Brevet FR2863322A3 — publié le 20050610

FR 2863322 A3 20050610 FR 0412552 A 20041126 DISPOSITIF DE POMPAGE COMPORTANT DES MOYENS DE CONTRâLE DE L'ETAT DES JOINTS D'ETANCHEITE I)U VOLUME ASPIRE La présente invention concerne les dispositifs de pompage. On connaît les pompes à vide qui sont sans huile dans leurs chambres à vide et qui sont par conséquent utiles dans les environnements propres tels ceux existant dans l'indus-trie de fabrication des semi-conducteurs. Dans ce type d'environnement, si des matériaux lubrifiants étaient présents dans la chambre à vide, ces matériaux pourraient potentiellement rétro-migrer dans la chambre de traitement des semi-conducteurs et, ce faisant, pour-raient provoquer une contamination du produit en cours de fabrication. Ces pompes à vide "sèches" sont souvent des pompes volumétriques multi-étagées utilisant des rotors s'engrenant dans la chambre à vide de chaque étage de la pompe. Les rotors peuvent avoir le même type de profil dans chaque chambre, ou bien le profil peuvent changer d'une cham- bre à l'autre. Que ce soit dans un dispositif de type Roots, à vis ou Northey (à "griffes"), chaque chambre est, de manière type, définie par deux éléments de stator de la pompe usinés séparément, les éléments de rotor de la pompe étant situés dans la cavité définie entre les éléments de stator. Il est nécessaire de prévoir un joint étanche entre les éléments de stator de manière à la fois à empêcher une fuite du gaz de traitement (gaz de "process") aspiré de la cavité et à empêcher de l'air ambiant d'entrer dans la cavité. Un joint torique d'étanchéité est, de manière type, prévu pour accomplir cette fonction d'étanchéité. Ce type de joint d'étanchéité est, de manière type, réalisé en matériau fluoroélastique, tel par exemple le Viton. Les pompes à vide sèches sont fréquemment utilisées dans des applications où elles sont réclamées pour pomper des quantités importantes de fluides corrosifs, en particulier des gaz halogénés et des solvants. Ces matériaux attaquent les joints toriques d'étanchéité, avec pour résultat que ces joints deviennent excessivement plastiques ou très cassants, ce qui peut gravement affecter l'intégrité du joint présent entre les éléments de stator. L'intensité de l'attaque sur le joint d'étanchéité dépend de plusieurs variables, parmi lesquelles, par exemple, la nature du fluide pompé, le matériau dans lequel est réalisé le joint torique d'étanchéité, et la température de la pompe. En considération de cela, il est très difficile de prédire l'intervalle approprié pour remplacer les joints et ainsi maintenir l'intégrité de la pompe. L'inspection externe des joints est rarement pratique. Ces problèmes sont particulièrement aigus lors du pompage de gaz réactifs, tel le fluor, des équipements de production de semi-conducteurs, où les compositions gazeuses sont modifiées par des réactions dans l'équipement. Dans ce cas, même une connaissance précise des écoulements gazeux admis dans la chambre de fabrication ne permet que de très médiocres prédictions sur la quantité ou la nature du gaz réactif entrant dans la pompe et donc sur la durée de vie utile anticipée pour le joint. Les recommandations en matière de maintenance englobent souvent des vérifications fréquentes des fuites au niveau du joint, mais cela est coûteux, malcommode et, par conséquent, ces recommandations sont souvent ignorées. Dans les principes, d'autres types de capteur pourraient être utilisés pour tenter de mesurer le niveau d'exposition intégré des joints et, donc, l'état des joints. Une technique spectroscopique ou chimique pourrait par exemple être utilisée pour mesurer la composi- tion du gaz. Cependant, ces techniques réclameraient des procédures d'étalonnage complexes et seraient coûteuses à mettre en oeuvre. Dans pour le moins son mode de réalisation