Brevet FR3124557A1 — publié le 20221230

Pompe à vide turbomoléculaire et procédé associé Pompe à vide (1) turbomoléculaire comportant un stator (2), un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) et un moteur (16) configuré pour entrainer le rotor (3) en rotation, caractérisée en ce que la pompe à vide (1) turbomoléculaire comporte en outre un capteur de température (23) configuré pour mesurer la température du rotor (3), et un compteur de maintenance pour fluage (24) configuré pour déterminer un incrément du fluage du rotor (3) sur une durée prédéterminée à partir de la température du rotor (3) mesurée par le capteur de température (23), de la vitesse de rotation du rotor (3), de la valeur du fluage du rotor et du tableau de correspondance, incrémenter la valeur du fluage du rotor avec l’incrément du fluage déterminé, et déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir de la valeur du fluage incrémentée. Figure d’abrégé : figure 1 Pompe à vide turbomoléculaire et procédé associé Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une pompe à vide turbomoléculaire. La présente invention concerne également un procédé de détermination d’une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage de la pompe à vide turbomoléculaire. Arrière-plan technique La génération d’un vide poussé dans une enceinte nécessite l'utilisation de pompes à vide turbomoléculaires composées d'un stator dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide, par exemple une rotation à plus de trente mille tours par minute. Dans certains procédés dans lesquels les pompes à vide turbomoléculaire sont utilisées, tels que les procédés de fabrication de semi-conducteurs ou LED, une couche de dépôt peut se former dans la pompe à vide. Ces dépôts peuvent entrainer une restriction de jeu entre le stator et le rotor pouvant provoquer un grippage du rotor. Il est connu de chauffer le stator pour éviter la condensation de produits de réaction et ainsi limiter la formation de dépôts dans la pompe à vide et augmenter sa durée de vie. En plus de limiter la formation de dépôts, il peut être nécessaire d’augmenter la température de fonctionnement du rotor pour d’autres considérations. En effet, l’augmentation de la température de la pompe à vide peut être nécessaire par exemple pour permettre d’augmenter le flux de gaz à pomper ou le pompage de gaz plus lourds. On veille cependant à ce que la température du rotor ne dépasse pas un certain seuil haut afin de préserver sa tenue mécanique. En effet, la résistance mécanique aux forces centrifuges du rotor diminue lorsque la température augmente. Des déformations irréversibles du rotor (ou fluage) peuvent apparaitre à haute température et risquer de provoquer des touches du stator avec la partie la plus dilatée du rotor. Par ailleurs, le fluage du rotor n’est pas linéaire avec l’augmentation de la température. Plus la température de fonctionnement de la pompe à vide est élevée et plus il faut augmenter de façon importante la fréquence des maintenances. Par exemple, un rotor dont la température est maintenue à 130°C peut fonctionner pendant cinq ans mais un rotor chauffé à 140°C, toute autre condition de fonctionnement identique, doit être remplacé au bout de deux ans seulement. En outre, l’augmentation de la vitesse de rotation du rotor de la pompe à vide utile par exemple pour abaisser davantage la pression, peut aussi avoir des conséquences sur le fluage du rotor, et donc sur la durée entre maintenances. Toutes ces possibilités de variation du point de fonctionnement tout au long de la durée de vie de la pompe à vide rendent difficile l’anticipation d’une date de maintenance. Un des buts de la présente invention est de proposer une pompe à vide turbomoléculaire résolvant au moins partiellement un inconvénient de l’état de la technique, notamment pour anticiper le besoin de changement du rotor de la pompe à vide du fait d’un risque de fluage. A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide turbomoléculaire comportant un stator, un rotor configuré pour tourner dans le stator et un moteur configuré pour entrainer le rotor en rotation, caractérisée en ce que la pompe à vide turbomoléculaire comporte en outre : - un capteur de température configuré pour mesurer la température du rotor, et - un compteur de maintenance pour fluage comportant une mémoire dans laquelle sont enregistrés : - une valeur du fluage du rotor, - un tableau de correspondance donnant des valeurs du fluage du rotor au cours du temps en fonction de la température et de la vitesse de rotation du rotor, le compteur de maintenance pour fluage étant configuré pour : - déterminer un incrément du fluage du rotor sur une durée prédéterminée à partir de la température du rotor mesurée par le capteur de température, de la vitesse de rotation du rotor, de la valeur du fluage du rotor et du tableau de correspondance, - incrémenter la valeur du fluage du rotor avec l’incrément du fluage déterminé, et - déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir de la valeur du fluage incrémentée. Le compteur de maintenance pour fluage permet d’obtenir une information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage de manière très précise et vis-à-vis d’une utilisation de la pompe à vide pouvant être relativement complexe, c’est à dire comprenant