Brevet FR2645599A1 — publié le 19901012

Pompe à vide, sèche, à palettes La présente invention concerne une pompe à vide, sèche, à palettes. On connaît des pompes sèches multipalettes. Dans ces pompes, les palettes frottent contre le stator. I1 résulte de céla des échauffements excessifs provoquant une dégradation du stator au fil du temps, les palettes, qui sont souvent en matériau composite, finissent par perdre leurs caractéristiques après un certain nombre d'heures de fonctionnement. Il arrive qu'elles fléchissent sous l'effort et même qu'elles se brisent provoquant la rupture d'autres palettes et la détérioration de la surface interne du stator. En outre, en plus de la détérioration des caractéristiques des palettes au cours du temps, leur usure est loin d'être négligeable. Ainsi, ces pompes sèches nécessitent une surveillance et un entretien périodique fréquent.Par ailleurs, ce type de pompe sèche n'est pas utilisable dans les applications où un vide propre est nécessaire à cause de l'usure des palettes qui provoque la formation de fines poussières (de carbone ou de graphite généralement). Pour réduire ces échauffements, il est connu de ventiler abondamment les parties chaudes de la pompe, cependant cela nécessite une puissance électrique supplémentaire et engendre du bruit. Le fait de ventiler n'est d'ailleurs pas toujours conciliable avec certaines conditions d'utilisations : en salle blanche par exemple ou dans des laboratoires. Indépendamment du ventilateur, le frottement des palettes contre le stator est également une source importante de bruit. Ce frottement enfin consomme de l'énergie. Ainsi, les pompes sèches à palettes, connues ne donnent pas vraiment satisfaction. La présente invention a pour but de pallier tous ces inconvénients et a ainsi pour objet une pompe à vide, sèche, à palettes, comprenant un stator comportant un canal d'entrée d'aspiration et un canal de sortie de refoulement qui aboutissent dans une cavité rotorique du stator, et un ensemble rotorique disposé dans-ladite cavité rotorique, caractérisée en ce que l'ensemble rotorique se compose d'un rotor central d'axe fixe }\ 1 muni à sa périphérie de n palettes régulièrement espacées, chaque palette étant articulée au rotor central de façon à pouvoir pivoter par rapport audit rotor autour d'un axe parallèle audit axe ss l et d'un rotor de guidage, d'axe fixe d 2 parallèle à l'axe 1 le rotor 2 central étant disposé à l'intérieur du rotor de guidage et les axes b 1 et ss 2 étant distants d'une valeur D, ledit rotor de guidage comportant n fentes régulièrement espacées dans chacune desquelles peut coulisser une dite palette avec possibilité de débattement angulaire, en ce que des moyens permettent l'entraînement en rotation à vitesse angulaire égale du rotor central et du rotor de guidage, chacun autour de son axe, et en ce que la surface interne radiale de la cavité rotorique du stator suit la surface balayée par l'extrémité libre des palettes au cours de la rotation dudit ensemble rotorique, ladite cavité rotorique du stator comportant en outre des faces latérales fermant ladite cavité et s'appliquant, au jeu de fonctionnement près, contre les extrémités latérales dudit ensemble rotorique. Selon une autre caractéristique, le rotor de guidage a la forme d'un tube dont la longueur correspond à celle du rotor central. Selon une réalisation préférée, le tube comporte, à l'une de ses deux extrémités, un fond solidaire d'un premier arbre d'entraînement en rotation, supporté dans le stator par deux paliers, ledit rotor central étant solidaire, à l'une de ses deux extrémités, d'un second arbre d'entraînement en rotation supporté dans le stator, du côté opposé audit premier arbre, par deux paliers. Selon une autre caractéristique, un arbre auxiliaire de transmission, parallèle aux axes A 1 e 4 , est logé et supporté par 1 des paliers dans une cavité auxiliaire dudit stator, ledit premier arbre et ledit deuxième arbre étant respectivement