Brevet FR2597552A1 — publié le 19871023

FPOFPE A ViDE OLEGULAIRE NOiAHKET DU iPE. TUNIR -X iRE. L'invention concerne une pompe à vide moléculaire, notamment du type turbomoléculaire. Les pompes moléculaires engendrent, dans le domaine de l'écoulement moléculaire, un rapport de pression constant et, dans le domaine de l'écoulement laminaire, une différence de pression constante. Dans les pompes moléculaires dont la construction est, par exemple, du type Gaede, Hollweck ou Siegbahn, dotées d'interst.ces 10 particulièrement étroits, le rapport des pressions est particulièrement élevé dans le domaine moléculaire et la différence des pressions est particulièrement grande dans le domaine laminaire. En tant que développement des pompes moléculaires du type de construction plus ancien, les pompes turbomoléculaires produisent, tout en ayant des 15 interstices plus grands, un rapport de pression très élevé dans le domaine moléculaire, mais ne produisent toutefois qu'une faible différence de pression dans le domaine laminaire. Une pompe moléculaire du type Hollweck est représentée, par exemple, dans le brevet suisse CH 222 288. La construction de principe 20 et le fonctionnement d'une pompe turbomoléculaire sont decrits da.s -a publication périodique "Vakuumtechnik", cahier!/10.!66, sous ' te-r "La pompe turbomoléculaire" ("Die Turbomolecularpumpe"), par W. iec::ar. Dans le cas de ces deux types de pompes, il s'agit de pmpemoléculaires, c'est-à-dire de pompes travaillant dans le domaine 25 d'écoulement moléculaire, et le transport du gaz s'etfectue par transfert d'impulsion des parois mobiles aux molécules du az a transporter. Le domaine de travail des pompes turbomoléculaires est touteoi limité vers les pressions plus élevées, car elles ne sont pleinement 30 efficaces que dans le domaine d'écoulement moléculaire. Le domaind'écoulement moléculaire est limité par la pression pour laquee lle libre parcours moyen des molécules devient de l'ordre de Srandeur des dimensions du récipient. Il en résulte que les pompes turbomoléculaires ne travaillent 35 qu'en combinaison avec des pompes à vide préliminaire. il s'ai t en : ::::: général de pompes à palettes tournantes, a deux étages. Si l'on parvenait à étendre vers de plus hautes pressions le domaine de travail des pompes turbomoléculaires, la dépense necessaire pour produire le vide préliminaire pourrait alors être réduite. Par exemple, des pompes monoétagées à palettes pourraient être suffisantes. Dans d'autres cas, les pompes à palettes avec étanchéité par huile pourraient être remplacées, par exemple. par des pompes à sec, du type à membrane. Le domaine de travail d'une pompe turbomoléculaire peut être porté à de plus fortes pressions en agençant, à la suite de l'étage de vide préliminaire, une pompe moléculaire à la manière d'une pompe Hollweck. De telles combinaisons sont décrites, par exemple, dans le brevet allemand DE-AS 2409 857 et dans le brevet européen EP 01 29 709. I1 est essentiel, pour le fonctionnement d'une telle pompe Hollweck, que l'intervalle entre rotor et stator soit très faible. Ce n'est qu'ainsi qu'une telle pompe opère, même à des pressions plus élevées, en tant que pompe turbomoléculaire fonctionnant encore dans le domaine d'écoulement moléculaire, et développe un rapport de pression élevé, ce qui porte le domaine de travail à des pressions plus élevées. La théorie et l'expérience montrent qu'il faut un intervalle de quelques centièmes de millimètre entre rotor et stator. Une autre condition préliminaire à l'obtention d'un rendement élevé d'une pompe moléculaire est une grande vitesse de rotation du rotor. Ces deux impératifs sévères, à savoir grande vitesse de rotation et interstices étroits, impliquent, pour la construction d'une pompe moléculaire, deux conditions difficilement conciliables. L'intervalle minimal entre parties tournantes et parties fixes doit être d'autant plus grand que la vitesse de rotation est plus grande, afin d'éviter une amorce de frottement. Toutes les constructions connues de pompes moléculaires, à