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Méthode de pompage dans un système de pompes à vide
et système de pompes à vide
Domaine
La présente invention se rapporte à une méthode de pompage permettant de
réduire la consommation d'énergie électrique ainsi qu'augmenter les
performances en
termes de vide final d'un système de pompage dont la pompe principale est une
pompe
à vide à palettes lubrifiées. Egalement, la présente invention se rapporte à
un système
de pompes à vide qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon la
présente
invention.
Contexte
Les tendances générales d'augmentation des performances des pompes à
vide, de réduction des coûts des installations et de la consommation d'énergie
dans les
industries ont apporté des évolutions significatives en termes de
performances,
d'économie d'énergie, d'encombrement, dans les entraînements, etc.
L'état de la technique montre que pour améliorer le vide final et réduire la
consommation d'énergie il faut rajouter des étages supplémentaires dans les
pompes à
vide de type Roots multi-étagées ou Claws multi-étagées. Pour les pompes à
vide à vis
il faut mettre des tours supplémentaires aux vis, et/ou augmenter le taux de
compression interne. Pour les pompes à vide à palettes lubrifiées, il faut
typiquement
également rajouter un ou plusieurs étages supplémentaires en série afin
d'augmenter le
taux de compression interne.
L'état de la technique concernant les systèmes de pompes à vide qui visent
l'amélioration du vide final et l'augmentation du débit montre des pompes
booster de
type Roots agencées en amont des pompes principales à palettes lubrifiées. Ce
type de
systèmes est encombrant, fonctionne soit avec des clapets by-pass présentant
des
problèmes de fiabilité, soit en employant des moyens de mesure, contrôle,
réglage ou
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asservissement. Cependant, ces moyens de contrôle, réglage ou asservissement
doivent être pilotés d'une manière active, ce qui résulte forcément en une
augmentation
du nombre de composants du système, de sa complexité et de son coût.
Résumé
La présente invention a pour but de proposer une méthode de pompage dans
un système de pompes à vide permettant de réduire l'énergie électrique
nécessaire pour
la mise sous vide d'une enceinte à vide et son maintien, ainsi que la baisse
de la
température des gaz de sortie.
La présente invention a aussi pour but de proposer une méthode de pompage
dans un système de pompes à vide permettant d'obtenir un débit supérieur à
basse
pression à celui qui peut être obtenu à l'aide d'une pompe à vide à palettes
lubrifiées
seule lors du pompage d'une enceinte à vide.
La présente invention a également pour but de proposer une méthode de
pompage dans un système de pompes à vide permettant d'obtenir un meilleur vide
que
celui qui peut être obtenu à l'aide d'une pompe à vide à palettes lubrifiées
seule lors du
pompage d'une enceinte à vide.
Ces buts de la présente invention sont atteints à l'aide d'une méthode de
pompage qui est réalisée dans le cadre d'un système de pompes à vide dont la
configuration consiste essentiellement en une pompe à vide principale à
palettes
lubrifiées munie d'un orifice d'entrée des gaz reliée à une enceinte à vide et
d'un orifice
de sortie des gaz donnant dans un conduit qui est muni d'un clapet anti-
retour, avant de
déboucher dans l'atmosphère ou dans d'autres appareils. L'aspiration d'une
pompe à
vide auxiliaire à palettes lubrifiées est branchée en parallèle à ce clapet
anti-retour, sa
sortie allant à l'atmosphère ou rejoignant le conduit de la pompe principale
après le
clapet anti-retour.
Selon un aspect englobant, l'invention vise une méthode de pompage dans
un système de pompes à vide comprenant une pompe à vide principale à palettes
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lubrifiées avec un orifice d'entrée des gaz relié à une enceinte à vide et un
orifice de
sortie des gaz donnant dans un conduit avant de déboucher dans une sortie des
gaz du
système de pompes à vide, un clapet anti-retour positionné dans le conduit
entre l'orifice
de sortie des gaz et la sortie des gaz et une pompe à vide auxiliaire à
palettes lubrifiées
comprenant un moteur et qui est branchée en parallèle au clapet anti-retour,
la méthode
comprenant : mise en marche de la pompe à vide principale à palettes
lubrifiées afin de
pomper des gaz contenus dans l'enceinte à vide par l'orifice de sortie des
gaz; mise en
marche de la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées de manière
simultanée et
automatique avec la pompe à vide principale à palettes lubrifiées ; et
continuer à faire
fonctionner la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées tout le temps que
la pompe à
vide principale à palettes lubrifiées pompe les gaz contenus dans l'enceinte à
vide et/ou
tout le temps que la pompe à vide principale à palettes lubrifiées maintient
une pression
définie dans l'enceinte à vide.