reliés audit arbre auxiliaire de transmission par des organes assurant la rotation à vitesse angulaire égale dudit premier arbre et dudit deuxième arbre, l'un des deux dits arbres-sortant du stator et comportant des moyens d'accouplement avec un moyen moteur d'entraînement. Le canal d'entrée d'aspiration aboutit dans ladite cavité rotorique du stator, dans un espace périphérique de cette cavité, situé entre le stator et le rotor de guidage, par ladite surface externe radiale, en un point de cette surface où ledit espace périphérique est étroit et dans la zone de cet espace où il augmente en le suivant dans le sens de rotation de l'ensemble rotorique. Selon une réalisation préférée de l'invention, une paire de joints élastiques assure, de part et d'autre de chaque palette, le passage étanche des palettes dans les fentes du rotor de guidage. Selon une autre caractéristique de l'invention, une communication de recyclage, réalisée dans une face latérale de la cavité rotorique du stator, relie, avec une valve de non retour ledit espace périphérique à l'espace interne situé entre ledit rotor de guidage et ledit rotor central, en un point où ledit espace périphérique est étroit et va en se rétrécissant en suivant le sens de rotation de l'ensemble rotorique, ledit canal de sortie de refoulement aboutissant dans la cavité rotorique du stator par un orifice de refoulement réalisé dans une dite face latérale de ladite cavité au niveau dudit espace interne, dans une zone étroite de cet espace interne ayant tendance à se rétrécir en suivant le sens de rotation de l'ensemble rotorique. Selon une réalisation préférée, ledit orifice de refoulement est réalisé dans la face latérale de la cavité rotorique du stator située du coté où ledit tube comporte ledit fond, ce fond étant percé de n ouvertures régulièrement espacées, ledit orifice de refoulement étant relié audit canal de sortie de refoulement par une valve de non retour. Selon une autre caractéristique de l'invention, une canalisation de régulation de Pression, interne au stator, relie ledit espace périphérique, dans une zone située en amont de ladite communication de recyclage, audit canal de sortie de refoulement, ladite canalisation étant munie de moyens de non retour. On va maintenant donner la description d'un exemple particulier, préféré, de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 montre une pompe à vide selon l'invention, vue en coupe passant par des plans à plusieurs niveaux distincts. La figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1. La figure 3 montre la pompe en vue extérieure, vue de gauche par rapport à la figure 1. La figure 4 montre en perspective une pièce de la pompe selon l'invention : le rotor de guidage. La figure 5 montre un joint utilisé pour le passage des palettes dans les fentes du rotor de guidage. Les figures 6, 7 et 8 sont des vues- de face, de gauche et de dessus de la pompe montrant les différents canaux internes au stator. Dans ces vues, de nombreux détails ont été supprimés et les parties générales n'ont été représentées -qu'en traits fins afin de ne pas surcharger les figures et de bien suivre le parcours des canaux internes. En outre, ces canaux sont figurés en traits pleins bien que situés dans différents plans. Les figures 9, 10 et 11, sont des schémas permettant d'expliquer le fonctionnement de la pompe. Dans ces schémas, les canaux de la pompe sont figurés par des canalisations externes par mesure de clarté pour les dessins. Cependant, les repères ae ces figures correspondent aux repères désignant sur les figures 6 à 8 les canaux réels. La pompe à vide représentée sur les figures jointes et décrite ci-après constitue une réalisation préférée de l'invention et comporte toutes les caractéristiques énumérées ci-dessus et reprises dans l'ensemble des revendications. En se reportant tout d'abord aux figures 1 à 5, on voit que la pompe à vide se compose essentiellement de quatre éléments particulièrement bien