l'exception des pompes turbomoléculaires, présentent des composants extrêmement critiques en présence de très grandes vitesses de rotation et d'interstices très étroits. Cela s'applique particulièrement au cas o la dilatation thermique du rotor, due à ! entrainement cluctricue, Aux.or*t@s *. rt compression, a pour effet de réduire encore l'interstice. Le rotor vient alors facilement au contact du stator, ce qui aboutit souvent à la destruction de la pompe. L'invention a pour but de construire une pompe moléculaire, constituée d'une pompe turbomoléculaire et d'un étage de vide préliminaire en tant que pompe moléculaire construite à la manière d'une pompe Hollweck. La pompe moléculaire servant d'étage de vide préliminaire devra être construite de façon à garantir un 10 fonctionnement sûr, dans les conditions extrêmes inhérentes à des interstices très étroits entre rotor et stator et à de grandes vitesses de rotation, même en cas de dilatation du rotor due, par exemple, à une élévation de température. La présente invention a donc pour objet une pompe à vide 15 turbomoléculaire, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier étage constitué d'une pompe turbomoléculaire à disques rotoriques et statoriques et un second étage accolé au premier étage, muni d'un rotor de forme conique ou tronconique sur lequel se trouvent des rainures en forme de spirale et d'un stator conjugué constitué par un cône adapté 20 a ladite forme conique du rotor, un palier fixant axialement le rotor se trouvant à l'extrémité pointue du cône ou, selon le cas, à la pointe imaginaire du tronc de cône. Parmi les divers modes de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment que: - l'extrémité pointue du cône ou, selon le cas, du tronc de cône se trouve du côté du rotor qui est éloigné de l'étage de pompe turbomoléculaire; - l'extrémité pointue du cône ou, selon le cas, du tronc de cône se trouve du côté du rotor qui est tourné vers l'étage de pompe 30 turbomoléculaire. La présente invention englobe également une pompe moléculaire considérée isolément, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor de forme conique ou tronconique sur lequel se trouvent des rainures en forme de spirale et un stator conjugué constitué par un cône adapté à 35 ladite forme conique du rotor, un palier fixant axialement le rotor se trouvant a l'extrémite pointue du cône ou, selon le cas, à la pointe imaginaire du tronc de cône. Le fait que, dans cette combinaison, le palier fixant axialement le rotor se trouve à l'extrémité pointue du cône ou, selon le cas, à la 5 pointe imaginaire d'un tronc de cône a pour conséquence que l'intervalle entre rotor et stator de l'étage de pompe ainsi constitué reste constant en cas de dilatation du rotor. L'intervalle entre disques rotoriques et statoriques de l'étage de pompe turbomoléculaire peut varier, tout comme dans les constructions connues de pompes 10 turbomoléculaires, à l'intérieur de limites de tolérances qui sont d'environ un facteur 10 plus grandes que dans le cas d'une pompe moléculaire construite à la manière d'une pompe Hollweck. La figure 3 montre que la largeur d'interstice dans la pompe moléculaire conique reste constante en cas de dilatation du rotor, si 15 le cône est fixé à sa pointe. En cas de dilatation thermique isotrope du rotor, on a: la qa - _a Ainsi, l'angle a reste constant et un point P sur le rotor se déplace 20 parallèlement à l'enveloppe du cône, vers P'. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, la pointe du cône se trouve du côté du rotor tourné vers l'étage de pompe turbomoléculaire. Dans cette construction, les mêmes conditions sont valables pour la largeur d'interstice a. Toutefois, on dispose ici de 25 cet avantage supplémentaire que la force centrifuge engendre un effet de pompage supplémentaire. Lorsqu'il sort de la pompe turbomoléculaire, le gaz est reçu, sous un petit rayon, dans l'étage de pompage préliminaire et est expulsé sous un rayon important. Bien entendu, l'étage de pompe moléculaire conique peut aussi 30 être utilisé, avec avantage, séparément ou en combinaison avec une pompe à vide poussé d'un autre type. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois 35 que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une pompe turbomoléculaire selon l'invention, dans laquelle la pointe du cône est tournée non pas vers l'étage de pompe turbomoléculaire mais dans le sens opposé; - la figure 2 représente une pompe turbomoléculaire selon l'invention, dans laquelle la pointe du cône est tournée vers l'étage de pompe turbomoléculaire; - la figure 3 représente schématiquement un extrait de la 10 figure 1. Sur les figures 1 et 2, on a représenté deux formes de réalisation différentes qui diffèrent essentiellement en ceci que, sur la figure 1, la pointe du cône de la pompe moléculaire est tournée vers le côté vide préliminaire alors que, sur la figure 2, elle est tournée 15 vers le côté o se trouve l'étage de pompe turbomoléculaire. Ainsi, dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, la force centrifuge peut être utilisée de façon à apporter une contribution supplémentaire à l'effet de pompage. Des disques rotoriques 2 et statoriques 3 se trouvent dans le 20 corps ou carter 1 de l'étage de pompe turbomoléculaire. La partie située du côté vide poussé est terminée par une bride 4. Un palier 5, qui peut être par exemple réalisé sous la forme de palier magnétique, sert au guidage radial du rotor. Ce palier 5 ne doit pas forcément être situé du côté vide poussé. Si l'on utilise un palier à roulement à 25 billes lubrifié à l'huile, il est alors préférable que celui-ci soit agencé du côté vide de l'étage de pompe turbomoléculaire. La référence 6 désigne la partie côté vide de la combinaison de pompes. Le rotor de cet étage de pompe est constitué par un tronc de cône 7 doté de rainures 8 en forme de spirale. Le stator conjugué est 30 constitué par un cône 9 de forme conique adaptée. La pointe imaginaire du tronc de cône 7 se trouve en 10. A cet endroit est également agencé un palier 11 qui fixe axialement le rotor. Le raccord de vide préliminaire est désigné par la référence 12, et le moteur électrique d'entraînement est désigné par la référence 13. La figure 3 illustre les conditions géométriques dans le cas d'une dilatation thermique du rotor. Lorsque ie rotor est fixé axialement à l'endroit de la pointe du cône ou, selon le cas, à l'endroit de la pointe imaginaire 10 du tronc de cône, la largeur de l'interstice a entre rotor et stator reste constante dans le cas d'une dilatation isotrope du rotor. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la 10 réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATiONS 1. Pompe a vide turbomoléculaire caracterisée en ce qu'elle comporte un premier étage constitué d'une pompe turbomoléculaire a 5 disques rotoriques (2) et statoriques (3) et un second étage accolé au premier étage, muni d'un rotor (7) de forme conique ou tronconique sur lequel se trouvent des rainures (8) en forme de spirale et d'un stator conjugué (6) constitué par un cône (9) adapté à ladite forme conique du rotor, un palier (11) fixant axialement le rotor se trouvant à 10 l'extrémité pointue (10) du cône ou, selon le cas, à la pointe imaginaire (10) du tronc de cône. 2. Pompe à vide turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité pointue (10) du cône ou, selon le cas, du tronc de cône, se trouve du côté du rotor qui est éloigné de 15 l'étage de pompe turbomoléculaire. 3. Pompe à vide turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité pointue (10) du cône ou, selon le cas du tronc de cône, se trouve du côté du rotor qui est tourné vers l'étage de pompe turbomoléculaire. 4. Pompe moléculaire, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (7) de forme conique ou tronconique sur lequel se trouvent des rainures (8) en forme de spirale et un stator conjugué (6) constitué par un cône (9) adapté à ladite forme conique du rotor, un palier (11) fixant axialement le rotor se trouvant à l'extrémité pointue (10) du 25 cône ou, selon le cas, à la pointe imaginaire (10) du tronc de cône.