préféré, la présente invention cherche à résoudre ces problèmes ainsi que d'autres. La présente invention propose un dispositif de pompage comprenant un volume as- piré de pompe, une chambre hermétique entourant le volume aspiré, un conduit pour fournir un fluide à la chambre, le conduit comprenant un étrangleur d'écoulement pour limiter le débit du fluide vers la chambre, et des moyens pour déterminer une différence de pression de part et d'autre de l'étrangleur d'écoulement. Des caractéristiques préférées de la présente invention vont maintenant être décrites, uniquement à titre d'exemple, en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels: La Figure 1 est une vue de face d'un élément de stator montrant un ensemble à joint d'étanchéité ; La Figure 2 est une vue latérale de l'ensemble à joint d'étanchéité de la Figure 1; La Figure 3 illustre un dispositif pour surveiller l'intégrité de l'ensemble à joint 30 d'étanchéité ; et La Figure 4 est un graphique montrant la variation avec le temps de la pression d'un gaz dans l'ensemble à joint d'étanchéité. La Figure 1 illustre la surface 3 d'un élément de stator 1 d'un étage d'échappement d'une pompe sèche. Une surface d'un deuxième élément de stator (non représenté) est amenée en contact avec la surface correspondante 3 de l'élément de stator 1 et une cavité 2 est formée entre les éléments de stator adjacents. Cette cavité 2 est prévue pour recevoir l'élément de rotor (non représenté) de la pompe lorsque la pompe est assemblée, et est généralement appelée volume aspiré de la pompe. Une pompe sèche comprend typique- ment plusieurs de ces cavités, chaque cavité 2 communiquant avec une cavité adjacente par un orifice 4. Un premier joint torique d'étanchéité 5 est placé autour de la périphérie de la cavité 2. Le joint torique d'étanchéité 5 est, de manière préférée, formé à partir d'un matériau fluo- roélastomère, tel par exemple le Viton, et assure une étanchéité aux fluides entre éléments de stator adjacents, de telle sorte que, lorsque la pompe est utilisée, les gaz de process ou de nettoyage pompés à travers la cavité 2 ne puissent pas s'échapper de la cavité 2, et que l'air ambiant soit empêché d'entrer dans la cavité 2. Cependant, comme discuté préalable-ment plus haut, ces gaz peuvent être particulièrement agressifs et peuvent facilement en- dommager de nombreuses parties de la pompe. De manière typique, le joint torique d'étanchéité 5 est le premier composant à s'abîmer dans de telles circonstances. En considération de ce fait, un deuxième joint torique d'étanchéité 6, semblable au premier joint torique d'étanchéité 5, est placé entre le premier joint torique d'étanchéité 5 et la périphérie de la cavité 2. Les joints toriques d'étanchéité 5, 6 sont séparés par une gorge ou un canal peu profond 7 formé entre des gorges 8, 8a utilisées pour positionner les joints toriques d'étanchéité 5, 6 entre les éléments de stator adjacents, ces gorges étant représentées sur la Figure 2. Le canal 7 permet à une petite quantité de fluide, par exemple un gaz tel l'azote, d'être emprisonné entre les deux éléments de stator adjacents et les joints toriques d'étanchéité 5, 6, qui définissent ensemble une chambre hermétique pour le gaz. Le gaz entre dans le canal 7 par l'orifice 7a d'un réservoir de gaz, comme indiqué en 16 sur la Figure 3, via un conduit 9. Comme représenté sur la Figure 3, le conduit 9 comprend un étrangleur 10 d'écoulement et une vanne anti-retour 11. Deux transducteurs 12, 13 de pression sont placés en communication fluidique avec les extrémités respectives de l'étrangleur 10 d'écoulement. L'étrangleur 10 d'écoulement peut être fait d'un matériau fritté légèrement poreux qui bloque un écoulement de gaz de telle sorte que, lorsque l'étrangleur 10 d'écoulement est placé dans le conduit 9, il agisse à la manière