illustrés sur la figure 2 : un stator 1, un rotor central 2, un rotor de guidage 3 et un ensemble de palettes articulées 4 au nombre de cinq dans l'exemple décrit et repérées 4a, 4b, 4c, 4d et 4e. Le rotor central 2 possède un axe D1 1 fixe par rapport au stator. De même le rotor de guidage 3 possède un axe /\ 2 fixe également par 2 rapport au stator. Ces deux axes sont parallèles et distants l'un de l'autre d'une valeur D. Cette excentration D, dans l'exemple décrit est égale à : R - r. R désignant le rayon interne du rotor de guidage 3 et r le rayon du rotor central 2. Les palettes 4a à 4e sont régulièrement réparties à la périphérie du rotor central où elles sont articulées de façon à pouvoir pivoter par rapport au rotor autour d'un axe parallèle aux axes is 1 et ss 2 Le rotor de guidage 3 est représenté en perspective sur la figure 4.Il se compose d'une partie en forme de tube 5 dont la longueur correspond à celle du rotor central 2 et dont l'une des extrémités porte un fond 6 permettant d'y solidariser un premier arbre 7 d'entraînement en rotation, supporté dans le stator 1 par deux paliers à billes 8 et 9. La partie tubulaire 5 du rotor de guidage 3 comporte cinq fentes 10 régulièrement réparties dans chacune desquelles passe une palette 4. Dans ces fentes, les palettes peuvent coulisser et peuvent également se débattre angulairement. De chaque côté de chaque palette, les fentes 10 sont munies d'un joint élastique 11, de telle façon que chaque palette soit prise dans sa fente entre une paire de joints 11 assurant le passage étanche de la palette dans la fente 10. Le joint ll comporte une portion pleine 12 et deux lèvres élastiques 13 permettant le débattement angulaire de la palette tout en assurant l'étanchéité. Ainsi, l'ensemble rotorique constitué du rotor central 2, muni de ses palettes 4, et du rotor de guidage 3, est disposé dans une cavité rotorique 14 du stator ; le rotor central 2 étant situé à l'intérieur du rotor de guidage 3 et son axe S 1 coïncidant avec l'axe de symétrie de la cavité rotorique 14 du stator. Cette cavité rotorique 14 est divisée en deux espaces par l'ensemble rotorique : un espace périphérique 14a situé entre le stator 1 et le rotor de guidage 3 et un espace interne 14b situé entre le rotor de guidage et le rotor central 2. Comme on le voit sur la figure 1, le stator 1 est réalisé en cinq sections la, lb, lc, Id et le centrées et assemblées. Les moyens de centrage et d'assemblage n'ont pas été représentés pour la clarté des figures. Le stator 1 comprend un canal d'entrée d'aspiration 15 qui aboutit dans la cavité statorique 14 dans l'espace périphérique 14a. Le débouché du canal 15 dans l'espace périphérique 14a se fait sur la surface interne radiale 16 de la cavité interne 14 du stator én un point de l'espace, périphérique 14a où cet espace est étroit et du côté de cet espace, par rapport au plan passant par ss 1 et ss 2 où cet espace 1 2 s'accroît si l'on suit la surface 16 dans le sens de la rotation de l'ensemble rotorique indiqué par la flèche F. Le rotor central 2 est solidaire à l'une de ses extrémités, du côté opposé au premier arbre 7, d'un second arbre 17 d'entraînement en rotation, supporté sans le stator 1 par deux paliers à billes 18 et 19. L'extrémité de l'arbre 17 est prévue pour pouvoir être accouplée avec un moteur d'entraînement en rotation. Le stator 1 comporte une cavité auxiliaire 20 dans laquelle est logé et supporté par deux paliers à billes 21 et 22, un arbre auxiliaire de transmission 23. Cet arbre 23 est disposé parallèlement aux axes et 2' Les extrémités de l'arbre de transmission 23 portent chacune un pignon, respectivement 24 et 25. L'arbre d'entraînement 17 du rotor central 2 porte également un pignon 26 et l'arbre 7 d'entraînement du rotor de guidage 3 porte un pignon 27. Les pignons 24 et 26 sont reliés par une courroie crantée 28 et les pignons 25 et 27 sont reliés par une seconde courroie crantée 29. Les pignons 26, 24, 25 et 27 sont choisis