Brevet FR2582741A1 — publié le 19861205

I La présente invention concerne des pompes mécani- ques fonctionnant sans huile et elle vise plus particulière- ment l'étanchement de telles pompes mécaniques comportant au moins deux étages comprenant chacun des rotors mutuelle- ment engrenés tournant au sein d'une chambre de pompage qui les entoure. Pour de telles pompes mécaniques, un problème est soulevé du fait des grandes différences de pression de gaz pouvant apparaître entre des étages voisins. On se trouve alors en présence d'un risque accru d'apparition de fuites du gaz pompé, ce gaz ayant alors ten- dance à s'échapper entre les étages et à revenir en arrière; en particulier, un tel risque accru d'apparition de fuite de remontée peut apparaître pour du gaz tendant à emprunter l'intervalle annulaire entre les arbres d'entraînement et le trou ménagé dans la paroi d'étage interne séparant des chambres adjacentes de pompage. La fuite de remontée de gaz empruntant un tel intervalle dans la paroi d'étage interne ou ailleurs va en fait produire un écoulement-de gaz à contre-courant allant de la sortie de la pompe vers l'entrée de la pompe, ce qui va en fait augmenter le volume de gaz à repomper et diminuer fortement le rendement volumétrique de la pompe ou le vide pouvant être obtenu. Dans la demande de brevet GB-A-2 111 126, il est décrit et revendiqué une pompe mécanique à vide comportant plusieurs étages de pompage dont chacun comprend des rotors engrenés au sein d'une chambre ou compartiment indépendant de pompage. La pompe de cette demande antérieure de brevet se caractérise par l'absence d'une lubrification interne et par l'existence, à l'extrémité de sortie de la pompe, d'au moins deux étages adjacents comportant des rotors du type à engrènement ou coopération mutuelle par griffes. La compression relativement élevée de gaz ainsi produite, associée à l'absence de lubrifiant interne dans l'intervalle annulaire intérieuraugmente encore le risque d'apparition d'une fuite de remontée. Un objet de la présente invention consiste donc à tenter de diminuer l'effet adverse exercé par une telle fuite de remontée sur le vide pouvant être obtenu, en parti- culier dans des pompes mécaniques fonctionnant à sec. Selon son aspect le plus large, la présente inven- tion fournit une pompe mécanique comportant au moins deux étages comprenant chacun des rotors engrenés au sein d'une chambre de pompage, les rotors étant montés sur des arbres traversant des parois ou cloisons séparant une chambre ou compartiment de la chambre ou compartiment adjacent, un sys- tème de conduits étant prévu pour transférer du gaz entrant dans l'espace annulaire entre un arbre et son tourillon ou palier dans une cloison située en une région de pression relativement élevée de la pompe et faire parvenir ce gaz vers une région de la pompe o règne une pression relative- ment inférieure. Dans une forme préférée de réalisation de l'inven- tion, les conduits sont disposés de manière à transférer le gaz de l'espace annulaire d'une région à haute pression d' une chambre de pompage vers une région à plus faible pression de la même chambre. Selon d'autTes caractéristiques avantageuses de l'invention: les conduits peuvent être disposés de manière à transférer le gaz de la garniture d'étanchéité d'un arbre dans la région à haute pression d'une chambre de pompage vers ou dans l'orifice d'admission de gaz dans cette chambre; les conduits peuvent Étre disposés de manière à transférer le gaz de la garniture d'étanchéité dans la région à basse pression d'une chambre de pompage vers ou dans l'ori- fice d'admission de gaz dans cette chambre. Les conduits peuvent être disposes de manière à assurer une communication entre les garnitures d'étanchéité des arbres respectivement aux régions de haute et de plus basse pression de la chambre de pompage; les conduits peuvent comprendre un canal annulaire ménagé dans une cloison de séparation des chambres de pompage et entourant au moins partiellement l'arbre. Le canal annulaire peut entourer complètement l'arbre correspondant; les conduits peuvent comprendre un trou supplémen- taire percé dans la cloison de séparation et assurant une liaison avec le canal annulaire entourant l'arbre corres- pondant; le trou supplémentaire