des variations d’utilisation de la température et de la vitesse de rotation sur la durée de vie de la pompe à vide. Le compteur de maintenance pour fluage additionne (compte) ainsi les augmentations successives de fluage résultants des différentes durées passées aux différentes valeurs de température et de vitesse de rotation, ce qui permet d’accéder à une valeur relativement réaliste du fluage actuel et de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage. La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. Le compteur de maintenance pour fluage peut être configuré pour déterminer l’information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage au moins toutes les 24h, tel qu’au moins toutes les heures, tel qu’au moins toutes les minutes et/ou au moins toutes les semaines, tel que tous les mois, et/ou au moins toutes les années. Le compteur de maintenance pour fluage peut être configuré pour permettre la mise à jour du tableau de correspondance par des mesures de déformation du rotor issues de maintenances de la pompe à vide. Le compteur de maintenance pour fluage peut être configuré pour communiquer l’information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à un dispositif de sortie, tel qu’un bus de communication ou une interface homme machine de la pompe à vide ou telle qu’une unité centrale reliée à plusieurs pompes à vide. Le compteur de maintenance pour fluage peut être configuré pour enregistrer l’information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage déterminée dans la mémoire et la rendre disponible en lecture. Le capteur de température est par exemple un capteur infrarouge. Le capteur de température peut être configuré pour mesurer la température d’une partie basse d’une jupe du rotor située du côté d’un orifice de refoulement de la pompe à vide. Le capteur de température peut être agencé derrière une jupe du rotor. Le rotor est par exemple en aluminium ou en aluminium revêtu, tel qu’en aluminium nickelé. La pompe à vide turbomoléculaire peut comporter un dispositif de chauffage configuré pour chauffer le stator. La pompe à vide turbomoléculaire peut également comporter : - un dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt configuré pour déterminer l’épaisseur de dépôt dans la pompe à vide, et - un compteur de maintenance pour dépôt configuré pour déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt à partir de la valeur d’épaisseur de dépôt déterminée. La consigne de température de régulation de la pompe à vide influençant l’épaisseur de dépôt dans la pompe à vide dans certains procédés, le compteur de maintenance pour dépôt peut permettre d’aider l’utilisateur dans son choix de température en fonction d’une part, de la durée restante avant maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt et d’autre part, de la durée restante avant maintenance préventive pour fluage. Le dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt peut être un capteur de mesure de grandeur physique, tel qu’un capteur de dépôt capacitif. Selon un autre exemple, le dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt comporte une mémoire dans laquelle sont enregistrés : - une valeur d’épaisseur de dépôt, - un tableau de correspondance donnant des valeurs d’épaisseur de dépôt au cours du temps en fonction de la température de régulation de la pompe à vide, le dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt étant configuré pour : - déterminer un incrément d’épaisseur de dépôt sur une durée prédéterminée à partir de la température de régulation de la pompe à vide, de la valeur d’épaisseur de dépôt et du tableau de correspondance, et - incrémenter la valeur d’épaisseur de dépôt avec l’incrément d’épaisseur de dépôt déterminé. Le tableau (ou loi) de correspondance (ou modèle d’évolution du dépôt) du dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt « virtuel » est par exemple issu d’une relation linéaire donnant la vitesse de croissance du dépôt en fonction de la température. Le tableau (ou loi) de correspondance (ou modèle d’évolution du dépôt) peut aussi donner des valeurs d’épaisseur de dépôt au cours du temps en prenant en compte les valeurs d’autres paramètres, tels que la pression des gaz au refoulement et/ou le temps de fonctionnement de la pompe à vide à un couple moteur donné. Le dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt peut être configuré pour permettre la mise à jour du tableau de correspondance par des mesures d’épaisseur de dépôt issues de maintenances de la pompe à vide. L’invention a aussi pour objet un procédé de détermination d’une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage d’une pompe à vide turbomoléculaire telle que décrite précédemment, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : - déterminer un incrément du fluage du rotor sur une durée prédéterminée à partir de la température du rotor mesurée par le capteur de température, de la vitesse de rotation du rotor, de la valeur du fluage du rotor et du tableau de correspondance, - incrémenter la valeur du fluage du rotor avec l’incrément du fluage déterminé, et - déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir de la valeur du fluage incrémentée. Le moment où il est nécessaire de réaliser une maintenance préventive du rotor pour fluage peut être un pourcentage d’un fluage maximal