Brevet FR2495701A1 — publié le 19820611

La présente invention concerne des pompes mé- caniques et plus particulièrement de grandes pompes mécani- ques, exemptes d'huile, pour obtenir un vide poussé. Dans certaines industries, par exemple l'in- dustrie de traitement de produits alimentaires, il est es- sentiel que l'air et autres gaz délivrés au moyen de pompes mécaniques ou de compresseurs soient exempts d'huile ou de particules. Dans une pompe mécanique rotative connue "exempte d'huile", deux rotors associés, équilibrés dynami- quement, présentant des profils complémentaires de pompage, sont montés chacun dans une chambre de pompage sur l'un d'une paire d'arbres parallèles. A chacun des arbres sont fixés des pignons destinés à synchroniser le mouvement de rotation des rotors. En service, l'un des arbres est entraîné par un moteur et les pignons de synchronisation assurent que les arbres et leurs rotors associés tournent et pompent donc le fluide d'une entrée vers une sortie de la chambre de pompage. La présente invention a pour objet une pompe mécanique qui peut atteindre un vide poussé sans nécessiter l'utilisation de lubrifiants dans la chambre de pompage et qui peut comprimer le fluide pompé au moins à la pression atmosphérique. Selon la présente invention, une pompe mécani- que comporte uhe chambre de pompage ayant une entrée et une sortie pour que le fluide à pomper passe à travers elle, deux arbres parallèles traversant la chambre de pompage et supportant, pour qu'ils tournent avec eux, au moins deux pai- res de rotors en tandem, chaque paire de rotors ayant un pro- fil différent de pompage, un dispositif pour synchroniser le mouvement de rotation des rotors, un dispositif pour en- traîner au moins l'un des arbres et un clapet anti-retour placé à la sortie de la chambre de pompage pour commander le passage du fluide à pomper à travers la sortie. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limita- tif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective, en partie en arrachement, d'une pompe mécanique connue; la figure 2 est une coupe transversale d'une pompe mécanique à quatre étages selon l'invention; la figure 3 est une coupe transversale à pro- ximité de la sortie de la pompe mécanique de la figure 2; et la figure 4 est une autre coupe transversale à proximité de l'étage d'entrée de la pompe mécanique de la figure 2. On va examiner tout d'abord la figure l,qui illustre une pompe mécanique connue 1 comprenant une chambre de pompage 2 dans laquelle passent deux arbres parallèles 3 (un seul étant représenté). Chaque arbre 3 supporte un rotor 4 qui tourne avec lui. Les rotors 4 présentent des profils complémentaires de pompage qui ont généralement la configura- tion du chiffre 8,comme représenté en pointillé. A l'extré- mité droite (comme représenté), chaque arbre 3 porte un pi- gnon de synchronisation 7 et à son extrémité gauche (comme représenté), un arbre 3 est mené par un moteur 5 par l'inter- médiaire d'un accouplement hydraulique 6. En service, lorsque le moteur 5 entraîne le premier arbre 3 par l'intermédiaire de l'accouplement hydrau- lique 6, le second arbre 3 est mis en rotation en synchronis- me avec le premier arbre 3 par les pignons 7. Les rotors 4 sont profilés de façon que le fluide à pomper soit aspiré dans une entrée 8 de la chambre de pompage 2 et s'échappe de cette dernière par une sortie (non représentée). Cette pompe mécanique connue est extrêmement utile et est susceptible d'un certain nombre d'applications, notamment dans des installations de traitement, des fours, des souffleries, des simulateurs d'espace cosmique, pour la mise brutale sous vide de grandes chambres, pour l'embal- lage, comme pompe de diffusion de revêtement et comme pompe de remplissage ou de rajoutage de vapeurs d'huile. En se référant maintenant aux figures 2 à 4, la pompe mécanique 21 de la présente invention qui, telle qu'elle est illustrée, convient pour des applications né- cessitant un vide poussé, est analogue à la pompe connue de la figure 1 par le fait qu'elle comporte une chambre de pom-- page 22 dans laquelle passent deux arbres parallèles 23 (un seul étant représenté). Chaque arbre 23 supporte, pour qu'ils tournent avec lui, quatre rotors 34A, 34B, 34C et 34D. Les rotors 34A à 34D sont groupés par paires complémentaires et les paires sont disposées en tandem sur les arbres respec- tifs 23. Un arbre 23 peut être entraîné par l'intermédiaire d'un accouplement 26 au moyen d'un moteur (non représenté). A proximité de l'accouplement 26, chaque arbre 23 porte un pignon de synchronisation 27. La chambre de pompage 22 est divisée par des cloisons 28, 29 et 30 en quatre compartiments espacés occu- pés chacun par une paire de rotors 34A à 34D. La chambre de pompage 22 présente une entrée 31 qui communique directement avec le compartiment occupé par les rotors 34A, et des sorties 32A et 32B qui communi- quent directement avec le compartiment occupé par les rotors 34D. Le débit,à partir de la sortie 32A,du fluide pompé est commandé par un clapet anti-retour 33A et le fluide pompé, qui passe par la sortie 32Best commandé par un clapet anti- retour analogue (non représenté). Des passages 36, 37 et 38 sont destinés à per- mettre au fluide en cours de pompage de passer d'un compar- timent de la chambre de pompage 22 au compartiment suivant. Le profil des rotors 34A, qui sont les plus près de l'entrée 31, est tel que lesdits rotors 34A présen- tent un "volume entraîné minimal". Il en est de même des rotors 34B qui se trouvent dans le compartiment situé