d'un barrage, ne permettant qu'à une infiltration de gaz de le traverser. L'étrangleur 10 d'écoulement pourrait alternativement être sous la forme d'une vanne de dosage fin, ou en créant un fin trou capillaire à travers un matériau plein. La vanne anti-retour 11 empêche la contamination du réservoir d'alimentation dans l'éventualité où la pression dans la pompe s'élève audessus de celle de l'alimentation de gaz. La vanne 11 sert aussi à minimiser les fluctuations de pression dans le conduit 9 en aval de la vanne 11 dans l'éventualité où l'alimentation de gaz se trouverait temporairement interrompue ou affectée d'autre manière. Les transducteurs de pression 12, 13 mesurent respectivement la pression P2 et P 1 dans le conduit 9, de part et d'autre de l'étrangleur 10 d'écoulement, et envoient des signaux indiquant la pression mesurée à un contrôleur 14. L'alimentation de gaz au conduit 9 est contrôlée par un module 15 à gaz. Dans cet assemblage, le module 15 à gaz est un collecteur actif qui régule l'alimentation de gaz venant du réservoir dans le conduit 9. Le module 15 à gaz est configuré pour envoyer un signal au contrôleur 14 pour donner une indication sur une ou plusieurs caractéristiques, telles que débit et pression, du gaz qui alimente le conduit 9. Ce type de module à gaz peut être utilisé pour distribuer du gaz à différents emplacements dans la pompe, par exemple si le gaz doit être utilisé comme gaz de purge pour chasser des impuretés de la pompe. A l'utilisation, le gaz sous pression (de manière type à environ 6 psi) est envoyé dans le conduit 9, traverse l'étrangleur 10 d'écoulement, et entre dans le canal 7 jusqu'à ce qu'un équilibre des pressions soit établi entre le gaz en amont de l'étrangleur 10 d'écoulement et le gaz en aval de l'étrangleur 10 d'écoulement. Du fait de la présence de gaz sous pression dans le canal 7 en aval de l'étrangleur 10 d'écoulement, pendant l'utilisation de la pompe une différence de pression significative sera expérimentée d'un côté à l'autre du joint torique d'étanchéité 6, car le gaz pompé dans la cavité 2 (le volume aspiré de la pompe) sera sub-atmosphérique (typiquement 800 mbar) lorsque la pompe est sous des conditions de fonctionnement normales en régime permanent. Dans cette situation, lorsque le deuxième joint torique d'étanchéité 6 est neuf et n'a aucun défaut, les signaux émis depuis les transducteurs de pression 12, 13 seront approximativement égaux et non fluctuants. Cependant, dans l'éventualité où le deuxième joint torique d'étanchéité 6 est endommagé par le gaz pompé au point que l'intégrité physique du deuxième joint torique d'étanchéité 6 soit affectée négativement, du gaz sous pression peut commencer à s'échapper du canal 7 vers la cavité 2 par suite de la présence d'un gaz sous pression relativement élevée dans le canal 7 et d'un gaz sous pression relativement faible dans la cavité 2, cette fuite tentant d'égaliser ces pressions. Par suite de la présence de l'étrangleur 10 d'écoulement dans le conduit 9, la pression P2 mesurée par le transducteur de pression 12 commencera à chuter, comme montré sur la Figure 4, alors que la pression P1 mesurée par le transducteur de pression restera à la pression d'alimentation. La différence entre les pressions P 1 et P2 est par conséquent l'indication d'une fuite de gaz dans la cavité 2, et est donc l'indication d'une défaillance du deuxième joint torique d'étanchéité 6. Ceci peut permettre au contrôleur 14, qui reçoit les signaux envoyés par les transducteurs de pression 12, 13, d'émettre une alarme, par exemple par l'intermédiaire d'un écran, indiquant la défaillance du deuxième joint torique d'étanchéité 6 si la différence de pression excède une valeur prédéterminée. Le dispositif décrit ci-dessus peut ainsi fournir une indication fiable de l'état des joints d'étanchéité