 3, but to the tertiary pump 10.
- a third conduit 12 connects the tertiary pump 10 to the quaternary pump 11 or the enclosure 3.
- a fourth conduit 13 eventually connects the quaternary pump 11 to the enclosure 3 .
- Each of the tertiary 10 and quaternary pumps 11 can be isolated by additional valves, respectively 14, 15, 16 and 17.
- the bypass, now referenced 20, then comprises as many portions as intermediate pumps, namely a first portion 21 bypassing the secondary pump 2 and identical to the bypass 6 of the embodiment of Figure 1, a second portion 22 bypassing the tertiary pump 10 and the third portion 23 bypassing the quaternary pump 11.
- Each of the portions leads to the main line of the pumping circuit on both sides of the intermediate pump that it bypasses, but the portions 21, 22 and 23 are all in communication, so as to directly connect the primary pump 1 to the enclosure 3.
- Each of the portions 21, 22 and 23 is provided with a valve 24, 25 or 26 identical to the valve 9.
- Tables 4 and 5 represent successive possible states of switching of this device.
- the bypass be composed of portions, each parallel to one of the secondary pumps (here called secondary pump, tertiary, quaternary, etc.) and which bypasses the pump in question, the bypass being however unitary since its portions are in extension; the valves are placed so as to allow each portion of the bypass to be closed individually and to isolate each of the secondary pumps; communication ducts connect the bypass portions to the duct portions on either side of the secondary pumps.
- the control sequence may comprise intermediate states making it possible to isolate each of the secondary pumps while opening the portion of the corresponding bypass, the pumping proceeding by the other secondary pumps and the primary pump, and the other portions of the bypass being closed. It is then possible to stop one of the pumps, while continuing the pumping with characteristics little altered, since only one of the pumps is stopped.
- Table 4 summarizes a behavior of the pumping system in which the secondary pump 2 pumps on the tertiary pump 10 so that the pump 10 can pump on the chamber 3. If it is necessary to pump the chamber 3 by means of the tertiary pump 10 without the contribution of the secondary pump 2, simply reverse these respective roles. In order to obtain the corresponding operating states, it is sufficient to extend Table 4 so as to make them appear beyond the normal state. This is shown in Table 6. Such an extension may also be considered for Table 5 for secondary, tertiary and quaternary pumps. In general, Tables 3, 4, 5 and 6 are provided for illustrative purposes of the scope of the invention.
- the invention applies in the same way with parallel branches and bypass completely separated and leading to the enclosure to be pumped by separate taps, instead of a single tap as shown. It also applies to a mixed, parallel and series assembly, the branches being able to be different from each other, with for example a branch composed of two pumping stages (secondary and tertiary), and the other, parallel to the first, composed of a secondary pumping stage.
- An immutable switching mode being conceivable, it may depend on a single joystick disposed on a control interface by an operator.
- This joystick is movable in a back-and-forth movement, passing it through all the states of the sequence. It can be rotating, rotating or translative. It is advantageously provided with indexes that describe the different states reached.
- the control interface can be electric, mechanical or pneumatic.
- a mechanical interface could include a drawer provided with parallel cams, respectively actuating each of the valves.
- An electrical interface could include switches controlled by an established contact on the joystick.
- the manual control directly operated by the user can be replaced by a button interface or equivalent means including the possibility of choosing the state in which should be the pumping assembly.
- an automaton triggers the series of successive states, obtained for each state according to the same sequence of actuation of valves, to obtain the desired end state.
- an immutable sequence of valve states is traversed in one direction or the other.
- the main or usual states of the system will often be the extreme states of the sequence, but it will generally be possible to stop the control at least some of the intermediate states, which will then be stable rather than transient.
- the stable states of the sequence will be defined by constructing the joystick. It will be assumed here that all the states of the sequence can be controlled stably.
- FIG. 5 represents the electrical control diagram of the valves 7,
- valve 7 is controlled by a double solenoid 36 and 37 whose first control is opened and the second closing, the valve 7 being bistable operation; and single solenoids 38 and 39 control the valves 8 and 9, and precisely their opening when they are excited, these valves being closed at rest (monostable).
- Switches 30, 31, 32 and 33 respectively control the switching on of the normal mode, the prepump mode, the stop mode (isolation) and the bypass mode, defined from Table 2.
- a DC voltage source 34 extends on one side of these switches 30 and 33, and on the other side there are electric lines passing through the solenoids 36 to 39 and ending in a mass 35.
