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FR2881189A1 - Pompe a vide a cycle de translation circulaire a plusieurs arbres - Google Patents

Pompe a vide a cycle de translation circulaire a plusieurs arbres Download PDF

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FR2881189A1
FR2881189A1 FR0500663A FR0500663A FR2881189A1 FR 2881189 A1 FR2881189 A1 FR 2881189A1 FR 0500663 A FR0500663 A FR 0500663A FR 0500663 A FR0500663 A FR 0500663A FR 2881189 A1 FR2881189 A1 FR 2881189A1
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fixed
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spiral
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Maurice Helies
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V G B VULLIEZ GESTION BREVETS
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Abstract

Cette pompe à vide comporte :- un disque fixe (8) solidaire d'un corps fixe (2) et présentant une spirale (14),- un disque mobile (4) faisant face au disque fixe (8) et présentant une spirale (16) intercalée avec la spirale (14) du disque fixe (8),- une liaison entre le corps fixe (2) et le disque mobile (4), cette liaison présentant au moins deux manivelles (18) comportant chacune deux arbres (26, 28) décalés d'une même excentricité,- des moyens moteur (6) pour entraîner le disque mobile (4) dans un mouvement de translation circulaire, ces moyens moteur comportant un moteur (6) présentant un arbre de sortie (30) parallèle aux axes des disques, et l'arbre de sortie (30) du moteur (6) étant centré sur l'axe du disque mobile (4) et entraînant celui-ci à l'aide d'une pièce d'accouplement (32) présentant la même excentricité que les manivelles (18).

Description

La présente invention concerne une pompe à vide à cycle de translation
circulaire à plusieurs arbres.
Une pompe de ce type comporte généralement un corps fixe avec un disque fixe présentant sur l'une de ses faces une saillie en forme de spirale ainsi qu'un disque mobile, faisant face au disque fixe et présentant du côté du disque fixe une saillie en forme de spirale. Les deux spirales, fixe et mobile, sont de même amplitude angulaire et intercalées l'une dans l'autre. Un mécanisme permet d'entraîner le disque mobile dans un mouvement de translation circulaire par rapport au disque fixe. La liaison entre le disque mobile et le corps fixe de la pompe est assurée par plusieurs arbres, le plus souvent trois.
Une telle pompe est par exemple décrite dans le document FR-A-2 141 402. Comme indiqué dans ce document, une telle pompe peut être une pompe intégralement sèche et étanche. Elle donne d'excellents résultats mais présente l'inconvénient de comporter de nombreuses pièces et d'être encombrante. On remarque également que la pompe décrite dans ce document utilise un liquide de refroidissement pour refroidir les pièces.
La présente invention a alors pour but de fournir une nouvelle pompe à vide, sèche et étanche, de structure simple et qui soit également compacte. De préférence, cette pompe permettra de rejeter à la pression atmosphérique le fluide gazeux aspiré pour créer le vide à la pression atmosphérique. En outre, la maintenance de cette nouvelle pompe sera facilitée par rapport aux pompes de l'art antérieur connues.
A cet effet, l'invention propose une pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant: - un disque fixe solidaire d'un corps fixe et présentant sur l'une de ses faces une saillie en forme de spirale, - un disque mobile faisant face au disque fixe et présentant du côté du disque fixe une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie en forme de spirale du disque fixe, - une liaison entre le corps fixe et le disque mobile, cette liaison présentant au moins deux manivelles, chaque manivelle comportant deux arbres parallèles mais décalés d'une même excentricité, - des moyens moteur pour entraîner le disque mobile dans un mouvement de translation circulaire par rapport au disque fixe.
Selon l'invention, les moyens moteur comportent un moteur présentant un arbre de sortie parallèle aux axes des disques fixe et mobile et l'arbre de sortie du moteur est sensiblement centré sur l'axe du disque mobile et entraîne celui-ci à l'aide d'une pièce d'accouplement présentant une excentricité correspondant à l'excentricité des manivelles.
Cette nouvelle structure d'une pompe à vide à plusieurs arbres est très intéressante car elle permet d'avoir une meilleure répartition des efforts au sein de la pompe, notamment au niveau des divers paliers de roulement. Une telle pompe permet alors d'obtenir une compression d'un fluide gazeux permettant de refouler celui-ci à la pression atmosphérique.
