Brevet FR2640697A1 — publié le 19900622

Ensemble de pompage pour l'obtention de vides élevés La présente invention concerne un ensemble de pompage pour l'obtention de vides élevés. Il est bien connu que pour obtenir des pressions inférieures à -3 mbar, on associe en série une pompe primaire et une pompe secondaire. Au démarrage de l'ensemble, seule la pompe primaire est mise en route jusqu'à ce que la pression en amont de la pompe primaire descende à une valeur P2 telle que la pompe secondaire puisse être mise en marche. La pompe secondaire est alors mise en route et les deux pompes, primaire et secondaire, fonctionnent simultanément en série, en permanence. La pression désirée dans l'enceinte est ainsi atteinte au bout d'un temps plus ou moins long. Un tel ensemble de pompage nécessite de l'énergie électrique pour l'alimentation des moteurs d'entraînement des pompes. Cette énergie peut provenir soit d'une alimentation secteur, soit d'une batterie d'accumulateur intégrée à l'ensemble de pompage. L'invention a pour but d'économiser l'énergie électrique consommée pendant les opérations de pompage. L'invention est particulièrement intéressante dans le cas des ensembles portatifs alimentés, précisé- ment, par une batterie d'accumulateur, en permettant l'augmentation, pour une batterie de poids et d'encombrement donnés, de la durée de l'autonomie de l'ensemble de pompage. L'invention a ainsi pour objet un ensemble de pompage pour l'obtention de vides élevés, comprenant une pompe primaire et une pompe secondaire associées en série, la pompe primaire refoulant à l'atmosphère et la pompe secondaire aspirant dans une enceinte à vider, et comportant des moyens de démarrage de la pompe secondaire lorsque la pression en amont de la pompe primaire descend au-dessous d'une valeur Pl. caractérisé en ce qu'un réservoir passif, suivi d'une vanne d'isolement sont intercalés entre le refoulement de la pompe secondaire et l'aspiration de la pompe primaire, et en ce qu'il comprend des moyens de commande de fermeture de la vanne d'isolement et d'arrêt de la pompe primaire lorsque la pression dans ledit réservoir passif atteint une valeur P2 Z P1 et d'ouverture de la vanne d'isolement et de remise en marche de la pompe primaire lorsque la pression dans ledit réservoir - 2 - passif atteint de nouveau la pression P[. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel: La figure 1 représente schématiquement un ensemble de pompage selon l'invention. La figure 2 est une courbe représentative du fonctionnement de l'ensemble de pompage. La figure 1 représente donc schématiquement un ensemble de pompage qui comprend une pompe secondaire 1 avec son moteur d'entraînement 2, reliée du c8té de son aspiration à une enceinte 3 dans laquelle on souhaite effectuer un vide poussé, et du c8té de son refoulement, à une pompe primaire 4 avec son moteur d'entraînement 5, cette pompe primaire 4 refoulant à l'atmosphère. L'ensemble de pompage représenté est, par exemple, portable et autonome et comprend ainsi une batterie d'accumulateurs 6 pour l'alimentation en énergie de l'ensemble. La batterie d'accumulateur alimente un circuit électrique de commande 7 qui comporte entre autre un convertisseur continu-alternatif triphasé pour l'alimentation des moteurs 2 et 5. Les lignes 8 et 9 figurent ces alimentations. Comme on le sait, la pompe secondaire 1 ne peut fonctionner qu'au- dessous d'une certaine pression P1 dite pression d'amorçage. Aussi, au démarrage de l'ensemble, seule la pompe primaire 4 est mise en route, et lorsque la pression en amont de la pompe primaire descend au-dessous de cette pression Pl. la pompe secondaire 1 est mise en route automatique- ment. On sait que l'intensité absorbée par le moteur d'entraînement 5 est une fonction croissante de la pression d'aspiration. Aussi, la pompe secondaire se met en route lorsque le courant absorbé par le moteur d'entraînement 5 descend au-dessous d'une valeur qui correspond à cette pression d'amorçage P'1. A cet effet, le circuit de commande 7 comprend par exemple un relais d'intensité fonctionnant pour une valeur prédéterminée du courant dans la ligne 9. Selon l'invention, un réservoir passif 10 suivi d'une vanne d'isolement 11 sont intercalés entre le refoulement 12 de la pompe secondaire 1 et l'aspiration 13 de la pompe primaire 4. Le réservoir passif 10 n'est qu'une simple cavité ayant un certain volume, c'est pour -3- cette raison qu'il est appelé passif. Le circuit de commande 7 comprend un relais fonctionnant entre deux valeurs maximales I1 et minimales 12 du moteur 2 d'entraînement de la pompe secondaire 1, valeurs I1 et I2 du courant qui correspondent à deux valeurs de la pression P dans le réservoir d'isolement 10: la première valeur P1 d'amorçage et une seconde valeur P2 P2correspond à une valeur Pt de la pression dans l'enceinte à vide 3. Cette pression Pt est la pression limite d'aspiration de la pompe secondaire 1. Ainsi, lorsque la pression dans le réservoir 10 atteint la vapeur P2, le circuit de commande 7 commande, par la ligne 14, la fermeture de la vanne 11 et l'arrêt du moteur d'entraînement 5 de la pompe primaire 4. Inversement, lorsque