peut relier le canal annu- laire entourant les garnitures d'étanchéité d'un arbre res- pectivement avec les régions à haute et à plus basse pression de la chambre de pompage; - le trou supplémentaire peut communiquer avec l'ori- fice d'admission de la chambre de pompage; les conduits peuvent tre réalisés dans la chambre de pompage à l'extrémité de sortie de la pompe; la chambre de pompage située à l'extrémité de sortie de la pompe peut enclore les rotors de type à engrènement ou coopération mutuelle par griffes; et la chambre de pompage située à l'extrémité de sortie de la pompe peut évacuer le gaz par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour. Le dispositif général de la présente invention offre des avantages particuliers quand il est incorporé dans des pompes mécaniques à vide du type décrit et reven- diqué dans la demande précitée de brevet GB-A-2 111 126, dans lesquelles deux étages adjacents de pompage situés à la sortie de la pompe comportent respectivement des paires engrenées de rotors de type à griffes qui sont montées en orientation inverse. De façon appropriée, les conduits comprennent un canal annulaire réalisé au niveau et dans le cas idéal à l'intérieur de la cloison de séparation entre étages; le canal entourant entièrement ou partiellement l'arbre et communiquant avec une région à plus basse pression de la pompe. Commodément le conduit, dans un étage de la pompe, communique avec un canal annulaire semblable prévu dans une cloison de partage en une région à pression relati- vement inférieure du même étage et avec l'entrée de cet étage. Ainsi, au lieu d'entrer du côté admission de l'étage précé- dent, toute fuite éventuelle de gaz est court-circuitée et revient du côté admission de l'étage d'o ce gaz provient. Une forme de réalisation de l'invention sera main- tenant décrite plus particulièrement, à titre d'exemple illus- tratif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe latérale d'une pompe mécanique à vide, fonctionnant à sec, comportant trois cham- bres ou compartiments contenant chacun une paire de rotors engrenés; et la figure 2 est une vue latérale en perspective des rotors de la pompe de la figure 1. En se référant plus particulièrement à la figure 1, on voit que la pompe mécanique, désignée en général par l'indice 1, comprend un corps 2 traversé par une paire d'arbres 3, 3' menants parallèles. Les arbres 3, 3' portent, de manière à tourner avec, trois paires de rotors 4, 4'; , 5' et 6, 6'. Les rotors 4, 4',, 5 5' et 6, 6' tels que représentés plus clairement sur la figure 2, sont disposés en paires engrenées complémentaires et en tandem sur leurs arbres respectifs 3, 3'. En revenant à la figure I on voit que le corps 2 de la pompe est divisé par des cloisons séparatrices 8 et 9 en trois chambres 10, 11 et 12 de pompage, espacées et indépendantes, chaque chambre comportant une paire de rotors engrenés destinés à assurer le pompage du gaz. A une extrémité du corps de la pompe, chacun des arbres 3, 3' porte un engrenage 13, 13 de distribution cepen- dant qu'à l'autre extrémité du corps de pompe, l'un des arbres, (par exemple 3) peut être entraîné du fait qu'il est relié à un moteur par l'intermédiaire d'un accouplement convenable (non représenté) d'un type bien connu en pratique. Comme on le voit sur la figure 2, la paire engrenée de rotors 4, 4' se trouvant dans la chambre 10 de pompage est du type "Roots", bien connu en pratique et fait partie du premier étage à vide poussé ou étage d'entrée de la pompe 1 à plusieurs étages. Le profil des rotors Roots 4, 4', est destiné à assurer le minimum possible d'entraînement volumétrique du gaz pompé. On entend indiquer par là que les profils des rotors 4, 4' coopérant sont tels qu'au cours de leur interac- tion, le volume de gaz emprisonné du côté sortie des rotors, qui est entraîné pour revenir du côté admission des rotors, est maintenu à une valeur minimale aussi faible que possible. Tout gaz entrainé du côté sortie vers le côté admission de la chambre 10 va tendre à se dilater et à diminuer le rende- ment volumétrique de la pompe. Le gaz extrait de la chambre 10 de pompage pénètre dans l'admission de la chambre 11 de pompage par un conduit convenable ménagé dans la paroi 9 qui forme la cloison de