Dans une forme de réalisation préférée d'une pompe à vide selon l'invention, le moteur est fixé sur une platine parallèle au disque mobile, et cette platine présente des logements pour un arbre de chaque manivelle. De cette manière, la platine est disposée au coeur de la pompe et porte à la fois le moteur et le disque mobile. Ceci permet d'une part de simplifier la structure de la pompe et d'autre part de la rendre plus compacte. Dans cette forme de réalisation, la platine forme par exemple le fond d'un tube cylindrique dans lequel est logé le moteur. Le corps fixe comporte alors par exemple un carter extérieur reliant le tube cylindrique au disque fixe.
Dans une pompe à vide selon l'invention, un soufflet métallique peut être utilisé pour relier de manière étanche la périphérie du disque mobile au corps fixe de la pompe à vide. Un tel soufflet permet d'assurer une étanchéité entre une pièce mobile en translation (circulaire) et un corps fixe. Dans le cas où la pompe à vide comporte un tube cylindrique, le soufflet métallique entoure alors de préférence le tube cylindrique. De cette manière, le soufflet peut être de relativement grande taille et les contraintes exercées sur celui-ci sont de ce fait moindres que pour un soufflet de taille réduite.
De manière avantageuse, l'invention prévoit qu'un deuxième soufflet métallique, monté également de manière étanche entre la périphérie du disque mobile et le corps fixe, vient entourer le premier soufflet métallique. On obtient de la sorte un espace entre les deux soufflets métalliques. En surveillant la pression régnant dans cet espace, il est possible de détecter immédiatement une défaillance de l'un des soufflets. De la sorte, il est possible d'assurer une parfaite maîtrise de l'étanchéité de la pompe.
Dans la forme de réalisation dans laquelle la pompe à vide comporte un tube cylindrique, on peut prévoir que du côté opposé à la platine, le tube cylindrique reçoit un ventilateur, et que des orifices sont prévus dans la platine pour permettre la ventilation du logement du moteur.
La pompe à vide peut également comporter des moyens de ventilation pour refroidir la face du disque fixe opposée au disque mobile.
Lorsque la pompe est équipée de tels moyens de ventilation, il n'est pas nécessaire de prévoir un circuit de liquide de refroidissement pour éviter une surchauffe de la pompe en fonctionnement. Ceci permet d'éviter une source de pollution éventuelle du fluide gazeux pompé par la pompe selon l'invention.
Pour un meilleur refroidissement encore des disques de la pompe, on peut prévoir qu'au moins une saillie formant spirale sur un disque est évidée à proximité du coeur de la spirale.
Pour le refoulement du fluide gazeux pompé à la pression atmosphérique, le disque fixe présente par exemple, sensiblement au centre de la spirale, un orifice de refoulement débouchant sur la face opposée à la spirale, et cet orifice de refoulement est éventuellement muni d'une soupape de refoulement.
Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à vide selon l'invention, La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne de coupe II-II de la figure 1, et La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne de coupe III-III de la figure 1.
On reconnaît sur la figure 1 une pompe à vide à cycle de translation circulaire. Cette pompe comprend notamment un corps fixe 2, un disque mobile 4 et un moteur 6.
Dans la forme de réalisation préférentielle représentée sur la figure 1, le corps fixe 2 est constitué essentiellement de trois éléments: un disque fixe 8, un carter 10 et un tube cylindrique 12.
Le disque fixe 8 présente sur sa face intérieure une saillie en forme de spirale 14. La forme de cette dernière est visible sur la figure 2. Le disque mobile 4 fait face au disque fixe 8. Sur sa face orientée vers le disque fixe 8, le disque mobile présente lui aussi une saillie en forme de spirale 16. La spirale 16 du disque mobile 4 est imbriquée avec la spirale 14 du disque fixe 8, comme on peut le voir également sur la figure 2 (pour simplifier la vue, la figure 3 ne représente pas la spirale 14 fixe, ni le carter 10). Les spirales 14 et 16 sont séparées l'une de l'autre par un jeu constant, quelle que soit la position du disque mobile 4 par rapport au disque fixe 8. Ce jeu est par exemple de l'ordre de 5/100ème de mm.