la pression dans le réservoir d'isolement 10 remonte jusqu'à la valeur P1 du fait que la pompe secondaire 1 fonctionne toujours et du dégazage des parois de l'enceinte 3, le circuit de commande 7 commande la ré-ouverture de la vanne d'isolement 11 et la remise en route de la pompe primaire 4. La pression dans le réservoir 10 s'abaisse de nouveau jusqu'à la valeur P2 ce qui provoque de nouveau l'arrêt de la pompe primaire 4 et la fermeture de la vanne d'isolement 11. La pression dans le réservoir d'isolement 10 oscille ainsi entre ces deux valeurs P1 et P2' avec un fonctionnement pendant un premier temps des deux pompes suivi d'un deuxième temps o seule la pompe secondaire fonctionne. La figure 2 représente ce fonctionnement. Du temps 0 au temps t1, l'ensemble de pompage démarre et seule la pompe primaire 4 fonctionne. Au temps t1, la pression dans le réservoir atteint la valeur P1 et la pompe secondaire 1 est mise en route. A ce moment, l'intensité absorbée par son moteur d'entraînement 2 est maximale et égale à I 1. La pression diminue jusqu'en P2 au temps t2, l'intensité absorbée par le moteur 2 s'est abaissée jusqu'à une valeur minimale I2, le relais déclenche et la pompe primaire 4 est arrêtée et la vanne 11 fermée. De t2 à t3 seule la pompe secondaire fonctionne. En t3, la pompe primaire se remet en marche et la vanne 11 s'ouvre de nouveau, etc... De t3 à t4 les deux pompes fonctionnent, de t4 à t5, seule la pompe secondaire i fonctionne..... -4 - Si l'on définit le flux de pompage Q comme le produit du débit S par la pression P du débit pompé, on a Q = PS. On a dit plus haut que la pression P2 est la pression dans le réservoir 10 au moment o l'aspiration de la pompe secondaire 1 atteint sa pression limite Pt. A ce moment, le régime est permanent, et le flux pompé par la pompe primaire Q est égal au flux de dégazage Q1 de l'enceinte 3. Or, à ce moment, le flux pompé par la pompe primaire est Q = P2 S = Q, si S est le débit de pompage de la pompe primaire 4. On a ainsi, P2 = S Le rapport des temps marche-arrêt de la pompe primaire 4 est directement lié à l'importance du flux Q1 de dégazage de l'enceinte 3 et à la grandeur du volume V du réservoir 10. La relation suivante lie ces différentes grandeurs: P1 - P2 = Q ta ta étant le temps d'arrêt de la pompe primaire 4: t3 - t2 ou t5 - t4 sur la figure 2. On a ainsi ta = QV (P1 - P) 1 2 Ainsi, les temps d'arrêts ta sont d'autant plus grand que le volume V du réservoir 10 est plus grand, que la pression d'amorçage P1 de la pompe secondaire 1 est plus grande et que le flux de dégazage Q1 de l'enceinte 3 est plus petit. Par ailleurs, le temps de marche t de la pompe primaire 4 m (correspondant aux temps t2 - t1 ou t4 - t ou t -t5 sur la figure 2) dépend du volume V du réservoir 10 et du débit de pompage S de la pompe primaire 4. La relation suivante lie ces éléments: t 2,3 V Pl tm = 2'S V log P- Ms P2 Ainsi, ce temps de marche de la pompe primaire 4 est d'autant plus petit que le volume V du réservoir 10 est plus petit, que le rapport de Pl pression pest plus petit et que le débit S de la pompe primaire 4 est P2 5- plus grand. QîPi pl n gan 43 log P - 2,3 - log P On tat V_ (P1 - P2) 1 P2 Q1 Ainsi, ce rapport est d'autant plus faible que le flux de dégazage Q1 de l'enceinte est faible, que le rapport des P est faible, que le 1 P2 débit de pompage S de la pompe primaire est grand et que la différence des pressions P1 - P2 est grande. A titre d'exemple, si le débit S de la pompe primaire 4 est de: S = 3,6 m3/h = 1 litre/seconde, le flux de dégazage Q1 10-2 mbxlitre/ seconde, la pression maximale d'amorçage P1 = 40 mb, la pression minimale P2 = 4.10-3 mb. On a alors t = 9,2 secondes et t = 4000 secondes m 3 tm 273 tm = 2,3. %.w 2310-3 ta 1 000 tm+ta 1002,3 2,310 Ainsi, l'énergie consommée par la pompe primaire 4 avec un tel ensemble de pompage pendant un temps t d'utilisation de l'ensemble représente les 2,3 10-3 de l'énergie consommée par la pompe primaire si cette pompe primaire 4 avait fonctionné en permanence pendant tout ce temps t, au lieu de ne fonctionner que par intermittance. La pompe secondaire fonctionnant elle en permanence à partir du temps t1. On voit ainsi l'intérêt de l'invention et particulièrement dans le cas d'un ensemble autonome alimenté par batterie. -6 REVENDICATIONS 1/ Ensemble de pompage pour l'obtention de vides élevés, comprenant une pompe primaire (4) et une pompe secondaire (1), associées en série, la pompe primaire (4) refoulant à l'atmosphère et la pompe secondaire (1) aspirant dans une enceinte (3) à vider, et comportant des moyens de démarrage (7) de la pompe secondaire (1) lorsque la pression en amont de la pompe primaire (4) descend au-dessous d'une valeur P1, caractérisé en ce qu'un réservoir passif (10), suivi d'une vanne d'isolement (11) sont intercalés entre le refoulement (12) de la pompe secondaire (1) et l'aspiration (13) de la pompe primaire (4), et en ce qu'il comprend des moyens de commande (7) de fermeture de la vanne d'isolement (11) et d'arrêt de la pompe primaire (4) lorsque la pression dans ledit réservoir passif (10) atteint une valeur P2 la pression P'1.