- the switch 30 When the switch 30 is closed, the normal mode is switched on, and the electric current flows from the source 34 to the ground 35, via lines 40 and 41 which pass through the solenoids 36 and 38 for opening the valves. 7 and 8.
- the switch 31 When the switch 31 is closed, the prepump mode is switched on and the current flows again through the line 41 to maintain the opening of the valve 8, but it also flows through the line 42, passing through the solenoid 37, which controls the closing of the valve 7.
- the lines 40, 41, 42 and 43 are interrupted by switches 44 which are logic means for, in relation to the opening or closing state of the valves 7, 8 and 9, to allow the actual passage of the currents in these lines by necessarily respecting the requested sequencing.
- Each of the switches 30 to 33 still leads to ground 35 by branches including respective indicator lamps 45, indicating the selected mode. Valve opening indicators and performance indicators for each mode can also be added.
- FIG. 6 shows that the control device may consist of a handle 46 in the form of a knurled knob rotating about a central axis and comprising a lower contact 47 able to rub successively on the switches 30, 31, 32 and 33 under to close them.
- Indexes 48 placed in front of the switches 30 to 33 and the contact 47 visually indicate the states reached.
- An abutment 49 may limit the angular movement of the button.
- a controller 46 has been described until now whose movement successively controls each of the states of the sequence, explicitly for their operator. This, however, would not be necessary, and it would be possible to use a joystick, which would control explicitly only some states of the sequence, the others being transient states traveled automatically.
- the device of FIG. 5 could be completed by a four-button control portion 50, 51, 52 and 53, calling each of the modes, connected to a controller 54, which would successively control the switches 30, 31, 32 and 33, according to the necessary sequence, by logic means and actuators, respecting the necessary transient states.
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Abstract
Ce dispositif comprend au moins deux étages de pompes (1, 2) placées en succession pour vider une enceinte (3), et comprend un circuit de commande des vannes (7, 8, 9) qui permet de les commuter à l'intérieur d'une séquence unique, invariable et dans un sens ou dans l'autre, pour faire passer successivement le système par les différents états souhaités. On évite ainsi des manipulations compliquées et pouvant être génératrices d'erreurs.
Description
DISPOSITIF DE POMPAGE,
COMPRENANT UN ENSEMBLE DE POMPES EN SERIES ET UN ELEMENT DE COMMUTATION COMMUN DESCRI PTION
Le sujet de l'invention est un dispositif de pompage comprenant plusieurs pompes en séries et un élément de commutation commun.
De tels ensembles de pompage comprennent plusieurs étages permettant d'améliorer le vide au sein d'une enceinte. Certains des étages nécessitent l'établissement d'un vide primaire préalable, afin d'opérer dans de bonnes conditions et d'alors améliorer la pression ultime dans l'enceinte. Par exemple, une pompe primaire opère sur une plage de 10+3 mbars (atmosphère) à 10"3 mbar, tandis qu'une turbopompe opère dans la plage de 10 1 mbar à au-dessous de 10"9 mbar. I l faut ainsi pomper la turbopompe avant de pouvoir l'opérer.
Afin d'améliorer le fonctionnement d'une telle pompe secondaire au démarrage et à l'arrêt du procédé de pompage et de gagner du temps, on peut avoir recours à un système de bipasse, qui permet d'isoler temporairement la turbopompe en fonctionnement pendant que la pompe primaire est utilisée, afin de réaliser un vide primaire dans l'enceinte à pomper.
On arrive alors au schéma de la Figure 1. La pompe primaire 1 est reliée à la pompe secondaire 2 par un premier conduit 4, la pompe secondaire 2 est reliée à l'enceinte à pomper 3 par un deuxième conduit 5, et les conduits 4 et 5 sont reliés directement entre eux par la bipasse 6. Des vannes 7, 8 et 9 sont établies respectivement sur le second conduit 5, le premier conduit 4 et la bipasse 6. Dans l'état de l'art connu, les installations sont fournies à partir d'éléments séparés et les vannes 7, 8 et 9 sont commandées indépendamment par des moyens différents.
L'objet de l'invention est d'améliorer de tels dispositifs en permettant une commande plus facile de la commutation entre l'état normal de pompage, où les pompes sont toutes actives simultanément, et l'état d'initialisation où la bipasse 6 est
utilisée pour contourner la pompe secondaire 2 afin d'effectuer le prépompage de l'enceinte à pomper 3.
