Brevet FR3124235A1 — publié le 20221223

L’invention se rapporte à une pompe à vide (1) primaire sèche comportant un stator (11) formé d’au moins un support (12a, 12b) d’extrémité couplé axialement avec au moins deux éléments (13) de stator assemblés pour former au moins un étage (8a, 8b, 8c, 8d) de pompage et deux arbres (9) munis de rotors (10a, 10b, 10c, 10d) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans chaque étage (8a, 8b, 8c, 8d) de pompage. Selon l'invention, la pompe à vide (1) comporte en outre un dispositif (17) de sûreté monté de manière étanche sur le support (12a, 12b) d’extrémité et qui enveloppe au moins les éléments (13) de stator afin de former un volume (21) de confinement du gaz à pomper entre les éléments (13) de stator et le dispositif (17) de sûreté. Figure pour l’abrégé : figure 2 Pompe à vide Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des pompes à vides et, plus précisément, une telle pompe permettant d’obtenir un vide primaire comme du type à lobes (connu sous le nom anglais « roots »), du type à vis (connu sous le nom anglais « screws ») ou du type à becs (connu sous le nom anglais « claws »). Arrière-plan technique Les pompes à vide primaires de type sec comportent en général plusieurs étages de pompage en série dans lesquels circule un gaz à pomper entre une entrée d’aspiration et une sortie de refoulement. On distingue parmi les pompes à vide connues, celles à lobes rotatifs, celles à bec rotatifs ou encore celles à vis rotatives. Lors du montage des différents composants de la pompe à vide, il n'est pas possible d'engager axialement un rotor entier dans le stator par simple déplacement axial. II n'est pas possible, non plus, d'envisager l'usinage d'un stator monobloc pour réaliser les cavités constituant les chambres de compression. Pour permettre à la fois l'usinage et le montage et assurer une bonne étanchéité, les stators de pompes à vide sèches sont par exemple constitués de l'assemblage axial de plusieurs éléments de stator, assemblés selon leurs parois transversales respectives, assemblage dit en tranche, avec interposition de joints d'étanchéité annulaires respectifs comprimés axialement et isolant chaque chambre de compression par rapport à l'atmosphère extérieure. Selon une autre réalisation, les stators sont réalisés par l’assemblage de deux demi-coquilles s’assemblant ensemble dans le plan passant par les axes de rotation des rotors et s’assemblant avec des parois d’extrémité. Dans cette configuration, les joints d’étanchéité peuvent être des joints dits tridimensionnels, c’est-à-dire étanchéifiant à la fois les demi-coquilles entre elles dans un premier plan horizontal et les demi-coquilles avec les parois d’extrémité dans deux seconds plans parallèles entre eux. Il est également connu, en remplacement des joints tridimensionnels, d’utiliser des joints formés à partir d’une pâte déposée aux interfaces de contact qui se solidifie après assemblage ou d’utiliser des portions de joints assemblées. Quel que soit le type d’assemblage des éléments de stator, il est nécessaire d'usiner séparément chaque élément de stator, puis d'effectuer une opération d'assemblage longue et délicate consistant à adapter les deux arbres de rotor dans un support (formé généralement de deux supports d’extrémité recevant, à l’aide de paliers, chaque extrémité axiale des arbres de rotor et fermant le stator), de régler le positionnement des lobes de la dernière chambre de compression, de positionner le dernier élément de stator avec un joint d'étanchéité, d'adapter les lobes de l'avant-dernière chambre de compression, d'amener l'avant-dernier élément de stator avec un joint d'étanchéité, et ainsi de suite jusqu'au premier élément de stator. 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'œuvre pour cette opération effectuée sur une pompe à vide sèche à cinq ou six étages. Dans l'industrie du traitement de surface ou du semi-conducteur (dépôts physique ou chimique en phase vapeur, diffusion d’éléments chimiques ou gravage), les gaz de procédé pompés sont de plus en plus agressifs envers les matériaux de la pompe à vide mais aussi de plus en plus dangereux pour les utilisateurs, c'est-à-dire pour le personnel qui peut être présent à proximité des pompes à vide (comme par exemple la phosphine, ou hydrure de phosphore, utilisée pour doper les semi-conducteurs). Ainsi, il devient un enjeu majeur pour la sûreté de l’installation où est présente la pompe à vide d’utiliser des joints très résistants chimiquement afin d’assurer que les gaz pompés ne s’échappent pas du stator de la pompe à vide. Dès lors, la matière et le montage des joints deviennent critiques pour la fabrication des pompes à vide. Il est ainsi généralement incontournable désormais d’utiliser des joints à base de matériaux spéciaux comme à base de fluoroélastomères (connus notamment sous les abréviations FKM, FFKM ou FEPM) qui sont très onéreux. Or, la fabrication de tels joints en trois dimensions entre les éléments de stator et chaque support est complexe et couteuse et rend très long et difficile l’usinage des gorges dans le stator pour recevoir ce type de joint. On comprend donc immédiatement la difficulté à fabriquer des pompes à vide garantissant