Brevet FR2813104A1 — publié le 20020222

La présente invention concerne les pompes à vide sèches multi-étagées telles que les pompes multi-étagées de type Roots, de type Claw ou de type mixte Roots-Claw. De telles pompes à vide sèches multi-étagées sont composées de plusieurs étages de compression placés en série. On a représenté sur les figures 1 et 2 une pompe sèche de type Roots multi-étagée selon une réalisation connue. La figure 2 illustre en perspective une coupe longitudinale du stator d'une telle pompe Roots. On distingue dans le stator 1, entre une entrée de gaz pompés 2 et une sortie de gaz refoulés 3, cinq chambres de compression successives respectivement 4, 5, 6, 7 et 8. Les chambres adjacentes sont séparées par une paroi transversale respectivement 9, 10, 11 et 12 percées chacune de deux trous tels que les trous 13 et 14 de la paroi transversale 12 pour le passage des arbres de deux rotors parallèles mécaniquement couplés l'un à l'autre, non représentés, et portant des lobes de compression de type Roots ou Claw. Les chambres adjacentes sont reliées l'une à l'autre par une canalisation de passage de gaz telle que la canalisation de passage de gaz 15 reliant le refoulement de la première chambre de compression 4 à l'aspiration de la seconde chambre de compression 5. Les lobes de rotor, pénétrant dans les chambres de compression 4-8, ont un diamètre plus grand que les arbres de rotor traversant les trous 13 et 14. I1 n'est donc pas possible d'engager axialement un rotor entier dans le stator 1 par simple déplacement axial. I1 n'est pas possible, non plus, d'envisager l'usinage d'un stator 1 monobloc pour réaliser les cavités constituant les chambres de compression 4-8. Pour permettre à la fois l'usinage et le montage, les stators de pompes à vide sèches connues sont constitués de l'assemblage axial de plusieurs éléments de stator, respectivement 16, 17, 18, 19 et 20, assemblés selon leurs parois frontales respectives telles que la paroi frontale 21 de l'élément de stator 16, avec interposition de joints d'étanchéité annulaires respectifs 22, 23, 24, 25 et 26 comprimés axialement et isolant chaque chambre de compression 4-8 par rapport à l'atmosphère extérieure. Une telle structure de pompe sèche de type Roots ou Claw nécessite d'usiner séparément chaque élément de stator 16-20, puis d'effectuer une opération d'assemblage longue et délicate consistant à adapter les deux arbres de rotor dans un bâti-support, de régler le positionnement des lobes de la dernière chambre de compression 8, de positionner le dernier élément de stator 20 avec le joint d'étanchéité annulaire 26, d'adapter les lobes de l'avant- dernière chambre de compression 7, d'amener l'avant-dernier élément de stator 19 avec le joint d'étanchéité annulaire 25, et ainsi de suite jusqu'au premier élément de stator 16. Sachant que les jeux entre les lobes de rotor et les parois de stator sont très réduits, pour assurer une étanchéité de chaque étage de compression de la pompe à vide, on comprend que cet assemblage est particulièrement long et délicat, et on estime qu'il faut plusieurs heures de main d'#uvre pour cette opération effectuée sur une pompe à vide sèche à cinq étages. Un autre problème, dans ces pompes à vide sèches multi- étagées connues, est la difficulté d'alignement des éléments de stator les uns à la suite des autres, étant observé que les erreurs risquent de se cumuler entre le premier élément de stator 16 et le dernier élément de stator 20, de sorte qu'il est difficile de maîtriser les jeux entre les rotors et le stator dans une production en série. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de pompe à vide sèche multi- étagée, permettant de réduire sensiblement le nombre de pièces à assembler lors du montage, en facilitant le montage et en réduisant sa durée. Simultanément, l'invention vise à assurer une étanchéité satisfaisante entre les cavités intérieures de la pompe à vide et l'atmosphère extérieure, afin d'éviter tous risques de pollution des gaz pompés par l'atmosphère extérieure, et tous risques de pollution de l'atmosphère extérieure par les gaz pompés. L'idée qui est à la base de l'invention est de réaliser le stator en deux demi-coquilles assemblées radialement