Sous une forme générale, l'invention est relative à un dispositif de pompage, comprenant au moins deux étages de pompes, l'un des étages comprenant au moins une pompe primaire et l'autre des étages au moins une pompe secondaire, la pompe primaire communiquant à une atmosphère et la pompe secondaire à une chambre ou enceinte à mettre en dépression par rapport à l'atmosphère, un conduit reliant la pompe primaire à la chambre par la pompe primaire et la pompe secondaire, une bipasse étant formée sur le conduit en contournant la pompe secondaire, la bipasse étant munie d'une vanne et le conduit étant muni de deux autres vannes de part et d'autre de la pompe secondaire, caractérisé en ce qu'il comprend une interface homme-machine comprenant une manette unique et un système de commande des vannes, la manette étant mobile alternativement entre deux positions principales et par au moins une position intermédiaire, les positions comprenant successivement une première des positions principales où la vanne de la bipasse est fermée et les deux autres vannes sont ouvertes ; la position intermédiaire, où la vanne de la bipasse est fermée, une première des deux autres vannes est fermée et une seconde des deux autres vannes est ouverte ; et une seconde des positions principales où la vanne de la bipasse est ouverte tandis que les deux autres vannes sont fermées.
L'invention repose sur la constatation qu'une commutation correcte entre les deux états principaux, dans un sens ou le sens inverse, peut être obtenue en effectuant une séquence invariable d'actionnement des vannes, et qu'il est alors avantageux, pour la simplicité de la manœuvre et la suppression des risques d'erreurs, de faire déprendre le séquencement immuable d'une seule manette.
La manette peut être conçue pour faire osciller le système entre les deux états principaux, les états intermédiaires étant transitoires, mais aussi, ce qui sera souvent préféré, pour arrêter le système à au moins certains des états intermédiaires voire tous ces états intermédiaires, puisque par exemple des maintenances des pompes peuvent être réalisées dans les états où ces pompes sont isolées. Le pompage peut
pendant ce temps être poursuivi en contournant les pompes isolées, soit par la bipasse, soit par des branches de pompage parallèles quand elles existent.
La manette unique peut consister en un levier ou une poignée déplacée à l'une ou l'autre des positions de fonctionnement stable du système, en faisant passer le système successivement par tous les états prévus dans la séquence, en parcourant au moins une portion de celle-ci et, afin d'obtenir l'état souhaité de la séquence, en respectant l'ordre immuable des vannes à actionner. L'invention repose donc sur l'idée qu'il existe, pour de tels ensembles de pompage, une séquence d'états, qui peut être parcourue de manière immuable, sur des portions variables, qui dépendent du mode de fonctionnement souhaité, par une manette unique, qui simplifie le travail de l'opérateur, en le dispensant de recourir à des manœuvres complexes demandant de la réflexion, piusqu'il a seulement à déplacer la manette à l'état de l'ensemble qu'il souhaite pour commander successivement tous les modes intermédiaires ; il peut toutefois s'attarder à volonté sur chaque mode intermédiaire, s'il le juge utile, ce qui est un autre avantage de l'invention.
Les états principaux du système seront fréquemment aux positions extrêmes de la séquence, mais cela n'est pas non plus obligatoire, et les positions extrêmes de la commande pourront aussi être occupées par des états inhabituels du système.
Certaines réalisations particulières de l'invention seront maintenant décrites complètement, en liaison aux figures suivantes, qui sont données à titre purement ill ustratif :
- la Figure 1 illustre un dispositif de pompage sur lequel l'invention peut trouver emploi ;
- les Figures 2, 3 et 4 illustrent des dispositifs de pompage plus complexes ;
- la Figure 5 illustre un mécanisme de commande ; et
- la Figure 6 illustre une manette pouvant être associée à ce dispositif. Dans le cas simple de la Figure 1, le fonctionnement peut être résumé par le Tableau 1 (à la fin de cette description). L'état de bipasse (où la vanne 9 est seule
ouverte) permet d'abaisser la pression de l'enceinte 3 à une valeur compatible avec un fonctionnement correct de la pompe secondaire 2, et l'état de prépompage (où la vanne 8 est seule ouverte) abaisse la pression dans la pompe secondaire 2 et lui permet de devenir ou de rester active. Le système est successivement commuté entre l'état de bipasse, l'état de prépompage et l'état normal (où les vannes 7 et 8 sont toutes deux ouvertes) et vice-versa.