de façon à ce que la vitesse angulaire de rotation du rotor central 2 et du rotor de guidage 3 soit identique. Lors de l'entralnement en rotation de l'arbre 17, le rotor central 2 tourne ainsi autour de son axe fixe A 1 et, à la même vitesse, le rotor de guidage 3 tourne autour de son axe fixe A 2. Dans cette rotation, le rotor de guidage 3 assure l'orientation des palettes 4, cette orientation variant sans cesse à cause du désaxement D des axes n 1 et ss 2 permettant de réaliser entre deux palettes consécutives, un volume variable successivement croissant puis décroissant. Au cours de cette rotation, l'extrémité libre des palettes 4 balaye une certaine surface qui est un cylindre, de section non circulaire, mais symétrique par rapport à l'axe ss 1 du rotor central 2. La surface interne radiale 16 de la cavité rotorique 14 du stator 1 suit cette surface au jeu de fonctionnement près qui est de l'ordre de 0,05 mm. Cette surface est usinée par une machine à commande numérique sur laquelle on peut programmer les coordonnées de la surface. Cette cavité rotorique 14 du stator est en outre fermée latéralement par la portion lb et lc du stator 1 dont les faces internes s'appliquent/au jeu de fonctionnement près, également de l'ordre de 0,05 mm, contre les extrémités latérales de l'ensemble rotorique formé par le rotor centra; 2 et ses palettes articulées 4 et le rotor de guidage 3. Le stator 1 comporte encore un canal de sortie de refoulement 30 non visible sur les figures 1 et 2, mais que l'on voit bien sur les figures 6 et 8. Ce canal de refoulement 30 aboutit comme on le voit sur la figure 8 dans la cavité rotorique 14 du stator, en deux points d'une part radialement dans l'espace périphérique 14a et d'autre part latéralement, ou axialement, dans l'espace interne 14b. Ces parcours seront décrits plus en détail, plus loin, en se référant aux figures 6 à 8. Sur les figures 1 et 2, on voit encore une communication de recyclage 31 qui relie l'espace périphérique 14a de la cavité rotorique du stator à l'espace interne 14b de cette cavité rotorique. Cette communication 31 est réalisée dans une pastille 32 placée dans un alésage circulaire réalisé dans la paroi latérale lb. La communication 31 est munie d'une bille 33 et d'un ressort 34 assurant le passage à sens unique du gaz pompé : dans le sens de l'espace périphérique 14a vers l'espace interne 14b. Cette pastille 32, avec la communication 31 est placée dans la paroi latérale lb en un endroit ou l'espace périphérique 14a est très étroit, et du côté de la machine où il va en se rétrécissant si l'on suit cet espace dans le sens de rotation figuré par la flèche F sur la figure 2. En se référant maintenant aux figures 6 à 8J le canal de sortie de refoulement 30 qui débouche à l'extérieur par une bride 35, aboutit dans la cavité rotorique 14 dans l'espace interne 14b par un orifice de refoulement 36 réalisé la paroi latérale ld du stator 1, c'est-à-dire dans la paroi latérale située du côté ou le rotor de guidage 3 porte un fond 6. On voit sur la figure i que cet orifice aboutit dans l'espace interne 14b dans une zone étroite de cet espace interne 14b et du côté de la machine où cet espace se rétrécit si on le suit dans le sens de la rotation figuré par les flèches F de la figure 7 (ou 2). Cet orifice de refoulement 36 est relié au canal de sortie de refoulement 30 par une valve de non retour comportant une bille 37 et un ressort 38. Pour permettre aux gaz pompés et refoulés de sortir par cet orifice de refoulement 36, le fond 6 du rotor de guidage 3 (voir figure 4) est percé de cinq ouvertures 39. Ces cinq ouvertures sont régulièrement espacées. Chaque ouverture 39 est située à mi-chemin, angulairement, entre deux fentes consécutives 10. Enfin, une canalisation de régularisation de pression 40, interne au stator relie l'espace périphérique 14a au canal de sortie de refoulement 30. Cette canalisation 40 aboutit dans l'espace périphérique 14a par deux orifices 41 et 42 