essentiels à l'intérieur d'une pompe. Cette indication peut permettre de rallonger les intervalles pour l'entretien et de réduire les coûts de fonctionnement sans intervention intrusive. Comme la prédictibilité de la détérioration de ces composants critiques peut être améliorée, la probabilité de fuites potentiellement dangereuses est par conséquent diminuée. En résumé, un conduit alimente un flux d,e gaz vers une chambre hermétique entourant le volume aspiré d'une pompe. Le conduit comprend un étrangleur d'écoulement pour limiter le débit du gaz vers la chambre hermétique. Des signaux envoyés par des transducteurs de pression présents de part et d'autre de l'étrangleur d'écoulement sont utilisés pour détecter une fuite de gaz de la chambre hermétique vers le volume aspiré de la pompe, indiquant ainsi l'état du joint d'étanchéité entourant le volume aspiré. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pompage, comprenant un volume aspiré (2) de pompe, une chambre hermétique (7) entourant le volume aspiré (2), un conduit (9) pour fournir un fluide à la chambre, le conduit comprenant un étrangleur (10) d'écoulement pour limiter le débit du fluide vers la chambre, et des moyens (12, 13, 14) pour déterminer une différence de pression de part et d'autre de l'étrangleur d'écoulement. 2. Dispositif de pompage selon la Revendication 1, dans lequel l'étrangleur (10) est 10 muni d'un rétrécissement à l'intérieur du conduit. 3. Dispositif de pompage selon la Revendication 1 ou la Revendication 2, dans lequel le débit du fluide de part et d'autre de l'étrangleur (10) est tel que les fluctuations de la pression du fluide sur un côté de l'étrangleur (10) ne soient pas transmises rapidement au fluide de l'autre côté de l'étrangleur (10). 4. Dispositif de pompage selon l'une quelconque des Revendications précédentes, dans lequel l'étrangleur (10) est un élément choisi dans le groupe constitué par un matériau fritté poreux, un capillaire formé dans un élément de blocage non poreux, et une vanne. 5. Dispositif de pompage selon l'une quelconque des Revendications précédentes, dans lequel les moyens pour déterminer la différence de pression comprennent au moins un 20 transducteur (12, 13) de pression. 6. Dispositif de pompage selon la Revendication 5, dans lequel ledit au moins un transducteur (12, 13) de pression comprend un premier transducteur (13) de pression configuré pour émettre un signal indicatif d'une pression de fluide dans le conduit en amont de l'étrangleur (10) et un deuxième transducteur (12) de pression configuré pour émettre un signal indicatif d'une pression de fluide dans le conduit en aval de l'étrangleur ( 10). 7. Dispositif de pompage selon la Revendication 6, comprenant un contrôleur (14) destiné à recevoir les signaux provenant du premier transducteur (13) de pression et du deuxième transducteur (12) de pression et à générer une alerte en fonction de la différence 30 entre les pressions du fluide indiquées par les signaux. 8. Dispositif de pompage selon la Revendication 7, dans lequel l'alerte est générée lorsque la différence de pression de part et d''autre de l'étrangleur (10) excède une valeur prédéterminée. 9. Dispositif de pompage selon l'une quelconque des Revendications précédentes, dans lequel le conduit (9) est raccordé à un réservoir pour une alimentation en fluide. 10. Dispositif de pompage selon la Revendication 9, dans lequel le réservoir est configuré pour fournir un gaz de purge à une pompe sur le dispositif de pompage. 11. Dispositif de pompage selon l'une quelconque des Revendications précédentes, dans lequel la chambre hermétique est définie en partie par deux joints toriques d'étanchéité (5, 6). 12. Dispositif de pompage selon la Revendication 11, dans lequel les joints toriques 5 d'étanchéité (5, 6) sont faits dans un matériau élastomère.