séparation entre les chambres 10 et 11 de pompage et qui se termine dans la chambre 11 à l'orifice 54 d'admission. En se référant à nouveau à la figure 2, on voit que les rotors 5, 5' disposés dans la chambre 11 de pompage sont du type à griffes engrenées, également bien connus en pratique. Le gaz qui pénètre par l'orifice 54 d'admission dans la chambre 11 à pression intermédiaire est pompé vers l'orifice 22 de sortie qui est prévu dans la paroi B formant cloison de séparation entre les chambres 11 et 12 de pompage et qui joue également le rôle d'orifice d'admission dans la chambre 12 de pompage. Bien que cela ne soit pas représenté sur les dessins, les orifices d'admission et de sortie des chambres de pompage ont la forme de boutonnières curvilignes. Le gaz entrant dans la chambre 12 de pompage à pression relativement élevée est pompé par la paire des rotors 6, 6' engrenés vers l'orifice 14 de sortie de la chambre 12 et vers l'atmosphère, de préférence mais non nécessaire- ment,en empruntant un clapet 16 anti-retour capable d'amélio- rer efficacement le rendement de pompage, comme cela a été décrit et revendiqué dans la demande de brevet précitée GB- A-2 111 126. Si la pompe représentée est une pompe sèche, c'est- à-dire une pompe ne contenant pas de dispositif destiné à assurer une lubrification par du fluide interne, le gaz comprimé par la paire des rotors 6, 6' engrenés au sein de la chambre 12 de pompage va tendre à fuir pour revenir dans la chambre 11 de pompage, surtout en empruntant les espaces annulaires entre les arbres 3, 3' et les trous ména- gés dans les parois 8 et 9 formant cloisons séparatrices. Une telle fuite de gaz tendant à revenir en arrière dans la pompe va particulièrement affecter le rendement volumétrique de cette pompe puisque, en raison de l'orienta- tion inverse des paires de rotors 5, 5' et 6, 6', ce gaz va se dilater en pénétrant dans le côté admission de la chambre 11 de pompage. Pour diminuer les effets de cette fuite de remontée, la cloison séparatrice 8 est, comme représenté sur la figure 1, munie dans la région de chaque arbre 3, 3', de canaux 51 continus entourant en circonférence l'arbre correspondant. Les canaux 51 communiquent l'un avec l'autre par un conduit ou trou 52 également ménagé dans la paroi 8 formant cloison ou séparation et avec l'orifice 22 de transfert. Lors du fonctionnement de la pompe, avec du gaz pompé de l'extrémité à basse pression vers l'extrémité haute pression en traversant les chambres 10, 11 et 12 de pompage, le gaz comprimé par les rotors 6, 6' à l'extrémité à plus grande pression et à l'extrémité de sortie de la chambre 12 va tendre à fuir pour tenter de pénétrer dans la chambre 11 de pompage en empruntant l'espace annulaire ménagé dans la paroi 8 formant cloison de séparation et, en particulier, en empruntant l'espace, représenté à l'extrémité supérieure du dessin, qui est le plus proche de la sortie 14 côté déli- vrance à haute pression. Au lieu de fuir pour parvenir au côté admission de la chambre 11 de pompage, ce gaz de fuite de remontée va être emprisonné par le canal 51, il va passer par le conduit ou trou 52 et dans le canal 51 coopérant avec lui et va pénétrer dans l'orifice 22 de transfert pour être repompé dans la chambre 12. L'effet de la diversion du gaz empruntant les canaux 51 et le conduit 52 est que du gaz de fuite, qui tendrait, sinon, à remonter à contre-courant dans la pompe sera en fait recyclé seulement dans la chambre 12 de pompage plutôt que d'emprunter les deux chambres 11 et 12 de pompage, et il se maintient dans la même chambre de pompagejce qui va grandement diminuer la perte du rende- ment volumétrique de la pompe. On comprendra que, si la présente invention a été décrite plus spécialement en référence à des canaux 51 ména- gés dans les garnitures d'étanchéité des arbres entre les chambres 11 et 12 de pompage, l'invention peut également être appliquée à d'autres chambres adjacentes de pompage et, bien entendu, à d'autres régions de la pompe o une fuite de remontée provoque une perte de rendement de la pompe. On comprendra également que, si l'invention a été décrite plus spécialement en référence à une pompe à vide fonctionnant à sec, l'invention est également applicable à des pompes à vide et, bien entendu, à d'autres pompes mécaniques,comportant des dispositifs pour leur lubrifica- tion interne mais dans lesquelles le dispositif de lubrifi- cation n'est pas suffisant pour empêcher le-gaz de présenter des fuites de remontée. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au système de conduits, décrit et représenté, destiné à améliorer le rendement et l'étanchéité globale d'une pompe mécanique fonctionnant sans lubrification par de l'huile ou avec une telle lubrification mais qui ne suffit pas empêcher une fuite de gaz. REVENDICATIONS 1. Pompe mécanique (1) comportant au moins deux étages dont chacun comprend des rotors (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') engrenés au sein d'une chambre (10; 11; 12) de pom- page, les rotors (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') étant montés sur des arbres (3, 3') qui traversent et sont tourillonnés à sec dans des parois (8, 9) formant cloison de séparation d'une chambre d'avec la chambre adjacente, pompe caractérisée en ce qu'elle comporte des conduits (51, 52) pour transférer le gaz entrant dans la garniture annulaire d'étanchement entre un arbre et son tourbillon ou palier en une région à pression relativement élevée de la pompe vers une région à pression relativement élevée de la pompe vers une région à pression relativement inférieure de la pompe. 2. Pompe mécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conduits sont disposés de manière à transférer le gaz de la garniture d'étanchéité des arbres (3, 3') dans la région à pression éle- vée d'une chambre (12) de pomanpage vers une région à plus basse pression de la mne chambre (12). 3. Pompe mécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conduits sont disposés de manière à transférer le gaz de la garniture d'étanchéité des arbres (3, 3') dans la région à pression éle- vée d'une chambre (12) de pompage vers ou dans l'orifice (22) d'admis- sion de gaz dans cette chambre (12). 4. Pompage mécanique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les conduits sont disposés de manière à transférer du gaz de la garniture d'étanchéité située dans la région à basse pression d'une chambre (12) de pcmpage vers ou dans l'orifice (22) d'admission de gaz dans cette chambre. 5. Pompe mécanique selon la revendication 4, caractérisée en ce que les conduits (51, 52) sont disposés de manière à assurer une canmunication entre les garnitures d'étanchéité des arbres respectivement dans les régions à plus forte et à plus basse pression de la chambre (12) de pampage. 6. Paompe mécanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conduits comprennent un canal annulaire (51) prévu au sein d'une cloison (8) de séparation des chambres de panpage et entourant au moins partiellement l'arbre (3, 3') correspondant. 7. Pompe mécanique selon la revendication 6, carac- térisée en ce que le canal (51) annulaire entoure complète- ment l'arbre (3, 3') correspondant. 8. Pompe mécanique selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que les conduits comprennent un trou (52) supplémentaire ménagé dans la paroi (8) formant cloison de séparation, ce trou étant en liaison avec le canal annulaire (52) entourant l'arbre (3, 3') corres- pondant. 9. Pompe mécanique selon la revendication 8, carac- térisée en ce que le trou (52) supplémentaire relie le canal annulaire (51) entourant les garnitures d'étanchéité des arbres correspondants (3, 3') respectivement dans les régions à plus grande et à plus faible pression de la chambre de pompage (12) correspondante. 10. Pompe mécanique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le trou (52) supplémentaire communi- que avec l'orifice (22) d'admission dans la chambre (12) de pompage. 11. Pompe mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les con- duits sont disposés dans la chambre (12) de pompage à l'extrémité de sortie de la pompe. 12. Pompe mécanique selon la revendication 11, caractérisée en ce que la chambre de pompage (12),située à l'extrémité de sortie de la pompe, entoure des rotors (6, 6') du type à griffes engrenées. 13. Pompe mécanique selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que la chambre (12) de pompage située à l'extrémité de sortie de la pompe,évacue le gaz par un clapet (16) anti-retour.