un haut niveau de sûreté. L'invention a notamment pour but de proposer une nouvelle architecture de pompe à vide à un haut niveau de sûreté qui soit simple, robuste et efficace pour garantir une haute fiabilité de confinement des gaz à pomper à moindres coûts même s’ils sont particulièrement agressifs chimiquement tout en proposant d’autres avantages tels qu’une meilleure gestion thermique, une meilleure gestion des pressions partielles, une meilleure gestion du bruit généré, une meilleure flexibilité de tout type de pompe à tout type de gaz à pomper ou une meilleure gestion des flux entrant et sortant. À cet effet, l’invention se rapporte à une pompe à vide primaire sèche comportant un stator formé d’au moins un support d’extrémité couplé axialement avec au moins deux éléments de stator assemblés pour former au moins un étage de pompage montés entre une entrée d’aspiration et une sortie de refoulement, et deux arbres munis de rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans chaque étage de pompage pour entrainer un gaz à pomper dans un sens de circulation allant depuis l’entrée d’aspiration vers la sortie de refoulement, caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre un dispositif de sûreté monté de manière étanche sur le support d’extrémité et qui enveloppe au moins les éléments de stator afin de former un volume de confinement du gaz à pomper entre les éléments de stator et le dispositif de sûreté. Avantageusement selon l'invention, le dispositif de sûreté étant monté de manière étanche sur le support d’extrémité, de simples ensembles gorge – joint torique sont utilisés à base de matériaux spéciaux comme à base de fluoroélastomères (connus notamment sous les abréviations FKM, FFKM ou FEPM). Ainsi, d’une part, le volume de matière onéreuse est limité et, d’autre part, la géométrie est très simple, robuste et efficace ce qui garantit une haute fiabilité de confinement des gaz à pomper dans la pompe à vide. En outre, les ensembles gorge – joint torique peuvent être aisément doublés (deux gorges comportant chacune un joint) sans difficultés techniques particulières. De fait, quel que soit le type de pompe à vide sèche utilisé, il devient possible de pomper tout type de gaz sans risques pour les opérateurs présents autour de la pompe et à moindres coûts. En outre, le dispositif de sûreté enveloppant avantageusement les éléments de stator, un volume entre les éléments de stator et le dispositif de sûreté est créé permettant de rendre moins critique l’étanchéité entre les éléments de stator. On comprend tout d’abord que l’étanchéité critique est déplacée autorisant l’utilisation entre les éléments de stator des joints moins complexes et moins exigeants quant à la matière qui peut être utilisée sans risque de dégrader la sûreté, voire envisager l’absence de joints pour une partie des étages de pompage. On comprend également qu’une meilleure gestion thermique est obtenue notamment quant à l’homogénéisation du refroidissement des éléments du stator. Enfin, le volume entre les éléments de stator et le dispositif de sûreté permet selon l'invention d’apporter d’autres avantages comme précisés ci-dessous. L’invention peut également comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison. Le dispositif de sûreté peut comporter un fourreau de protection monté de manière étanche sur le support d’extrémité à l’aide d’au moins un ensemble gorge – joint torique. On comprend donc qu’une enveloppe de confinement est formée autour des éléments de stator de manière simple et robuste. Selon une alternative, l’autre support d’extrémité du stator peut être ou non enveloppé par le fourreau de protection. Plus précisément, le fourreau de protection peut envelopper les éléments de stator et un deuxième support d’extrémité de la pompe à vide ou le fourreau de protection peut envelopper les éléments de stator entre deux supports d’extrémité. Le dispositif de sûreté peut comporter en outre au moins un élément de régulation destiné à changer la pression et/ou la nature du fluide présent dans le volume de confinement. L’élément de régulation peut ainsi être mis à profit pour y imposer une dépression pour, par exemple, améliorer les performances de pompage ou au contraire y imposer une surpression pour, par exemple, éviter le passage de gaz à pomper dans le volume de confinement. De plus, quelle que soit l’éventuelle pression imposée dans le volume de confinement par un élément de régulation, le même élément de régulation ou un autre élément peut ainsi être mis à profit pour apporter dans le volume de confinement un fluide de nature différente du gaz à pomper par la pompe à vide pour effectuer une dilution des gaz à pomper. Le dispositif de sûreté peut comporter au moins un élément de réduction de bruit monté dans le volume de confinement afin de réduire l’intensité sonore extérieure de la pompe à vide. L’élément de réduction de bruit peut, par exemple, former un résonateur et/ou au moins une chicane apte à absorber une partie du bruit généré par la pompe à vide. Le dispositif de sûreté peut comporter au moins un élément d’aménagement des flux destiné à faire communiquer le volume de confinement avec un élément extérieur à la pompe à vide et/ou un