pratiqués dans la surface radiale interne 16 de la cavité rotorique 14 du stator 1. Chaque orifice, 41 et 42, est muni, comme on le voit figure 2 d'une valve anti-retour comportant une bille 43 et un ressort 44. Les orifices d'aboutissement 41 et 42 sont situés en amont de la communication de recyclage 31, dans une zone ou les gaz aspirés sont déjà comprimés. Enfin, la pompe est sèche, sans huile. Seuls les six roulements utilisés sont graissés à vie. Le fonctionnement est maintenant expliqué en se reportant aux figures 9 à 11 qui sont des schémas d'illustration sur lesquels les références utilisées correspondent aux organes des figures précédentes même lorsque ces organes sont figurés différemment ou extérieurement, par exemple par des conduites externes. La pompe à vide est reliée par sa bride d'entrée 45 à une enceinte à vider. La pompe est mise en route et l'ensemble rotorique avec ses palettes 4 tourne dans le sens indiqué par les flèches. Le gaz est aspiré par la canalisation 15 et pénètre dans l'espace périphérique 14a dans une zone de faible volume qui va en s'accroissant. Sur la figure 9, le volume compris entre les palettes 4c et 4d va commencer à diminuer et lorsque la pression atteindra la pression de tarage de la valve de non retour 43, 44 (environ 1 atmosphère), une partie du gaz s'échappera par la canalisation 40 et rejoindra le refoulement 30. Sur la figure 10, le volume de gaz compris entre les palettes 4e et 4a finit de passer de l'espace périphérique 14a à l'espace central 14b par la communication de recyclage 31. Ainsi, la pompe possède deux étages successifs de compression : un premier étage dans l'espace périphérique 14a puis un second étage dans l'espace central 14b. Sur la figure 11, on voit le refoulement des gaz situé dans l'espace interne 14b entre les palettes 4b et 4c. Ces gaz sont refoulés par l'orifice 36 et rejoignent le refoulement 30. La pompe selon l'invention est silencieuse puisqu'elle ne comporte pas de frottement entre les palettes et le stator, de même qu'entre les deux rotors entre eux, ni entre le rotor de guidage et le stator, les jeux de fonctionnement entre ces diverses pièces étant de l'ordre de 0,05 mm. L'usure des palettes est pratiquement nulle. L'utilisation de la pompe en deux étages successifs de compression : d'abord dans l'espace périphérique 14a, puis dans l'espace interne l4bpour environ un demi-tour jusqu'à l'orifice de refoulement 36 > est très avantageux,mais n'est cependant pas nécessaire. On peut en effet refouler à l'extérieur directement à l'endroit de la communication de recyclage 31, sans recycler vers l'intérieur. A ce moment là, le refoulement ne se ferait plus latéralement mais symétriquement de l'aspiration 15 par rapport au plan passant par les axes et et A 2' Dans ce cas, les joints d'étanchéité 11 des palettes ne sont pas indispensables. REVENDICATIONS 1/ Pompe à vide, sèche, à palettes, comprenant un stator (1) comportant un canal d'entrée d'aspiration (vis) et un canal de sortie de refoulement (30) qui aboutissent dans une cavité rotorique (14) du stator, et un ensemble rotorique disposé dans ladite cavité rotorique, caractérisée en ce que l'ensemble rotorique se compose d'un rotor central (2) d'axe fixe D1' muni à sa périphérie de n palettes (4a à 4e) régulièrement espacées, chaque palette étant articulée au rotor central (2) de façon à pouvoir pivoter par rapport audit rotor (2) autour d'un axe parallèle audit axe a 1 et d'un rotor de guidage (3) d'axe fixe b 2 parallèle 2 à l'axe A 1' le rotor central étant disposé à l'intérieur du rotor de guidage et les axes 9 1 etti2 étant distants d'une valeur D, ledit 2 rotor de guidage (3) comportant n fentes (10) régulièrement espacées dans chacune desquelles peut coulisser une dite palette (4a à 4e) avec possibilité de débattement angulaire, en ce que des moyens (24 à 29) permettent l'entraînement en rotation à vitesse angulaire égale du rotor central (2) et du rotor de guidage (3), chacun autour de son axe, et en ce que la surface interne radiale (16) -de la cavité rotorique (14) du stator (1) suit la surface balayée par l'extrémité libre des palettes (4a à 4e) au cours de la rotation dudit ensemble rotorique, ladite cavité rotorique (14) du stator comportant en outre deux faces latérales fermant ladite cavité et s'appliquant, au jeu de fonctionnement près, contre les extrémités latérales dudit ensemble rotorique. 