immé- diatement au voisinage du compartiment occupé par les rotors 34A. L'expression "volume entraîné minimal"signifie que les profils des rotors associés sont tels que, pendant leur interaction, le volume de gaz emprisonné du côté échappement des rotors et qui est ramené au côté admission de ces der- niers, est maintenu aussi faible que possible. Cela a son importance car, si des poches de fluide sont entraînées du côté échappement au côté admission des rotors, lesdites po- ches de fluide ont tendance à se détendre et à diminuer le rendement volumétrique de la pompe. Les rotors 34Dqui sont les plus près des sor- ties 34A et 34B, présentent chacun un profil en forme de griffe. Il en est de même des rotors 34C occupant le compar- timent voisin de celui occupé par les rotors 34D. La coopéra- tion des profils en forme de griffe avec les entrées des compartiments respectifs empêche un redéploiement direct du volume mort dans l'entrée, ce qui permet d'atteindre à tra- vers un compartiment un rapport de pression d'environ 30:1. En service, lorsque le moteur entraîne un arbre 23 par l'intermédiaire des pignons de synchronisation 27, les deux arbres 23 sont entraînés en synchronisme et ils en- traînent eux-mêmes les diverses paires de rotors profilés 34A à 34D en synchronisme. Le fluide à pomper pénètre dans l'entrée 31 et est pompé successivement par les passages 36, 37 et 38 jusqu'à ce qu'il s'échappe par les sorties 32A et 32B, comme indiqué par les flèches. Lorsque la pompe 21 est utilisée dans une appli- cation nécessitant un vide poussé, le volume balayé par les rotors 34D est en grande partie à une basse pression et les gaz,qui s'échappent des sorties 32A et 32B,ont tendance à ren- trer dans le-volume balayé s'ils n'en sont pas empêchés. Si le gaz pouvait rentrer dans le volume balayé par les sorties 32A et 32B ou bien par un redéploiement du volume mort des rotors 34D, ce gaz serait alors recomprimé à plusieurs repri- ses, ce qui consommerait de l'énergie, élèverait la tempéra- ture de la pompe, augmenterait le bruit de cette dernière et diminuerait le vide pouvant être atteint. Par conséquent, les rotors 34D présentent un profil en- forme de griffe qui coopère avec l'entrée de leur compartiment afin d'inter- dire un redéploiement du volume mort dans l'entrée et les clapets antiretour, par exemple 33A, sont destinés à empêcher ou à interdire un- redéploiement du volume balayé ou cylindrée. Les deux sorties 32A et 32B sont espacées et positionnées de façon à éviter une pré-compression qui consom- me également de l'énergie et qui peut se produire si les cla- pets ne sont actionnés que par la géométrie ou le mouvement des rotors 34D et non pas par la pression des gaz pompés. Par conséquent, il s'ensuit que l'un des clapets anti-retour est actionné par la pression du gaz pompe. Il est évident que la pompe, telle qu'elle est décrite en se référant aux figures 2 à 4, est capable d'at- teindre un vide poussé, bien que sa construction soit simple. Une telle pompe peut atteindre un vide poussé (bien au-dessous de 10 Pa) sans utiliser de lubrifiant dans la chambre de pom- page. Elle peut maintenir une grande capacité de pompage à basse pression et peut comprimer le fluide pompé au moins à la pression atmosphérique. Bien que dans la forme de réalisation décrite plus haut, seuls les rotors 34A et 34B soient considérés comme présentant un "volume entraîné minimal", il est évident que les rotors 34C pourraient présenter un profil assurant un "volume entraîné minimal" selon l'application de la pompe. -495701 REVENDICATIONS 1. Pompe mécanique comportant une chambre de pompage ayant une entrée et une sortie pour que le fluide à pomper passe à travers elle, deux arbres parallèles s'éten- dant à travers la chambre de pompage et supportant, pour tourner avec eux, au moins deux paires de rotors en tandem, chaque paire de rotor ayant un profil différent de pompage, un dispositif destiné à synchroniser le mouvement de rotation des rotors et un dispositif destiné à entraîner au moins l'un des arbres, pompe caractérisée en ce qu'elle comporte un cla- pet anti-retour (33A) qui est placé à la sortie de la chambre de pompage (22) pour commander le passage du fluide à pomper par la sortie. 2. Pompe mécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de pompage (22) est divi- sée par des cloisons (28, 29, 30) en quatre compartiments distincts, chaque arbre (23) portant quatre rotors espacés (34A, 34B, 34C et 34D), chaque rotor constituant l'un des rotors complémentaires d'une paire occupant un compartiment, et en ce que des passages (36, 37, 38) ménagés dans les cloi- sons permettent au fluide à pomper de passerà travers la chambre de pompage (22). 3. Pompe mécanique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux paires de. rotors (34A et 34B) les plus proches de l'entrée (31) de la chambre de pompage (22) présentent des profils qui ne permettent l'en- traînement que d'une quantité minimale de gaz du côté sortie au côté entrée de leurs compartiments, et en ce que les deux paires de rotors (34C et 34D) les plus proches de la sortie (32A) présentent des profils en forme de griffe. -4. Pompe mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une autre sortie (328) de la chambre de pompage (22) est ménagée à distance de ladite sortie (32A), cette autre sortie (32B) coopérant avec un clapet anti-retour destiné à commander le passage du fluide à pomper dans cette autre sortie (32B), ledit clapet anti-retour associé étant actionné par la pres- sion du fluide en cours de pompage.