Brevet FR2657655A1 — publié le 19910802

POMPE A VIDE AVEC DES CYLINDRES FILETES HELICOIDALEMENT La présente invention concerne une pompe à vide qui fonctionne de façon à délivrer un gaz à partir du côté d'entrée vers le côté d'évacuation dans des conditions allant d'un flux visqueux à un flux moléculaire, et, plus particulièrement, une pompe à vide composée de cylindres filetés hélicoïdalement, qui soit capable de développer une contre-pression élevée. Une pompe d'extraction moléculaire caractéristique pour décharger un gaz comporte des cylindres filetés hélicoïdalement Une telle pompe d'extraction moléculaire est de construction relativement simple et peut être fabriquée relativement facilement, mais elle est désavantageuse car elle ne développe qu'une contre-pression relativement faible De façon plus spécifique, l'espace radial défini entre un cylindre rotatif et un cylindre stationnaire extérieur disposé autour de celui-ci, et l'espace radial défini entre le cylindre rotatif et un cylindre intérieur disposé à l'intérieur de celui-ci permettent au gaz de fuir à travers ceux-ci A cause de la fuite de gaz à travers ces espaces radiaux, la contre- pression développée par la pompe est relativement faible. Par conséquent, il est devenu habituel d'employer une pompe de pré-vidage telle qu'une pompe à vide actionnée hydrauliquement afin de réduire la pression du côté de sortie de la pompe d'extraction moléculaire à un niveau de pression compris entre 1 et 100 torr. A la lumière des inconvénients précédemment cités de la pompe d'extraction moléculaire classique, un objet de la présente invention est de procurer une pompe à vide avec des cylindres hélicoïdalement filetés qui puissent délivrer un gaz à partir du côté d'entrée vers le côté de sortie qui soit maintenu à la pression atmosphérique, de telle sorte qu'aucune pompe de pré-vidage ne soit nécessaire pour l'utilisation dans la pompe à vide. Selon la présente invention, une pompe à vide comporte un cylindre rotatif disposé de façon à pouvoir tourner coaxialement autour d'un cylindre stationnaire interne et d'un cylindre stationnaire externe Le cylindre rotatif possède une pluralité de cavités définies dans au moins une des surfaces circonférencielles intérieure et extérieure de celui-ci Le cylindre stationnaire extérieur possède une rainure hélicoïdale définie dans une surface circonférencielle intérieure de celui-ci Le cylindre stationnaire intérieur possède une rainure hélicoïdale définie dans une circonférence extérieure de celui-ci Le cylindre rotatif tourne sous l'effet d'un moteur afin de délivrer un gaz axialement le long des rainures hélicoïdales Les cavités sont efficaces pour produire des écoulements turbulents dans le gaz afin d'augmenter le débit auquel le gaz est déchargé Les cavités ont une longueur axiale inférieure à la largeur transversale d'un filetage hélicoïdal sur la surface circonférencielle extérieure du cylindre stationnaire intérieur ou sur la surface circonférencielle intérieure du cylindre stationnaire extérieur, afin de minimiser toute fuite de gaz par le filetage hélicoïdal. Les objets, caractéristiques et avantages ci-dessus de la présente invention, ainsi que d'autres, vont apparaître de façon plus évidente à partir de la description qui suit lorsqu'elle sera prise en conjonction avec les dessins joints, dans lesquels une réalisation préférée de la présente invention est montrée à titre d'exemple illustratif. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une pompe à vide selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne II-II de la figure 1; et la figure 3 est une vue en coupe fragmentaire agrandie prise le long de la ligne III-III de la figure 2. Les figures 1, 2 et 3 montrent une pompe à vide selon la présente invention Comme montré dans les figures 1 et 2, la pompe à vide comporte un cylindre rotatif creux 14 monté coaxialement sur un arbre de rotor 16 Le cylindre rotatif 14 est fixé sur une extrémité supérieure de l'arbre de rotor 16, qui est supporté de façon à pouvoir tourner par des paliers 8 a, 8 b dans un cylindre stationnaire intérieur creux 9 monté de façon fixe à une extrémité axiale sur une base 21 espacée de l'extrémité axiale du cylindre rotatif creux 14 Le cylindre rotatif 14 peut tourner à une vitesse constante dans la direction indiquée par la flèche A (figure 3) La pompe à vide comporte également un cylindre stationnaire extérieur creux 3 disposé coaxialement autour du cylindre rotatif 14 'et