Afin d'effectuer de la maintenance sur la pompe primaire 1 tout en maintenant le pompage secondaire sur l'enceinte 3, il est possible d'insérer un quatrième état, dit d'isolation, entre les états de prépompage et de bipasse. Ainsi que représenté dans le Tableau 2, cet état ouvre la vanne 7 et ferme les vannes 8 et 9. Dans ce cas, lorsque l'on transite de l'état de bipasse à celui d'isolation, il peut survenir un état transitoire lors duquel la pompe secondaire pompe son propre refoulement. Afin d'éviter cet état transitoire, mais aussi afin d'effectuer de la maintenance sur l'étage secondaire, on peut alors insérer, entre l'état de bipasse et celui d'isolation, un cinquième état, dit d'arrêt, dans lequel les vannes 7, 8 et 9 sont toutes fermées.
La séquence d'états décrite selon le Tableau 2 inclut la sous-section Bipasse -> Isolation. Dans ce cas, lorsque l'enceinte 3 est repompée par la pompe primaire 1 au moyen de l'état de bipasse, le passage a l'état d'isolation fait repomper l'enceinte 3 par la pompe secondaire 2 alors que le refoulement de la pompe secondaire 2 n'est pas assuré, ce qui pourrait, à terme, dégrader les performances de la pompe secondaire 3. Selon une autre alternative, qui maintient l'ordre immuable de commutation des vannes 7, 8 et 9, les états de pompage précédemment définis peuvent êtres agencés dans l'ordre suivant : Normal, Isolation, Prépompage, Arrêt, Bipasse. Cet ordre a l'avantage de placer les états principaux en positions extrêmes de la séquence d'états. En revanche, la séquence ainsi décrite inclut la section Isolation <-> Prépompage, qui implique le renversement logique des vannes 7 et 8 lors de ces deux états transitoires. Afin d'éviter l'usure des vannes, on peut déporter un des états principaux de la position extrême de la séquence d'états, par exemple Isolation, Normal, Prépompage, Arrêt, Bipasse. Cette séquence d'états permet d'éviter les désavantages potentiels
précédemment évoqués concernant les séquences d'états décrites auparavant, et en partie résumées dans les Tableaux 1 et 2.
L'invention peut être mise en œuvre avec des dispositifs plus compliqués, tels que celui qui est représenté à la Figure 2 et comprend deux branches parallèles occupées par deux pompes secondaires 2 et 102 ; la pompe secondaire 102 supplémentaire est située à la jonction de deux dérivations 104 et 105 reliées aux conduits 4 et 5 principaux. Des vannes 107 et 108 sont situées respectivement sur les dérivations 105 et 104. Les pompes secondaires 2 et 102 peuvent être commandées de façon commune ou indifférenciée et les vannes 107 et 108 seront alors commandées en même temps que les vannes 7 et 8, selon les principes résumés dans le Tableau 1 ou 2. Des fonctionnements plus compliqués du dispositif sont toutefois possibles, tels que celui qui est résumé par le Tableau 3 (O : vanne ouverte ; F : vanne fermée). L'état 1 est un état normal de pompage, les deux branches correspondant aux deux pompes secondaires 2 et 102 étant ouvertes et la bipasse 6 étant fermée ; l'état 2 est un état où la première branche est isolée et peut être ventilée, la seconde branche continuant le pompage de l'enceinte 3 ; l'état 3, un état où seules les vannes 8 et 107 sont ouvertes, la première branche subit un prépompage par la pompe primaire 1 et la seconde branche communique à l'enceinte 3, sans gavage de la pompe primaire 1 ; l'état 4 est un état d'isolation de l'enceinte 3 et de prépompage des deux pompes secondaires 2 et 102 ; les états 5 et 6 sont des états où l'état 5 est symétrique de l'état 3 (la première branche communique à l'enceinte 3 et la seconde est prépompée), et où l'état 6 correspond à une isolation de la seconde branche, pour ventilation et à un pompage de l'enceinte 3 par la pompe secondaire 2 sans pompage du refoulement par la pompe primaire 1 ; l'état 7, symétrique de l'état 2, est un état où la première branche est ouverte et participe au pompage de l'enceinte 3, et la seconde reste isolée et peut être ventilée; l'état 8 est un état où l'enceinte 3 est isolée, la seconde branche isolée aussi et la pompe primaire 1 effectue le prépompage de la pompe secondaire 2 ; enfin l'état 9 est l'état de pompage par la bipasse 6, les deux branches étant isolées. De telles successions d'étapes permettent de choisir si l'enceinte 3 est pompée par l'une ou l'autre des deux branches de l'enceinte secondaire, ou encore par les deux simultanément. Certains états du
dispositif permettent l'isolation de l'enceinte 3 ou encore de chacune des deux branches de l'étage secondaire, permettant la ventilation de celles-ci avant le prépompage, tout en préservant l'état de pompage des éléments restants des dispositifs de pompage. Cette succession d'étapes est donnée à titre purement illustratif, bien d'autres étant possibles entre les états extrêmes qui correspondent aux fonctionnements les plus normaux, selon les états transitoires qu'on veut obtenir.