admissible. Selon un exemple de réalisation, on détermine la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir d’un modèle d’évolution du fluage au cours du temps et en considérant que la vitesse de rotation du rotor et la température du rotor sont celles ayant permis la détermination de l’incrément du fluage. Selon un exemple de réalisation, le modèle d’évolution du fluage au cours du temps est une fonction d’état à deux variables que sont la température et la vitesse de rotation. Selon un exemple de réalisation, le procédé comporte en outre une étape de détermination d’une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt à partir de la détermination d’une valeur d’épaisseur de dépôt dans la pompe à vide. Le moment où il est nécessaire de réaliser une maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt est par exemple un pourcentage d’une épaisseur de dépôt maximale admissible au-delà de laquelle la pompe à vide n’est plus fiable. C’est par exemple 80% du plus petit jeu entre le rotor et le stator. Pour cela par exemple, le compteur de maintenance pour dépôt est configuré pour déterminer la durée restante avant que la valeur d’épaisseur de dépôt maximale admissible soit atteinte, à partir de la valeur d’épaisseur de dépôt déterminée et d’un modèle d’évolution du dépôt au cours du temps et en considérant que la température de régulation de la pompe à vide est inchangée. Le modèle d’évolution du dépôt au cours du temps est par exemple une relation linéaire donnant la vitesse de croissance du dépôt en fonction de la température. Selon un exemple de détermination de l’épaisseur de dépôt, on détermine un incrément d’épaisseur de dépôt sur une durée prédéterminée à partir de la température de régulation de la pompe à vide, de la valeur d’épaisseur de dépôt et d’un tableau de correspondance et on incrémente la valeur d’épaisseur de dépôt avec l’incrément d’épaisseur de dépôt déterminé. Brève description des figures D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : La montre une vue en coupe axiale d’une pompe à vide turbomoléculaire. La est un organigramme d’éléments de la pompe à vide de la . La est un graphique d’un premier réseau de courbes (ou abaque) donnant le fluage (F) (en %), (en ordonnée) en fonction du temps (T) (en années) (en abscisse) pour différentes vitesses de rotation du rotor, pour une première température du rotor de 150°C : 45krpm (traits continus forts), 40krpm (traits continus normaux), 35krpm (traits continus fins). La est un graphique similaire à la , d’un deuxième réseau de courbes donnant le fluage (F) (en %), (en ordonnée) en fonction du temps (T) (en années) (en abscisse) pour différentes vitesses de rotation du rotor, pour une deuxième température du rotor de 140°C : 45krpm (traits mixtes forts), 40krpm (traits mixtes normaux), 35krpm (traits mixtes fins). La est un graphique similaire à la , d’un troisième réseau de courbes donnant le fluage (F) (en %), (en ordonnée) en fonction du temps (T) (en années) (en abscisse) pour différentes vitesses de rotation du rotor, pour une troisième température du rotor de 130°C : 45krpm (traits interrompus forts), 40krpm (traits interrompus normaux), 35krpm (traits interrompus fins). La montre le premier, deuxième et troisième réseaux de courbes des figures 3, 4 et 5 sur un même graphique. La est une représentation graphique tridimensionnelle ayant pour ordonnée la vitesse du fluage (VF) (en %/an) en fonction d’une part de températures du rotor (T°) (en °C) et d’autre part, de vitesses de rotation du rotor (en krpm) afin d’illustrer la détermination par extrapolation par régression linéaire de la vitesse du fluage pour une température mesurée du rotor et pour une vitesse de rotation donnée. La est une représentation graphique tridimensionnelle ayant pour ordonnée la vitesse du fluage (VF) (en %/an) en fonction d’une part de températures du rotor (T°) (en °C) et d’autre part, de vitesses de rotation du rotor (en krpm) afin d’illustrer la détermination par extrapolation polynomiale de la vitesse du fluage pour une température mesurée du rotor et pour une vitesse de rotation donnée. La est un graphique ayant pour ordonnée le fluage (F) (en %) en fonction du temps (T) (en année) pour un exemple de détermination d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à un instant donné. La est un organigramme d’autres éléments de la pompe à vide de la . La est un graphique ayant pour ordonnée une épaisseur de dépôt (en mm) en fonction du temps (T) (en année) pour un exemple de détermination d’une durée restante avant maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt à un instant donné. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Pompe à vide (1) turbomoléculaire comportant un stator (2), un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) et un moteur (16) configuré pour entrainer le rotor (3) en rotation, caractérisée en ce que la pompe à vide (1) turbomoléculaire comporte en outre un capteur de température (23) configuré pour mesurer la température du rotor (3) et un compteur de maintenance pour fluage (24) comportant une mémoire dans laquelle sont enregistrés une valeur du fluage du rotor et un tableau de correspondance donnant des valeurs du fluage du rotor (3) au cours du temps en fonction de la température et de la vitesse de rotation du rotor (3), le compteur de maintenance pour fluage (24) étant configuré pour : - déterminer un incrément du fluage du rotor (3) sur une durée prédéterminée à partir de la température du rotor (3) mesurée par le capteur de température (23), de la vitesse de rotation du rotor (3), de la valeur du fluage du rotor et du tableau de correspondance, - incrémenter la valeur du fluage du rotor avec l’incrément du fluage déterminé, et - déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir de la valeur du fluage incrémentée. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le compteur de maintenance pour fluage (24) est configuré pour déterminer l’information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage au moins toutes les 24h, tel qu’au moins toutes les heures, tel qu’au moins toutes les minutes et/ou au moins toutes les semaines et/ou au moins toutes les années. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compteur de maintenance pour fluage (24) est configuré pour permettre la mise à jour du tableau de correspondance par des mesures de déformation du rotor (3) issues de maintenances de la pompe à vide (1). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compteur de maintenance pour fluage (24) est configuré pour communiquer l’information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à un dispositif de sortie (26) tel qu’un bus de communication ou une interface homme machine de la pompe à vide (1) ou telle qu’une unité centrale reliée à plusieurs pompes à vide. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compteur de maintenance pour fluage (24) est configuré pour enregistrer l’information représentative de la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage déterminée dans la mémoire et la rendre disponible en lecture. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le capteur de température (23) est un capteur infrarouge. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le capteur de température (23) est configuré pour mesurer la température d’une partie basse d’une jupe (13) du rotor (3) située du côté d’un orifice de refoulement (7) de la pompe à vide (1). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le capteur de température (23) est agencé derrière une jupe (13) du rotor (3). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rotor (3) est en aluminium ou en aluminium revêtu, tel qu’en aluminium nickelé. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de chauffage (21) configuré pour chauffer le stator (2). Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu’elle comporte : - un dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt (27) configuré pour déterminer l’épaisseur de dépôt dans la pompe à vide (1), et - un compteur de maintenance pour dépôt (28) configuré pour déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt à partir de la valeur d’épaisseur de dépôt déterminée. Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon la revendication 11, caractérisée en ce que le dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt (27) comporte une mémoire dans laquelle sont enregistrés : - une valeur d’épaisseur de dépôt, - un tableau de correspondance donnant des valeurs d’épaisseur de dépôt au cours du temps en fonction d’une température de régulation de la pompe à vide (1), le dispositif de détermination d’une épaisseur de dépôt (27) étant configuré pour : - déterminer un incrément d’épaisseur de dépôt sur une durée prédéterminée à partir de la température de régulation de la pompe à vide (1), de la valeur d’épaisseur de dépôt et du tableau de correspondance, et - incrémenter la valeur d’épaisseur de dépôt avec l’incrément d’épaisseur de dépôt déterminé. Procédé de détermination d’une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage d’une pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : - déterminer un incrément du fluage du rotor (3) sur une durée prédéterminée à partir de la température du rotor (3) mesurée par le capteur de température (23), de la vitesse de rotation du rotor (3), de la valeur du fluage du rotor et du tableau de correspondance, - incrémenter la valeur du fluage du rotor avec l’incrément du fluage déterminé, et - déterminer une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir de la valeur du fluage incrémentée. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moment où il est nécessaire de réaliser une maintenance préventive du rotor pour fluage est un pourcentage d’un fluage maximal admissible. Procédé selon l’une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu’on détermine la durée restante avant maintenance préventive du rotor pour fluage à partir d’un modèle d’évolution du fluage au cours du temps et en considérant que la vitesse de rotation du rotor (3) et la température du rotor (3) sont celles ayant permis la détermination de l’incrément du fluage. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le modèle d’évolution du fluage au cours du temps est une fonction d’état à deux variables que sont la température et la vitesse de rotation. Procédé selon l’une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de détermination d’une information représentative d’une durée restante avant maintenance préventive de la pompe à vide pour dépôt à partir de la détermination d’une valeur d’épaisseur de dépôt dans la pompe à vide (1).