selon une surface d'assemblage longitudinale généralement parallèle aux axes des rotors, le stator étant fermé de façon étanche à ses extrémités par deux pièces rapportées d'extrémité engagées axialement. La difficulté est qu'il faut assurer d'une part l'étanchéité radiale périphérique dans la surface d'assemblage longitudinale des deux demi-coquilles, pour empêcher le passage des gaz entre l'atmosphère extérieure et les cavités intérieures de la pompe, et assurer simultanément l'étanchéité axiale d'extrémité entre les demi- coquilles et les pièces rapportées d'extrémité. De façon traditionnelle, on peut imaginer que l'étanchéité axiale d'extrémité soit assurée par des joints annulaires tels que ceux illustrés sur les figures 1 et 2 dans la pompe connue, et que l'étanchéité radiale périphérique soit assurée par des joints longitudinaux comprimés entre les demi-coquilles. Mais l'inconvénient majeur de cette solution réside dans le fait qu'il existe des lignes de fuite entre les joints longitudinaux assurant l'étanchéité radiale périphérique et les joints annulaires assurant l'étanchéité axiale d'extrémité. L'étanchéité n'est donc pas satisfaisante. La solution selon l'invention consiste à prévoir un joint d'étanchéité monobloc continu, qui assure à la fois les deux types d'étanchéité. Ainsi, pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention prévoit une pompe à vide sèche multi-étagée composée de plusieurs étages de compression placés en série, la pompe ayant au moins un rotor monté rotatif dans un stator fermé de façon étanche à ses extrémités par deux pièces rapportées d'extrémité ; en outre - le stator est réalisé par assemblage radial de deux demi- coquilles selon une surface d'assemblage longitudinale, chaque étage de compression étant ainsi contenu dans deux portions correspondantes de chacune des demi-coquilles, les deux demi- coquilles enfermant, une fois assemblées, l'ensemble des étages de compression ; - un joint d'étanchéité monobloc continu assure à la fois l'étanchéité radiale périphérique dans la surface d'assemblage longitudinale des demi-coquilles, et assure l'étanchéité axiale d'extrémité entre les demi-coquilles et les pièces rapportées d'extrémité, pour isoler les étages de compression par rapport à l'atmosphère extérieure. Selon un mode de réalisation avantageux, le joint d'étanchéité comprend deux parties annulaires d'extrémité généralement parallèles l'une à l'autre et raccordées par deux longerons qui leur sont généralement perpendiculaires. Dans cette structure de joint d'étanchéité, à l'état assemblé, les longerons du joint d'étanchéité sont comprimés latéralement entre les deux demi-coquilles dans la surface d'assemblage longitudinale, tandis que les deux parties annulaires d'extrémité sont comprimées entre les deux demi-coquilles d'une part et les pièces rapportées d'extrémité respectives d'autre part. Pour assurer une bonne compression de la première partie annulaire d'extrémité du joint, on peut avantageusement prévoir qu'une première pièce rapportée d'extrémité comporte un nez axial conformé pour occuper un évidement axial correspondant de la première extrémité du corps de stator constitué par les deux demi- coquilles assemblées. De la sorte, la première partie annulaire d'extrémité du joint d'étanchéité est comprimée radialement par les deux demi-coquilles sur le nez axial. De préférence, le nez axial comprend une gorge annulaire périphérique pour recevoir ladite première partie annulaire d'extrémité du joint d'étanchéité. Pour faciliter le positionnement du joint d'étanchéité et assurer un bonne compression des longerons, l'une au moins des demi-coquilles comprend dans sa surface d'assemblage longitudinale deux gorges longitudinales pour recevoir les longerons du joint d'étanchéité. La seconde partie annulaire d'extrémité du joint d'étanchéité peut simplement être comprimée axialement par la seconde pièce rapportée d'extrémité contre les faces frontales des deux demi-coquilles. De préférence, les deux demi-coquilles comprennent, sur leurs faces frontales de seconde extrémité, des gorges conformées pour recevoir ladite seconde partie annulaire d'extrémité du joint d'étanchéité. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une structure connue de stator de pompe à vide sèche multi-étagée ; - la figure 2 est une vue en perspective en coupe longitudinale de la pompe de la figure 1, après assemblage du stator ; - la figure 3 est une vue en perspective illustrant une première demi-coquille de stator et une première pièce d'extrémité de pompe à vide sèche selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée montrant la première demi-coquille de stator et la première pièce d'extrémité après assemblage avec interposition d'un joint d'étanchéité selon l'invention, et montrant également la seconde demi-coquille de stator et la seconde pièce d'extrémité avant assemblage ; - les figures 5 et 6 illustrent, en perspective selon deux angles différents, une demi-coquille de stator avec joint d'étanchéité, dans le mode de réalisation des figures 3 et 4 ; - la figure 7 est une vue de côté montrant la face intérieure de la demi-coquille de stator des figures précédentes, avec le joint d'étanchéité en place ; - la figure 8 est une coupe transversale de la demi-coquille et du joint de la figure 7 selon le plan de coupe A-A, avec les rotors montés ; - la figure 9 est une vue en perspective du joint d'étanchéité selon un mode de réalisation de la présente invention ; et - la figure 10 est une coupe transversale du joint d'étanchéité de la figure 9. Dans le mode de réalisation des figures 3 à 10, la pompe à vide sèche multi-étagée selon l'invention est une pompe à cinq étages, dans laquelle on retrouve les éléments de structure habituels d'une pompe connue des figures 1 et 2, repérés par les mêmes références numériques. C'est ainsi que l'on retrouve l'entrée des gaz pompés 2, une sortie de gaz refoulés non visible sur les figures, les chambres de compression successives 4, 5, 6, 7 et 8, les parois transversales 9, 10, 11 et 12 de séparation de chambre de compression, les trous 13 et 14 de passage des arbres de rotor, et la canalisation de passage de gaz 15 entre deux chambres de compression successives. Sur la figure 8, on a également représenté les rotors 51 et 52. Selon l'invention, le stator est composé de deux demi- coquilles respectivement 101 et 102, qui se rejoignent selon une surface d'assemblage longitudinale 30. De préférence, la surface d'assemblage longitudinale 30 est plane et contient les axes respectifs I-I et II-II (figure 3) des deux arbres de rotor couplés. De la sorte, après assemblage radial des demi-coquilles 101 et 102, chaque étage de compression de la pompe, par exemple le premier étage de compression constitué par la première chambre de compression 4 et les lobes de rotor qu'elle contient, est contenu dans deux portions correspondantes de chacune des demi-coquilles 101 et 102. En d'autres termes, les deux demi-coquilles 101 et 102 enferment, une fois assemblées, l'ensemble des étages de compression de la pompe. Le corps principal de stator ainsi constitué par les demi- coquilles 101 et 102 assemblées est fermé de façon étanche à ses extrémités par deux pièces rapportées d'extrémité, respectivement une première pièce d'extrémité 31 et une seconde pièce d'extrémité 32. Selon l'invention, l'étanchéité entre l'atmosphère extérieure et les cavités intérieures de la pompe à vide est réalisée par un joint d'étanchéité 33 monobloc continu. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, et mieux visible sur les figures 9 et 10, le joint d'étanchéité 33 comprend deux parties annulaires d'extrémité 34 et 35 généralement parallèles l'une à l'autre et raccordées par deux longerons 36 et 37 qui leur sont généralement perpendiculaires. Dans ce mode de réalisation, adapté à la structure générale de stator précédemment décrite, les longerons 36 et 37 du joint d'étanchéité 33 sont généralement parallèles l'un à l'autre et se raccordent aux parties annulaires d'extrémité 34 et 35 selon des zones de raccordement respectives 38, 39, 40 et 41 diamétralement opposées deux à deux. Comme on le voit sur la figure 9, dans ce mode de réalisation, la première partie annulaire d'extrémité 34 est généralement circulaire et de diamètre plus petit que la seconde partie annulaire d'extrémité 35 qui elle-même a une forme oblongue pour suivre l'encombrement des rotors couplés décalés verticalement l'un par