2/ Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit rotor de guidage (3) a la forme d'un tube (5) dont la longueur correspond à celle du rotor central (2). 3/ Pompe à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit tube (5) comporte, à l'une de ses deux extrémités, un fond (6) solidaire d'un premier arbre (7) d'entraînement en rotation, supporté dans le stator (1) par deux paliers (8, 9), ledit rotor central (2) étant solidaire, à l'une de ses deux extrémités, d'un second arbre d'entraînement (17) en rotation supporté dans le stator, du côté opposé audit premier arbre, par deux paliers (18, 19). 4/ Pompe à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre auxiliaire de transmission (23), parallèle aux axes 6 1 et ss 2 logé et supporté par des paliers (21, 22) dans une cavité auxiliaire (20) dudit stator, ledit premier arbre (7) et ledit deuxième arbre (17) étant respectivement reliés audit arbre auxiliaire de transmission (23) par des organes (24 à 29) assurant la rotation à vitesse angulaire égale dudit premier arbre (7) et dudit deuxième arbre (17), l'un (17) des deux dits arbres sortant du stator et comportant des moyens d'accouplement avec un moyen moteur d'entraînement. 5/ Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit canal d'entrée d'aspiration (15) aboutit dans ladite cavité rotorique (14) du stator, dans un espace périphérique (14a) de cette cavité, situé entre le stator (1) et le rotor de guidage (3), par ladite surface interne radiale (16), en un point de cette surface où ledit espace périphérique (14a) est étroit et dans la zone de cet espace où il augmente, en le suivant dans le sens de rotation de l'ensemble rotorique. 6/ Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'une paire de joints élastiques (11) assure, de part et d'autre de chaque palette (4a à 4e), le passage étanche des palettes dans lesdites fentes (10) du rotor de guidage. 7/ Pompe à vide selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une communication de recyclage (31), réalisée dans une face latérale de la cavité rotorique (14) du stator, relie, avec une valve de non retour 133, 34), ledit espace périphérique (14a) à l'espace interne (14b) situé entre ledit rotor de guidage (3) et ledit rotor central (2), en un point où ledit espace périphérique (14a) est étroit et va en se rétrécissant en suivant le sens de rotation de l'ensemble rotorique, et en ce que ledit canal de sortie de refoulement (30) aboutit dans la cavité rotorique (14) du stator par un orifice de refoulement (36) réalisé dans une dite face latérale de ladite cavité au niveau dudit espace interne (14b), dans une zone étroite de cet espace interne ayant tendance à se rétrécir en suivant le sens de rotation de l'ensemble rotorique. 8/ Pompe à vide selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit orifice de refoulement (36) est réalisé dans la face latérale de la cavité rotorique du stator située du côté ou-ledit tube (5) comporte ledit fond (6), ce fond (6) étant percé de n ouvertures (39) régulièrement espacées, ledit orifice de refoulement (36) étant relié audit canal de sortie de refoulement (30) par une valve de non retour (37, 38). 9/ Pompe à vide selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'une canalisation de régulation de pression (40), interne au stator, relie ledit espace périphérique (14a) dans une zone située en amont de ladite communication de recyclage (31), audit canal de sortie de refoulement (30), ladite canalisation étant munie de moyens de non retour (43, 44).