Un avantage de l'invention est plus généralement que les états intermédiaires, correspondant à l'isolement de l'une ou l'autre des pompes, peuvent facilement être atteints. Dans ces états d'isolement, les pompes ne participent pas au pompage et sont fermées au moins du côté de l'atmosphère, tout en pouvant éventuellement être ouvertes du côté de la dépression. Le pompage continue avec les autres pompes du dispositif, alors que la pompe isolée peut être soit laissée au repos, pendant qu'on établit un vide partiel dans l'enceinte, ou être soumise à une opération de maintenance.
D'autres dispositifs plus complexes sont représentés aux Figures 3 et 4 et illustrent plus de deux étages de pompes en série, une pompe tertiaire 10, voire une pompe quaternaire 11 étant ajoutées au dispositif de la Figure 1. Le deuxième conduit 5 ne mène plus alors à l'enceinte 3, mais à la pompe tertiaire 10. Un troisième conduit 12 relie la pompe tertiaire 10 à la pompe quaternaire 11 ou à l'enceinte 3. Un quatrième conduit 13 relie éventuellement la pompe quaternaire 11 à l'enceinte 3.
Chacune des pompes tertiaire 10 et quaternaire 11 peut être isolée par des vannes supplémentaires, respectivement 14, 15, 16 et 17. La bipasse, maintenant référencée par 20, comprend alors autant de portions que de pompes intermédiaires, à savoir une première portion 21 contournant la pompe secondaire 2 et identique à la bipasse 6 de la réalisation de la Figure 1, une seconde portion 22 contournant la pompe tertiaire 10 et la troisième portion 23 contournant la pompe quaternaire 11. Chacune des portions aboutit à la ligne principale de circuit de pompage de part et d'autre de la pompe intermédiaire qu'elle contourne, mais les portions 21, 22 et 23 sont toutes en communication, de manière à permettre de relier directement la pompe primaire 1 à
l'enceinte 3. Chacune des portions 21, 22 et 23 est pourvue d'une vanne 24, 25 ou 26 identique à la vanne 9.
Les Tableaux 4 et 5 représentent des états possibles successifs de commutation de ce dispositif.
Dans ce genre de dispositif à plusieurs branches parallèles, il est donc avantageux de prévoir des états intermédiaires où chacune des branches est isolée, ces pompes ne participant pas au pompage, alors que les autres branches restent actives mais la bipasse 6 reste fermée.
Dans ce genre de dispositif, à au moins trois étages de pompes, il est avantageux que la bipasse soit composée de portions, chacune parallèle à l'une des pompes secondaires (appelées ici pompe secondaire, tertiaire, quaternaire, etc.) et qui contourne la pompe en question, la bipasse étant toutefois unitaire puisque ses portions sont en prolongement ; les vannes soient placées de façon à permettre de fermer individuellement chacune des portions de la bipasse et d'isoler chacune des pompes secondaires ; des conduits de communications relient les portions de bipasse aux portions de conduits de part et d'autre des pompes secondaires. Dans une telle configuration, la séquence de commande peut comprendre des états intermédiaires permettant d'isoler chacune des pompes secondaires tout en ouvrant la portion du bipasse correspondante, le pompage se poursuivant par les autres pompes secondaires et la pompe primaire, et les autres portions de la bipasse étant fermées. Il est alors possible d'arrêter une des pompes, tout en poursuivant le pompage avec des caractéristiques peu altérées, puisqu'une seule des pompes est à l'arrêt.