Selon un autre aspect englobant, l'invention vise un système de pompes à
vide, comprenant : une pompe à vide principale à palettes lubrifiées avec un
orifice
d'entrée des gaz relié à une enceinte à vide et un orifice de sortie des gaz
donnant dans
un conduit avant de déboucher dans une sortie des gaz du système de pompes à
vide ;
un clapet anti-retour positionné dans le conduit entre l'orifice de sortie des
gaz et la
sortie des gaz; et une pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées
comprenant un
moteur et qui est branchée en parallèle au clapet anti-retour ; où la pompe à
vide
auxiliaire à palettes lubrifiées est adaptée pour se mettre en marche de
manière
simultanée et automatique avec la pompe à vide principale à palettes
lubrifiées et pour
continuer à fonctionner tout le temps que la pompe à vide principale à
palettes lubrifiées
pompe les gaz contenus dans l'enceinte à vide et/ou tout le temps que la pompe
à vide
principale à palettes lubrifiées maintient une pression définie dans
l'enceinte à vide.
La méthode selon la présente invention consiste donc essentiellement à faire
fonctionner une pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées en continu tout
le temps que
la pompe à vide principale à palettes lubrifiées pompe les gaz contenus dans
l'enceinte
à vide par l'orifice d'entrée de gaz, mais aussi tout le temps que la pompe à
vide
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principale à palettes lubrifiées maintient une pression définie (p.ex. le vide
final) dans
l'enceinte en refoulant les gaz remontant par sa sortie.
Selon un premier aspect, l'invention réside dans le fait que le couplage de la
pompe à vide principale à palettes lubrifiées et de la pompe à vide auxiliaire
à palettes
lubrifiées ne nécessite pas de mesures et d'appareils spécifiques (p.ex. de
capteurs de
pression, de température, de courant, etc.), d'asservissements ou de gestion
de
données et calcul. Par conséquent, le système de pompes à vide adapté pour la
mise
en oeuvre de la méthode de pompage selon la présente invention comprend un
nombre
minimal de composants, présente une grande simplicité et coûte nettement moins
cher
que les systèmes existants.
Selon une deuxième variante de la méthode de la présente invention, pour
répondre à des exigences spécifiques la mise en route de la pompe à vide
auxiliaire à
palettes lubrifiées est pilotée de manière tout ou rien . Le pilotage
consiste à contrôler
un ou plusieurs paramètres et suivant certaines règles mettre en route la
pompe à vide
auxiliaire à palettes lubrifiées ou l'arrêter. Les paramètres, fournis par des
capteurs
adéquats, sont p. ex. le courant du moteur de la pompe à vide principale à
palettes
lubrifiées, la température ou la pression des gaz dans le volume du conduit de
sortie de
la pompe à vide principale à palettes lubrifiées, limité par le clapet anti-
retour, ou une
combinaison de ces paramètres.
Le dimensionnement de la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées est
conditionné par la consommation d'énergie minimale de son moteur. Elle est
normalement mono-étagée. Son débit nominal est choisi en fonction du débit de
la
pompe à vide principale à palettes lubrifiées, mais aussi en prenant en compte
la taille
du volume du conduit de sortie de la pompe à vide principale à palettes
lubrifiées, limité
par le clapet anti-retour. Ce débit peut être de 1/500 à 1/5 du débit nominal
de la pompe
à vide principale à palettes lubrifiées, mais peut aussi être inférieur ou
supérieur à ces
valeurs.
Le clapet anti-retour, placé dans le conduit à la sortie de la pompe à vide
principale à palettes lubrifiées peut être un élément standard disponible dans
le
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commerce. Il est dimensionné suivant le débit nominal de la pompe à vide
principale à
palettes lubrifiées. En particulier, il est prévu que le clapet anti-retour se
ferme quand la
pression à l'aspiration de la pompe à vide principale à palettes lubrifiées se
situe entre
500 mbar absolu et le vide final (p.ex. à 400 mbar).
Selon une autre variante, la pompe à vide principale à palettes lubrifiées est
multi-étagée.
Selon une autre variante, la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées est
multi-étagée.
La pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées est de préférence de petite
taille.
Selon une autre variante, la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées
refoule les gaz dans le séparateur d'huile de la pompe à vide principale à
palettes
lubrifiées.
Selon encore une autre variante, la pompe à vide auxiliaire à palettes
lubrifiées est intégrée dans le séparateur d'huile de la pompe à vide
principale à palettes
lubrifiées.