monté de façon fixe sur le cylindre stationnaire intérieur 9 au voisinage de la base 21. Le cylindre stationnaire extérieur 3 a une configuration conique, et le cylindre rotatif 4 a une surface extérieure conique faisant face de façon complémentaire au cylindre stationnaire extérieur 3 Le cylindre stationnaire extérieur 3 a une rainure hélicoïdale 1 définie dans une surface circonférencielle intérieure de celui-ci et une nervure ou filetage hélicoïdal 2 sur sa surface circonférencielle intérieure Le cylindre stationnaire intérieur 9 a une rainure hélicoïdale 4 définie dans une surface circonférencielle extérieure de celui-ci et une nervure ou filetage hélicoïdal 5 sur sa surface circonférencielle extérieure Le cylindre stationnaire intérieur 9 possède également des trous de décharge axiaux 6 s'étendant d'une extrémité axiale à l'autre extrémité axiale de celui-ci. Un moteur pour faire tourner l'arbre de rotor 16 comporte un stator 7 supporté sur une surface circonférencielle intérieure du cylindre stationnaire intérieur 9 et un rotor 15 monté sur l'arbre de rotor 16 en relation de vis-à-vis radiale par rapport au stator 7. Le cylindre rotatif 14 a une pluralité de rangées circonférencielles espacées axialement de cavités 10 définies dans une surface circonférencielle extérieure de celui-ci et une pluralité de surfaces de portée 11 circonférencielles et espacées axialement sur sa surface circonférencielle extérieure Les rangées de cavités 10 et les surfaces de portée lisses 11 alternent axialement les unes avec les autres Le cylindre rotatif 14 possède également une pluralité de rangées circonférencielles et axialement espacées de cavités 12 définies dans une surface circonférencielle intérieure de celui-ci et une pluralité de surfaces de portée lisses circonférencielles axialement espacées 13 sur sa surface circonférencielle intérieure. Les rangées de cavités 12 et les surfaces de portée lisses 13 sont axialement alternées les unes par rapport aux autres. Le cylindre rotatif 14 est donc radialement positionné entre les cylindres stationnaires extérieur et intérieur 3, 9 Le f iletage hélicoïdal 2 sur la surface circonférencielle intérieure du cylindre stationnaire extérieur 3 et les surfaces de portée lisses 10, 11 sur la surface circonférencielle extérieure du cylindre rotatif 14 définissent conjointement un espace 17 entre eux Le filetage hélicoïdal 5 sur la surface circonférencielle extérieure du cylindre stationnaire intérieur 9 et les surfaces de portée lisses 13 sur la surface circonférencielle intérieure du cylindre rotatif 14 définissent conjointement un espace 18 entre eux. Le cylindre stationnaire extérieur 3 a un orifice d'entrée 19 défini dans l'extrémité supérieure de celui-ci pour la connexion avec un dispositif dans lequel le vide doit être réalisé Un gaz déchargé du dispositif s'écoule à travers l'orifice d'entrée 19, l'espace 17, l'espace 18, et les trous de décharge 6 jusqu'à un orifice de sortie 20 défini dans la base 21. Lorsque le moteur est mis sous tension, l'arbre de rotor 16, et, par conséquent, le cylindre rotatif 14, tournent sous l'effet des forces magnétiques développées par le stator 7 et le rotor 15 Le gaz extrait de l'orifice d'entrée 19 est introduit dans la rainure hélicoïdale 1 dans la surface circonférencielle intérieure du cylindre stationnaire extérieur 3 Bien que le cylindre rotatif 14 tourne par rapport au cylindre stationnaire extérieur 3, le gaz dans la rainure hélicoïdale 1 est comprimé progressivement vers le bas, puis introduit dans la rainure hélicoïdale 4 dans la surface circonférencielle extérieure du cylindre stationnaire intérieur 9 et s'écoule progressivement vers le haut le long de la rainure hélicoïdale 4 Finalement, le gaz s'écoule à travers les trous de décharge 6 et est déchargé de la pompe à vide par l'orifice de sortie 20. Lorsque le gaz arrive à plus forte proximité de l'orifice de sortie 20, la pression exercée sur le gaz devient plus élevée, tendant à forcer davantage le gaz à fuir à travers les espaces 17, 18 Cependant, toute fuite de gaz de ce type est minimisée par les surfaces de portée lisses 11, 13 sur les surfaces circonférencielles extérieure et intérieure du cylindre rotatif 14 Les rangées de cavités 10, 14 sont efficaces pour générer des écoulements turbulents dans le gaz dans les rainures hélicoïdales 1, 4, augmentant la vitesse auquel le gaz s'écoule dans les rainures hélicoïdales 1, 4, de telle sorte que la fuite de gaz réelle est compensée