Le disque mobile 4 est supporté par le corps fixe 2 par l'intermédiaire de trois manivelles 18 d'égale excentricité E et accouplées et agissant de manière synchronisée les unes avec les autres pour obtenir un mouvement de translation circulaire du disque mobile 4 par rapport au corps fixe 2, et plus particulièrement son disque fixe 8, lors du fonctionnement de la pompe.
Le tube cylindrique 12 présente un fût d'axe longitudinal parallèle à l'axe des disques fixe 8 et mobile 4 ainsi qu'un fond 20 transversal -et donc situé dans un plan parallèle à ceux des disques-. Ce fond 20 présente trois alésages 22, chacun de ceux-ci recevant une manivelle 18. Chaque manivelle 18 comporte un tourillon 24, un arbre inférieur 26 et un arbre supérieur 28. Le tourillon 24 est à chaque fois disposé au niveau de l'interface entre le fond 20 et le disque mobile 4. L'arbre inférieur 26 de chaque manivelle 18 est logé avec des roulements correspondants dans un alésage 22 du fond 20 tandis que les arbres supérieurs 28 sont chacun logés avec des roulements correspondants dans des logements prévus à cet effet dans le disque mobile 4. Les axes des arbres inférieurs 26 et supérieurs 28 sont parallèles et décalés d'une distance correspondant à l'excentricité E. Le mouvement de translation circulaire du disque mobile 4 par rapport au disque fixe 8 est commandé par le moteur 6. Ce dernier est disposé à l'intérieur du tube cylindrique 12 et est fixé sur le fond 20 de celui-ci. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention représentée aux dessins, l'arbre de sortie 30 du moteur 6 est relié au disque mobile 4 par une pièce d'accouplement 32. Cette dernière présente ici la forme d'un manchon comportant deux logements cylindriques circulaires, l'un dans le prolongement de l'autre et décalés d'une valeur correspondant à l'excentricité E. Le logement cylindrique se trouvant du côté du moteur reçoit l'arbre de sortie 30 du moteur tandis que le logement cylindrique se trouvant du côté du disque mobile 4 reçoit un maneton 34 faisant saillie de la face du disque mobile 4 opposée à la spirale 16 ainsi qu'un roulement à aiguilles. Dans cette forme de réalisation représentée sur les figures, le maneton 34 est centré par rapport au disque mobile 4.
On remarque sur les figures 1 et 3 la présence d'une masse d'équilibrage 36 autour de la pièce d'accouplement 32 au niveau du maneton 34. Cette masse est calculée et positionnée de manière à réaliser un équilibrage dynamique de la pompe lors du fonctionnement de celle-ci.
Le carter 10 du corps fixe relie, dans la forme de réalisation visible sur la figure 1, la périphérie du disque fixe 8 avec le bord libre du tube cylindrique 12, 10 bord libre qui est opposé au fond 20.
On remarque aussi la présence de deux soufflets 38, 38' métalliques sur la figure 1. Chacun de ces soufflets 38, 38' est monté de manière étanche d'une part sur un bord périphérique du disque mobile 4 et d'autre part sur le carter 10. La fixation des soufflets 38, 38' est par exemple réalisée par soudure.
Les deux soufflets 38, 38' entourent ainsi le tube cylindriquel2 (fixe) à l'intérieur duquel se trouve le moteur 6, le soufflet 38' entourant le soufflet 38. La présence d'un seul soufflet est suffisante pour permettre un bon fonctionnement de la pompe à vide selon l'invention. Le deuxième soufflet est prévu ici pour des raisons de sécurité. Un capteur de pression relié à l'espace libre entre les deux soufflets permet de détecter immédiatement la moindre fuite au niveau de l'un des soufflets, l'autre soufflet assurant encore l'étanchéité de la pompe.
Les soufflets 38, 38' métalliques sont utilisés pour réaliser une étanchéité intégrale de la pompe. Ils sont protégés contre tout effet de torsion du fait de la cinématique du système d'entraînement. Pour limiter les contraintes exercés sur ces soufflets, ceux-ci s'étendent sur quasiment toute la hauteur de la pompe, comme on peut le voir sur la figure 1. Des soufflets (ou un seul soufflet) de longueur moindre, pourraient également convenir.