Au départ d'un cycle de vidage de l'enceinte, la pression y est élevée, par
exemple égale à la pression atmosphérique. Vu la compression dans la pompe à
vide
principale à palettes lubrifiées, la pression des gaz refoulés à sa sortie est
plus haute
que la pression atmosphérique (si les gaz à la sortie de la pompe principale
sont
refoulés directement à l'atmosphère) ou plus haute que la pression à l'entrée
d'un autre
appareil connecté en aval. Cela provoque l'ouverture du clapet anti-retour.
Quand ce clapet anti-retour est ouvert, l'action de la pompe à vide auxiliaire
à
palettes lubrifiées sur les paramètres de fonctionnement de la pompe à vide
principale à
palettes lubrifiées est très faiblement ressentie. En revanche, quand le
clapet anti-retour
se ferme à une certaine pression (parce que la pression dans l'enceinte a
entretemps
baissé), l'action de la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées provoque
une
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réduction progressive de la différence de pression entre l'enceinte et le
conduit après le
clapet. La pression à la sortie de la pompe à vide principale à palettes
lubrifiées devient
celle à l'entrée de la petite pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées,
celle de sa sortie
étant toujours la pression dans le conduit après le clapet anti-retour. Plus
la pompe à
vide auxiliaire à palettes lubrifiées pompe, plus la pression à la sortie de
la pompe à vide
principale à palettes lubrifiées, dans le volume fermé, limité par le clapet
anti-retour, se
réduit et par conséquent la différence de pression entre l'enceinte et la
sortie de la
pompe à vide principale à palettes lubrifiées baisse.
Cette différence réduite rend les fuites internes dans la pompe à vide
principale à palettes lubrifiées plus faibles et engendre une baisse plus
importante de la
pression dans l'enceinte ce qui améliore le vide final. En plus, la pompe à
vide principale
à palettes lubrifiées consomme de moins en moins d'énergie pour la compression
et
produit de moins en moins de chaleur de compression.
Dans le cas de pilotage de la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées,
il
existe une position initiale de démarrage du système de pompage quand les
capteurs
sont dans un état défini ou bien donnent des valeurs initiales. Au fur et à
mesure que la
pompe à vide principale à palettes lubrifiées pompe les gaz de l'enceinte à
vide, les
paramètres tels le courant de son moteur, la température et la pression des
gaz dans le
volume du conduit de sortie commencent à se modifier et atteignent des valeurs
de seuil
détectées par les capteurs. Cela provoque la mise en marche de la petite pompe
à vide
auxiliaire à palettes lubrifiées. Quand ces paramètres repassent dans les
plages initiales
(hors consignes) avec une temporisation, la pompe à vide auxiliaire à palettes
lubrifiées
est arrêtée.
D'un autre côté, il est aussi évident que l'étude du concept mécanique
cherche à réduire le volume entre l'orifice de sortie des gaz de la pompe à
vide
principale à palettes lubrifiées et le clapet anti-retour dans le but de
pouvoir y faire
baisser la pression plus vite.
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Brève description des dessins
Les particularités et les avantages de la présente invention apparaîtront avec
plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de
réalisation
donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins ci-
annexés qui
représentent :
- la figure 1 représente de manière schématique un système de pompes à
vide adapté pour la réalisation d'une méthode de pompage selon un premier mode
de
réalisation de la présente invention ; et
- la figure 2 représente de manière schématique un système de pompes à
vide adapté pour la réalisation d'une méthode de pompage selon un deuxième
mode de
réalisation de la présente invention.
Description détaillée de réalisations
Des variantes, des exemples et des réalisations préférées de l'invention sont
décrits ci-dessous. Figure 1 représente un système de pompes à vide SP adapté
pour la
mise en oeuvre d'une méthode de pompage selon un premier mode de réalisation
de la
présente invention.
Ce système de pompes à vide SP comporte une enceinte 1, laquelle
est reliée à l'orifice d'aspiration 2 d'une pompe à vide principale à palettes
Date Reçue/Date Received 2020-10-02
CA 02953455 2016-12-22
WO 2015/197138
PCT/EP2014/063725
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lubrifiées 3. L'orifice de sortie des gaz de la pompe à vide principale à
palettes
lubrifiées 3 est relié au conduit 5. Un clapet anti-retour de refoulement 6
est
placé dans le conduit 5, qui après ce clapet anti-retour continue en conduit
de
sortie des gaz 8. Le clapet anti-retour 6, lorsqu'il est fermé, permet la
formation
d'un volume 4, compris entre l'orifice de sortie des gaz de la pompe à vide
principale 3 et lui-même.