Le Tableau 4 résume un comportement du système de pompage au cours duquel la pompe secondaire 2 pompe sur la pompe tertiaire 10 afin que la pompe 10 puisse pomper sur l'enceinte 3. S'il est nécessaire de pomper l'enceinte 3 au moyen de la pompe tertiaire 10 sans l'apport de la pompe secondaire 2, il suffit d'inverser ces rôles respectifs. Afin d'obtenir les états de fonctionnement correspondants, il suffit d'étendre le Tableau 4 de façon à les faire apparaître au-delà de l'état normal. Ceci est représenté dans le Tableau 6. Une telle extension peut aussi être envisagée pour le Tableau 5 concernant les pompes secondaire, tertiaire et quaternaire.
De façon générale, les Tableaux 3, 4, 5 et 6 sont fournis a titre illustratif de la portée de l'invention. En effet, et ainsi que décrit dans le cas de la Figure 1 et des Tableaux 1 et 2 correspondants, il est possible d'éviter certains désavantages potentiels (par exemple le pompage d'un étage de son propre refoulement ; ou encore le suractionnement de vannes lors du passage d'un état principal a un autre via un ou plusieurs états intermédiaires) en insérant des états intermédiaires supplémentaires et/ou encore en altérant la séquence d'états.
L'invention s'applique de la même façon avec des branches parallèles et une bipasse complètement séparées et aboutissant à l'enceinte à pomper par des piquages séparés, au lieu d'un piquage unique comme on l'a représenté. Elle s'applique aussi à un ensemble mixte, parallèle et série, les branches pouvant être différentes les unes des autres, avec par exemple une branche composée de deux étages de pompage (secondaire et tertiaire), et l'autre, en parallèle à la première, composée d'un étage de pompage secondaire.
Un mode de commutation immuable étant envisageable, il peut dépendre d'une manette unique disposée sur une interface de commande par un opérateur. Cette manette est mobile dans un mouvement de va-et-vient, la faisant passer par tous les états de la séquence. Elle peut être tournante, rotative ou translative. Elle est avantageusement munie d'index qui décrivent les différents états atteints. L'interface de commande peut être électrique, mécanique ou pneumatique. Une interface mécanique pourrait comprendre un tiroir muni de cames parallèles, actionnant respectivement chacune des vannes. Une interface électrique pourrait comprendre des interrupteurs commandés par un contact établi sur la manette. Une multitude de solutions est possible pour l'homme du métier.
En variante, la commande manuelle directement opérée par l'utilisateur peut être remplacée par une interface à boutons ou moyens équivalents comprenant la possibilité de choisir l'état dans lequel doit se trouver l'ensemble de pompage. Selon le choix de l'utilisateur et l'état actuel de pompage, un automate enclenche la série d'états successifs, obtenus pour chaque état selon la même séquence d'actionnement de vannes,
permettant d'obtenir l'état final souhaité. Dans ce cas aussi, une séquence immuable d'états des vannes est parcourue dans un sens ou dans l'autre.
Les états principaux ou habituels du système seront souvent les états extrêmes de la séquence, mais il sera en général possible d'arrêter la commande à certains au moins des états intermédiaires, qui seront alors stables plutôt que transitoires. Les états stables de la séquence seront définis par construction de la manette de commande. On supposera ici que tous les états de la séquence pourront être commandés de façon stable.
Il est à noter que les états principaux du système ne sont pas nécessairement aux extrémités de la séquence de commande, mais que des positions particulières peuvent être ajoutées aux extrémités de cette séquence, plutôt que comme positions intermédiaires.
Un dispositif concret sera maintenant décrit. On se reporte pour cela aux Figures 5 et 6.
La figure 5 représente le schéma électrique de commande des vannes 7,
8 et 9 du mode de réalisation de la Figure 1 selon la logique de séquence d'états et d'actionnement immuable de vannes du Tableau 2. La vanne 7 est commandée par un double solénoïde 36 et 37 dont le premier commande son ouverture et le second sa fermeture, la vanne 7 étant à fonctionnement bistable ; et des solénoïdes 38 et 39 simples commandent les vannes 8 et 9, et précisément leur ouverture quand ils sont excités, ces vannes étant fermées au repos (monostables).