par le fait que le gaz s'écoule à une vitesse accrue Par conséquent, la pompe à vide fonctionne efficacement dans une grande plage de pression gazeuse. Comme montré en figure 3, toute fuite de gaz par les espaces 17, 18 est également minimisée en sélectionnant les dimensions des cavités 10 et du f iletage hélicoïdal 2 comme suit: les cavités 10 ont une longueur maximale Ll transversalement en travers du filetage hélicoïdal 2, et le filetage hélicoïdal 2 a une largeur transversale L 2 La longueur maximale Ll est inférieure à la largeur transversale L 2 Par conséquent, tous les tours adjacents de la rainure hélicoïdale 1 sont maintenus sans aucune communication les uns avec les autres à travers les cavités 10, ce qui fait que le gaz ne s'écoule pas ou ne fuit pas entre les tours adjacents de la rainure hélicoïdale 1 à travers les cavités 10 Les cavités 12 dans la surface circonférencielle intérieure du cylindre rotatif 14 et le filetage hélicoïdal 5 sur la surface circonférencielle extérieure du cylindre stationnaire intérieur 9 sont également dimensionnés l'un par rapport aux autres de la même façon que celle montrée en figure 3. Les rangées de cavités 10, 12 et les surfaces de portée 11, 13 peuvent avoir une forme annulaire, comme représenté, ou hélicoïdale Chacun des cylindres stationnaires extérieur et intérieur 3, 9, peut avoir deux rainures hélicoïdales ou davantage en fonction du vide à créer par la pompe à vide ou du débit auquel le gaz doit être déchargé par la pompe à vide Dans la réalisation illustrée, le cylindre stationnaire extérieur 3 peut avoir effectivement deux rainures hélicoïdales 1 définies dans la surface circonférencielle intérieure de celui-ci. Bien qu'une certaine réalisation préférée ait été montrée et décrite, on comprendra que de nombreux changements et modifications peuvent être faits à celle-ci sans s'écarter de l'étendue de l'applicabilité des revendications jointes. REVENDICATIONS 1 Pompe à vide caractérisée en ce qu'elle comporte: un cylindre rotatif, ledit cylindre rotatif ( 14) ayant une pluralité de cavités ( 12, 10) définies dans au moins l'une d'une surface circonférencielle intérieure et d'une surface circonférencielle extérieure de celui-ci; un cylindre stationnaire extérieur ( 3) disposé coaxialement autour dudit cylindre rotatif ( 14) et ayant une rainure hélicoïdale ( 1) définie dans une surface circonférencielle intérieure de celui-ci; un cylindre stationnaire intérieur ( 9) disposé coaxialement dans ledit cylindre rotatif ( 14) et ayant une rainure hélicoïdale ( 4) définie dans une circonférence extérieure de celui-ci; et des moyens pour faire tourner ledit cylindre rotatif ( 14) afin de déplacer un gaz axialement le long desdites rainures hélicoïdales ( 1, 4). 2 Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit cylindre stationnaire extérieur ( 3) a un filetage hélicoïdal ( 2) sur la surface circonférencielle intérieure de celui-ci, ledit cylindre rotatif ( 14) ayant une pluralité de rangées annulaires axialement espacées de cavités ( 10) définies dans ladite surface circonférencielle extérieure de celui-ci, et une pluralité de surfaces de portée lisses axialement espacées ( 11) sur ladite surface circonférencielle extérieure de celuici, lesdites rangées de cavités ( 10) et lesdites surfaces de portée lisses ( 11) étant alternées mutuellement, lesdites cavités ( 10) ayant une longueur axiale (Ll) inférieure à une largeur transversale (L 2) dudit filetage hélicoïdal ( 2). 3 Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit cylindre stationnaire intérieur ( 9) a un filetage hélicoïdal ( 5) sur la surface circonférencielle extérieure de celui-ci, ledit cylindre rotatif ( 14) ayant une pluralité de rangées annulaires axialement espacées de cavités ( 12) définies dans ladite surface circonférencielle intérieur de celui-ci, et une pluralité de surfaces de portée lisses axialement espacées ( 13) sur ladite surface circonférencielle intérieure de celuici, lesdites rangées de cavités ( 12) et lesdites surfaces de portée lisses ( 13) étant mutuellement alternées, lesdites cavités ( 12) ayant une longueur axiale inférieure à une largeur transversale dudit filetage hélicoïdal ( 5). 4 Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit cylindre stationnaire extérieur ( 3) a une forme conique, ladite surface circonférencielle extérieure dudit cylindre rotatif ( 14) ayant une forme conique complémentaire à la forme conique du cylindre stationnaire extérieur ( 3).