étage de pompage de la pompe à vide pour modifier sélectivement les flux entrant et sortant de la pompe à vide. Cela permet notamment de pouvoir facilement adapter l’architecture de la pompe à vide. À titre d'exemple nullement limitatif, l’élément d’aménagement des flux pourrait comporter l’entrée d’aspiration ou la sortie de refoulement aménagée dans le dispositif de sûreté pour déporter l’entrée d’aspiration ou la sortie de refoulement afin de s’adapter à l’encombrement autour de la pompe à vide. Le dispositif de sûreté peut comporter au moins un élément de détection afin de surveiller le fonctionnement de la pompe à vide. On comprend qu’il est ainsi possible de, par exemple, surveiller le (ou les) gaz présent(s) dans ce volume de confinement pour adapter, éventuellement, le paramétrage de la pompe à vide. Avantageusement selon l'invention, la pompe à vide primaire sèche peut être du type à lobes, du type à becs ou du type à vis sans perdre les avantages citées ci-dessus. On comprend que l’invention peut être appliquée à tout type de pompe à vide sèche quelle que soit son architecture telle que, par exemple, le nombre d’étages de pompage ou la forme des rotors. Enfin, l’étanchéité entre les éléments de stator peut être formée uniquement par la complémentarité de contact des organes du stator afin de n’utiliser de joint que pour le dispositif de sûreté. Cela permet de diminuer les coûts de fabrication par diminution du coût de matière utilisée et par simplification de l’usinage et du montage. Brève description des figures D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la est une vue schématique d’une installation de fabrication comportant une pompe à vide selon l'invention ; la est une vue en coupe d’un premier mode de réalisation de pompe à vide selon l'invention ; la est une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation de pompe à vide selon l'invention ; la est une vue schématique d’une variante du deuxième mode de réalisation de pompe à vide selon l'invention. Pompe à vide (1) primaire sèche comportant un stator (11) formé d’au moins un support (12a, 12b) d’extrémité couplé axialement avec au moins deux éléments (13) de stator assemblés pour former au moins un étage (8a, 8b, 8c, 8d) de pompage monté entre une entrée d’aspiration (4) et une sortie de refoulement (6), et deux arbres (9) munis de rotors (10a, 10b, 10c, 10d) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans chaque étage (8a, 8b, 8c, 8d) de pompage pour entrainer un gaz à pomper dans un sens de circulation allant depuis l’entrée d’aspiration (4) vers la sortie de refoulement (6), caractérisée en ce qu e la pompe à vide (1) comporte en outre un dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté monté de manière étanche sur le support (12a, 12b) d’extrémité et qui enveloppe au moins les éléments (13) de stator afin de former un volume (21) de confinement du gaz à pomper entre les éléments (13) de stator et le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté. Pompe à vide (1) primaire sèche selon la revendication précédente, dans laquelle le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté comporte un fourreau (18, 18’, 18’’) de protection monté de manière étanche sur le support (12a, 12b) d’extrémité à l’aide d’au moins un ensemble gorge (19) – joint (20) torique. Pompe à vide (1) primaire sèche selon la revendication précédente, dans laquelle le fourreau (18) de protection enveloppe les éléments (13) de stator et un deuxième support (12b, 12a) d’extrémité de la pompe à vide. Pompe à vide (1) primaire sèche selon la revendication 2, dans laquelle le fourreau (18’, 18’’) de protection enveloppe les éléments (13) de stator entre deux supports (12a, 12b) d’extrémité. Pompe à vide (1) primaire sèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté comporte en outre au moins un élément de régulation destiné à changer la pression et/ou la nature du fluide présent dans le volume (21) de confinement. Pompe à vide (1) primaire sèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté comporte au moins un élément de réduction de bruit monté dans le volume (21) de confinement afin de réduire l’intensité sonore extérieure de la pompe à vide (1). Pompe à vide (1) primaire sèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté comporte au moins un élément d’aménagement des flux destiné à faire communiquer le volume (21) de confinement avec un élément extérieur à la pompe à vide (1) et/ou un étage (8a, 8b, 8c, 8d) de pompage de la pompe à vide (1) pour modifier sélectivement les flux entrant et sortant de la pompe à vide (1). Pompe à vide (1) primaire sèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté comporte au moins un élément de détection afin de surveiller le fonctionnement de la pompe à vide (1). Pompe à vide (1) primaire sèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, étant du type à lobes, du type à becs ou du type à vis. Pompe à vide (1) primaire sèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’étanchéité entre les éléments (13) de stator est formée uniquement par la complémentarité de contact des organes (12a, 12b, 13) du stator (11) afin de n’utiliser de joint (20) que pour le dispositif (17, 17’, 17’’) de sûreté.