Des interrupteurs 30, 31, 32 et 33 commandent respectivement l'enclenchement du mode normal, du mode de prépompage, du mode d'arrêt (isolation) et du mode de bipasse, définis d'après le Tableau 2. Une source de tension continue 34 s'étend d'un côté de ces interrupteurs 30 et 33, et de l'autre côté on trouve des lignes électriques passant par les solénoïdes 36 à 39 et aboutissant à une masse 35.
Ouand l'interrupteur 30 est fermé, le mode normal est enclenché, et le courant électrique s'écoule de la source 34 à la masse 35, en passant par des lignes 40 et 41 qui traversent les solénoïdes 36 et 38 d'ouverture des vannes 7 et 8.
Quand l'interrupteur 31 est fermé, le mode de prépompage est enclenché et le courant s'écoule encore par la ligne 41 pour maintenir l'ouverture de la vanne 8, mais il s'écoule aussi par la ligne 42, passant à travers le solénoïde 37, ce qui commande la fermeture de la vanne 7.
Quand l'interrupteur 32 est fermé, un mode d'arrêt (isolation) est enclenché, du courant repasse par la ligne 40 et rouvre la vanne 7, ce qui met la pompe secondaire 2 en communication avec l'enceinte 3. Cet état permet d'isoler la pompe primaire 1 et d'y faire une maintenance par exemple, tout en continuant de pomper l'enceinte 3 par la pompe secondaire 2. En passant de l'état de bipasse décrit ci-dessous à cet état-ci, il existe pourtant un risque d'étouffer la pompe secondaire 2, en fonction de la pression résiduelle et du volume dans l'enceinte 3. Si ce risque existe, on pourrait choisir d'isoler, dans la séquence d'états, cet état de l'état bipasse au moyen d'un cinquième état dans lequel toutes les vannes 7, 8 et 9 seraient fermées, et qui aurait l'avantage d'isoler aussi la pompe secondaire 2 pour pouvoir y faire aussi de la maintenance.
Enfin, quand l'interrupteur 33 est fermé, le mode de bipasse est enclenché, du courant repasse dans la ligne 42 pour refermer la vanne 7 et dans une ligne 43 passant par le solénoïde 39 pour ouvrir la vanne 9.
Les lignes 40, 41, 42 et 43 sont interrompues par des interrupteurs 44 qui sont des moyens logiques pour, en relation avec l'état d'ouverture ou de fermeture des vannes 7, 8 et 9, autoriser le passage effectif des courants dans ces lignes en respectant forcément le séquencement demandé.
Chacun des interrupteurs 30 à 33 mène encore à la masse 35 par des dérivations comprenant des lampes témoins respectives 45, indiquant le mode sélectionné. Des témoins d'ouverture des vannes et des témoins de bonne exécution de chacun des modes peuvent aussi être ajoutés.
La figure 6 montre que le dispositif de commande peut consister en une manette 46 sous forme d'un bouton moleté tournant autour d'un axe central et comprenant un contact inférieur 47 apte à frotter successivement sur les interrupteurs 30, 31, 32 et 33 sous-jacents pour les fermer. Des index 48 placés devant les interrupteurs
30 à 33 et sur le contact 47 indiquent visuellement les états atteints. Une butée 49 peut limiter le mouvement angulaire du bouton.
On a décrit jusqu'à présent une manette 46 dont le mouvement commande successivement chacun des états de la séquence, de façon explicite pour leur Opérateur. Cela ne serait toutefois pas nécessaire, et il serait possible d'utiliser une manette, qui commanderait explicitement certains états seulement de la séquence, les autres étant des états transitoires parcourus automatiquement.
Le dispositif de la Figure 5 pourrait être complété par une portion de commande à quatre boutons 50, 51, 52 et 53, d'appel de chacun des modes, connectés à un automate 54, qui commanderait successivement les interrupteurs 30, 31, 32 et 33, selon la séquence nécessaire, par des moyens logiques et des actionneurs, en respectant les états transitoires nécessaires.