rapport à l'autre. Les longerons 36 et 37 se raccordent axialement directement aux zones supérieures et inférieures respectives de la seconde partie annulaire d'extrémité 35, tandis qu'ils se raccordent radialement par des coudes 42 et 43 à la première partie annulaire d'extrémité 34. Dans le mode de réalisation de la figure 10, le joint d'étanchéité 33 a une section transversale sensiblement circulaire, visible sur la coupe des longerons 36 et 37. On pourra toutefois utiliser des joints ayant des coupes transversales de formes différentes, par exemple carrée, rectangulaire, etc. Les joints peuvent être en élastomère, ou en toute matière appropriée telle qu'un métal de type cuivre, aluminium ou indium. En se référant plus spécialement aux figures 3 et 4, on voit que la première pièce rapportée d'extrémité 31 comporte un nez axial 44 conformé pour occuper un évidement axial 45 correspondant de la première extrémité du stator. Le nez axial 44 comprend une gorge annulaire 46 périphérique pour recevoir la première partie annulaire d'extrémité 34 du joint d'étanchéité 33. De la sorte, en position assemblée, la première partie annulaire d'extrémité 34 du joint d'étanchéité 33 est comprimée radialement par les deux demi- coquilles 101 et 102 sur le nez axial 44 de la première pièce rapportée d'extrémité 31. La gorge annulaire 46 peut avoir une section transversale rectangulaire, de profondeur inférieure au diamètre du joint d'étanchéité 33. L'une au moins des demi-coquilles 101 et 102, par exemple la demi-coquille 101, comprend dans sa surface d'assemblage longitudinale 30 deux gorges longitudinales 47 et 48 (figure 3) pour recevoir les longerons 36 et 37 respectivement du joint d'étanchéité 33, comme on le voit sur les figures 4 à 6. De la sorte, les longerons 36 et 37 du joint d'étanchéité 33 sont comprimés latéralement entre les deux demi-coquilles 101 et 102 dans la surface d'assemblage longitudinale 30. Les gorges longitudinales 47 et 48 peuvent avoir une section transversale rectangulaire, avec une profondeur inférieure au diamètre du joint d'étanchéité 33. Comme on le comprend sur la figure 4 et sur la figure 7, la seconde partie annulaire d'extrémité 35 du joint d'étanchéité 33 est comprimée axialement par la seconde pièce rapportée d'extrémité 32 du stator contre les deux demi-coquilles 101 et 102. Dans la réalisation illustrée, les deux demi-coquilles 101 et 102 comprennent, sur leurs faces frontales de seconde extrémité telles que la face frontale 49 de la première demi-coquille 101 (figure 3), des gorges telles que la gorge 50 conformées pour recevoir la seconde partie annulaire d'extrémité 35 du joint d'étanchéité 33. Les gorges telles que la gorge 50 peuvent avoir une section rectangulaire, de profondeur inférieure au diamètre du joint d'étanchéité 33. Les gorges telles que la gorge 50 se raccordent l'une à l'autre pour former une gorge continue, et se raccordent simultanément à leur point de raccordement avec les gorges longitudinales 47 et 48 de la surface d'assemblage longitudinale 30. Pour l'assemblage d'une pompe selon l'invention, on adapte le joint d'étanchéité 33 en engageant sa première partie annulaire d'extrémité 34 dans la gorge annulaire 46 du nez axial 44 de première pièce rapportée d'extrémité 31, puis on vient appliquer latéralement la première demi-coquille 101 contre le nez axial 44. Les longerons 36 et 37 du joint d'étanchéité 33 sont engagés dans les gorges longitudinales 47 et 48, et une première moitié de la seconde partie annulaire d'extrémité 35 du joint d'étanchéité 33 est engagée dans la gorge 50. On peut alors monter les rotors, et positionner de façon aisée les lobes des rotors dans les chambres de compression 4-8. On peut ensuite adapter la seconde demi- coquille 102 à la fois latéralement contre le nez axial 44 et contre la surface d'assemblage longitudinale 30, en insérant la seconde moitié de seconde partie annulaire d'extrémité 35 du joint d'étanchéité 33 dans la gorge frontale correspondante de seconde demi-coquille 102. On peut enfin amener axialement la seconde pièce rapportée d'extrémité 32 contre les faces frontales telles que la face 49 des demi-coquilles 101 et 102. Le montage d'une telle pompe est beaucoup plus rapide que celui des pompes connues. L'invention s'applique notamment à la constitution d'une pompe primaire multi-étagée de type Roots, ou de type Claw, ou de type Roots-Claw. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1 - Pompe à vide sèche multi-étagée composée de plusieurs étages de compression (4-8) placés en série, la pompe ayant au moins un rotor monté rotatif dans un stator fermé de façon étanche à ses extrémités par deux pièces rapportées d'extrémité (31, 32), caractérisée en ce que - le stator est réalisé par assemblage radial de deux demi- coquilles (101, 102) selon une surface d'assemblage longitudinale (30), chaque étage de compression (4-8) étant ainsi contenu dans deux portions correspondantes de chacune des demi-coquilles (101, 102), les deux demi-coquilles (101, 102) enfermant, une fois assemblées, l'ensemble des étages de compression (4-8), - un joint d'étanchéité (33) monobloc continu assure à la fois l'étanchéité radiale périphérique dans la surface d'assemblage longitudinale (30) des demi-coquilles (101, 102), et assure l'étanchéité axiale d'extrémité entre les demi-coquilles (101, 102) et les pièces rapportées d'extrémité (31, 32), pour isoler les étages de compression (4-8) par rapport à l'atmosphère extérieure. 2 - Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (33) comprend deux parties annulaires d'extrémité (34, 35) généralement parallèles l'une à l'autre et raccordées par deux longerons (36, 37) qui leur sont généralement perpendiculaires. 3 - Pompe à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que, à l'état assemblé, les longerons (36, 37) du joint d'étanchéité (33) sont comprimés latéralement entre les deux demi- coquilles (101, 102) dans la surface d'assemblage longitudinale (30), tandis que les deux parties annulaires d'extrémité (34, 35) sont comprimées entre les deux demi-coquilles (101, 102) d'une part et les pièces rapportées d'extrémité (31, 32) respectives d'autre part. 4 - Pompe à vide selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce qu'une première pièce rapportée d'extrémité (31) comporte un nez axial (44) conformé pour occuper un évidement axial (45) correspondant de la première extrémité du corps de stator constitué par les deux demi-coquilles (101, 102) assemblées, la première partie annulaire d'extrémité (34) du joint d'étanchéité (33) étant comprimée radialement par les deux demi-coquilles (101, 102) sur le nez axial (44). 5 - Pompe à vide selon la revendication 4, caractérisée en ce que le nez axial (44) comprend une gorge annulaire (46) périphérique pour recevoir ladite première partie annulaire d'extrémité (34) du joint d'étanchéité (33). 6 - Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'une au moins des demi-coquilles (101) comprend dans sa surface d'assemblage longitudinale (30) deux gorges longitudinales (47, 48) pour recevoir les longerons (36, 37) du joint d'étanchéité (33). 7 - Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la seconde partie annulaire d'extrémité (35) du joint d'étanchéité (33) est comprimée axialement par la seconde pièce rapportée d'extrémité (32) contre les faces frontales (49) des deux demi-coquilles (101, 102). 8 - Pompe à vïde selon la revendication 7, caractérisée en ce que les deux demi-coquilles (101, 102) comprennent, sur leurs faces frontales (49) de seconde extrémité, des gorges (50) conformées pour recevoir ladite seconde partie annulaire d'extrémité (35) du joint d'étanchéité (33). 9 - Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (33) a une section transversale sensiblement circulaire et se loge dans des gorges (46, 47, 48, 50) à section transversale rectangulaire. 10 - Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle constitue une pompe primaire multi-étagée de type Roots, ou de type Claw, ou de type mixte Roots-Claw. 11 - Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que - la surface d'assemblage longitudinale (30) est plane et contient les axes (I-I, II-II) des deux arbres de rotor couplés, - les longerons (36, 37) du joint d'étanchéité (33) sont généralement parallèles l'un à l'autre et se raccordent aux parties annulaires d'extrémité (34, 35) selon des zones de raccordement respectives (38-41) diamétralement opposées deux à deux.