Le système de pompes à vide SP comporte aussi une pompe à vide
auxiliaire à palettes lubrifiées 7, branchée en parallèle au clapet anti-
retour 6.
L'orifice d'aspiration 9 de la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées 7
est
relié au volume 4 du conduit 5 et son orifice de refoulement 10 est relié au
conduit 8.
Dès la mise en route de la pompe à vide principale à palettes
lubrifiées 3, la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées 7 est elle
aussi mise
en route. La pompe à vide principale à palettes lubrifiées 3 aspire les gaz
dans
l'enceinte 1 par le conduit 2 branché à son entrée et les comprime pour les
refouler par la suite à sa sortie dans le conduit 5 et par la suite par le
clapet
anti-retour 6. Lorsque la pression de fermeture du clapet anti-retour 6 est
atteinte, il se ferme. A partir de ce moment, le pompage de la pompe à vide
auxiliaire à palettes lubrifiées 7 fait baisser progressivement la pression
dans
le volume 4 jusqu'à sa pression limite. En parallèle, la puissance consommée
par la pompe à vide principale à palettes lubrifiées 3 baisse progressivement.
Cela se produit en un court laps de temps, par exemple pour un certain cycle
en 5 à 10 secondes.
Avec un ajustement judicieux du débit de la pompe à vide auxiliaire
à palettes lubrifiées 7 et de la pression de fermeture du clapet anti-retour 6
en
fonction du débit de la pompe à vide principale à palettes lubrifiées 3 et le
volume de l'enceinte 1, il est en outre possible de réduire le temps avant la
fermeture du clapet anti-retour 6 par rapport à la durée du cycle de vidage et
donc réduire l'énergie électrique du moteur de la pompe à vide auxiliaire à
palettes lubrifiées 7 pendant le temps avant la fermeture du clapet anti-
retour
6. En revanche, l'avantage de la simplicité crédite une excellente fiabilité
du
système ainsi qu'un prix inférieur en comparaison avec des pompes similaires
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équipées d'automate programmable et ou de variateur, vannes pilotées,
capteurs, etc.
Figure 2 représente un système de pompes à vide SPP adapté pour
la mise en oeuvre d'une méthode de pompage selon un deuxième mode de
réalisation de la présente invention.
Par rapport au système montré à la figure 1, le système représenté à
la figure 2 représente le système de pompage piloté SPP, qui comprend en
outre des capteurs adéquats 11, 12, 13 qui contrôlent soit le courant du
moteur
(capteur 11) de la pompe principale à vide à palettes lubrifiées 3, soit la
pression (capteur 13) des gaz dans le volume du conduit de sortie de la pompe
à vide principale à palettes lubrifiées, limité par le clapet anti-retour 6,
soit la
température (capteur 12) des gaz dans le volume du conduit à sortie de la
pompe à vide principale à palettes lubrifiées, limité par le clapet anti-
retour 6,
soit une combinaison de ces paramètres.
En effet, quand la pompe à vide principale à palettes lubrifiées 3
commence à pomper les gaz de l'enceinte à vide 1, les paramètres tels le
courant de son moteur, la température et la pression des gaz dans le volume
du conduit de sortie 4 commencent à se modifier et atteignent des valeurs de
seuil détectées par les capteurs. Pour le courant du moteur, la valeur de
seuil
peut être un pourcentage de la valeur maximale mesurée lors d'un cycle de
vidage sans mise en marche de la pompe à vide auxiliaire (p. ex. 75%). Pour la
température des gaz, mesurée à un endroit bien défini dans le volume du
conduit de sortie 4 la valeur de seuil peut être un pourcentage (p. ex. 80%)
de
la valeur maximale mesurée lors d'un cycle de vidage sans mise en marche de
la pompe à vide auxiliaire. Pour la pression des gaz, la valeur de seuil (p.
ex.
100 mbar) est définie en fonction du rapport des débits des deux pompes, la
principale et l'auxiliaire. Après des temporisations adaptées, spécifiques à
chaque paramètre, la mise en marche de la pompe à vide auxiliaire à palettes
lubrifiées 7 est déclenchée. Quand ces paramètres repassent dans des plages
initiales (hors consignes) avec des temporisations adaptées, spécifiques à
chaque paramètre, la pompe à vide auxiliaire à palettes lubrifiées 7 est
arrêtée.
Certainement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations
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WO 2015/197138 PCT/EP2014/063725
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quant à sa mise en oeuvre. Bien que divers modes de réalisation aient été
décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière
exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer
un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente
invention. Toutes ces modifications font partie des connaissances communes
d'un homme du métier dans le domaine de la technologie du vide.