TABLEAU 1
TABLEAU 2
Etat de pompage— > Normal Prépompage Isolation Bipasse
Etat des vannes— >
Vanne
i
7 (x 1) Ouverte Fermée Ouverte Fermée
8 (x 2) Ouverte Ouverte Fermée Fermée
9 (x 3) Fermée Fermée Fermée Ouverte
TABLEAU 3
TABLEAU 4
Pompage Pompage Isolation
Etat de pompage secondaire, secondaire, secondaire, Bipasse
Normal
→ Isolation Bipasse Bipasse complète tertiaire tertiaire tertiaire
7 0 0 0 F F
8 0 0 0 0 F
24 F F F F 0
14 0 F F F F
15 0 0 F F F
25 F F 0 0 0
S52615 QTJCI-P
TABLEAU 5
S52615 QTJCI-P
TABLEAU 6
Claims
REVENDICATIONS
1) Dispositif de pompage, comprenant au moins deux étages de pompage, l'un des étages comprenant au moins une pompe primaire (1) et l'autre des étages au moins une pompe secondaire (2 ; 102), la pompe primaire communiquant à une atmosphère et la pompe secondaire à une enceinte (3) à mettre en dépression par rapport à l'atmosphère, un conduit (4, 5 ; 104, 105) reliant la pompe primaire à l'enceinte par la pompe secondaire, une bipasse (6 ; 20) étant formée sur le conduit en contournant la pompe secondaire, la bipasse étant munie d'une vanne (9 ; 24 ; 25 ; 26) et le conduit étant muni de deux autres vannes (7, 8 ; 107, 108) de part et d'autre de la pompe secondaire, caractérisé en ce qu'il comprend une interface homme-machine comprenant une manette (46) unique et un système de commande séquentiel et immuable des vannes (7, 8, 9), la manette étant mobile alternativement entre deux positions principales et par au moins une position intermédiaire, les positions comprenant successivement : une première des positions principales où la vanne de la bipasse est fermée et les deux autres vannes sont ouvertes ; la position intermédiaire aux positions principales, où la vanne de la bipasse est fermée, une première (7) des deux autres vannes est fermée et une seconde (8) des deux autres vannes est ouverte ; et une seconde des positions extrêmes où la vanne de la bipasse est ouverte tandis que les deux autres vannes sont fermées.
2) Dispositif de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les positions intermédiaires comprennent une position où les deux autres vannes (7, 8) sont fermées et la vanne (9) de la bipasse est aussi fermée.
3) Dispositif de pompage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les positions intermédiaires comprennent une position où la vanne (8) entre la pompe primaire et la pompe secondaire est fermée, la vanne (9) de la bipasse est fermée et la vanne (7) entre la pompe secondaire et l'enceinte est ouverte.
4) Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les positions principales sont des positions extrêmes de la manette.
5) Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois étages de pompes, et la bipasse comprend des portions contournant respectivement chacune des pompes, sauf la pompe primaire, les portions de la bipasse étant en prolongement, et des vannes sur chacune des portions de la bipasse et sur le conduit, de part et d'autre de chacune des pompes secondaires.
6) Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, caractérisé en ce que le conduit comprend plusieurs branches de pompage parallèles, chacune des branches comprenant au moins un des étages de pompage et une des pompes secondaires, et deux vannes situées sur la branche de part et d'autre de la pompe secondaire.
7) Dispositif de pompage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les positions intermédiaires comprennent des positions permettant chacune d'isoler une des pompes secondaires, tout en ouvrant la portion de bipasse contournant ladite pompe secondaire isolée, fermant les autres vannes de la bipasse et ouvrant les autres vannes du conduit.
8) Dispositif de pompage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les positions intermédiaires comprennent des positions permettant d'isoler respectivement chacune des branches, les autres branches restant ouvertes.
9) Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, caractérisé en ce que la manette (46) porte un contact (47) apte à fermer tour à tour une rangée d'interrupteurs, chacun des interrupteurs (30, 31, 32, 33) appartenant à une ligne électrique (40, 41, 42, 43) de fourniture de courant à au moins un solénoïde (36, 37, 38, 39) commandant respectivement une des vannes (7, 8, 9).
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|---|---|---|---|
| FR1260672A FR2998010A1 (fr) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | Dispositif de pompage, comprenant un ensemble de pompes en series et un element de commutation commun |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| PCT/EP2013/073344 Ceased WO2014072452A1 (fr) | 2012-11-09 | 2013-11-08 | Dispositif de pompage, comprenant un ensemble de pompes en series et un element de commutation commun |
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| WO (1) | WO2014072452A1 (fr) |
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| WO2020109790A1 (fr) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | Edwards Limited | Système d'évacuation sous vide de multiples chambres |
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- 2012-11-09 FR FR1260672A patent/FR2998010A1/fr not_active Withdrawn
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2013
- 2013-11-08 WO PCT/EP2013/073344 patent/WO2014072452A1/fr not_active Ceased
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| Publication number | Publication date |
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