Le carter 10 comporte une ouverture d'admission 42 qui permet de réaliser, dans l'exemple représenté, une admission radiale de fluide gazeux, à proximité des disques fixe 8 et mobile 4. Une enceinte à vider (non représentée sur les dessins) est raccordée à la pompe (par des moyens non représentés) à l'ouverture d'admission 42. Dès la mise en service de la pompe, le fluide gazeux à pomper est soumis à l'effet continu et progressif de compression obtenu grâce au mouvement relatif entre les deux spirales 14 et 16. De manière connue (cf. par exemple FR-2 141 402) le fluide gazeux se trouvant dans l'espace entre le soufflet 38' extérieur et le carter 10 est entraîné vers un orifice de refoulement 44 se trouvant au centre de la spirale 14 du disque fixe 8. Cet orifice de refoulement 44 est muni d'une soupape 46 permettant le rejet du fluide gazeux à la pression atmosphérique.
Lors de ce fonctionnement, les spirales ont tendance à s'échauffer. Un premier groupe de ventilation 48, représenté très schématiquement sur la figure 1, est disposé sur la face du disque fixe 8 opposée à la face portant la spirale 14. Une flèche 50 représente un exemple de mouvement d'air permettant la ventilation du disque fixe 8.
Un second groupe de ventilation 52 est disposé dans le tube cylindrique 12 pour assurer le refroidissement du moteur 6 et du disque mobile 4. Ce second groupe de ventilation 52, très schématiquement représenté, aspire de l'air à l'extérieur de la pompe pour le faire cheminer à l'intérieur de celle-ci selon un chemin illustré à titre d'exemple par des flèches 54. Pour permettre un tel passage d'air, des orifices sont prévus d'une part dans le fond 20 du tube cylindrique et d'autre part dans le corps fixe 2 de manière à permettre à de l'air extérieur de pénétrer entre la surface extérieure du tube cylindrique 12 et l'intérieur du soufflet intérieur 38.
Pour favoriser encore le refroidissement des disques fixe 8 et mobile 4, un évidement 56 est réalisé dans chacune des spirales 14 et 16, comme on peut le remarquer sur les dessins. Les spirales 14 et 16 présentent chacune à leur extrémité se trouvant sensiblement au centre du disque correspondant la forme d'un bulbe dû à l'élargissement de la saillie formant la spirale correspondante vers le centre du disque. Ainsi, l'air mis en mouvement par les groupes de ventilation peut pénétrer dans les évidements 56 et réaliser de la sorte un meilleur refroidissement des spirales 14 et 16 et donc des disques 8 et 4 correspondants.
La pompe à vide décrite ci-dessus est une pompe à vide intégralement sèche, qui fonctionne sans huile ni liquide de refroidissement. Cette pompe est aussi entièrement étanche avec, grâce notamment aux deux soufflets, une maîtrise parfaite de cette étanchéité.
Une pompe telle celle décrite ci-dessus peut être utilisée pour des débits relativement faibles. A titre d'exemple non limitatif mais uniquement illustratif, une telle pompe peut présenter par exemple un volume engendré de l'ordre de 30 m3/h.
Une pompe à vide selon l'invention peut trouver des applications par exemple dans le domaine du nucléaire, dans la fabrication de composants électroniques, dans l'industrie pharmaceutique, alimentaire, etc... Cette liste d'applications est bien entendu non exhaustive. Ce type de pompe peut être utilisé partout où une grande attention est nécessaire pour éviter toute pollution d'un fluide transporté.
Alors que pour les pompes de tailles équivalentes de l'art antérieur il est nécessaire habituellement de prévoir un accouplement à une pompe primaire, la pompe décrite peut refouler directement à la pression atmosphérique.
La structure de la pompe décrite est simple, même si elle comporte quatre arbres. De plus, elle permet d'avoir une pompe compacte. En outre, la maintenance de cette pompe est simplifiée. Le nombre de joints et de pièces d'usure est très limité.
Un avantage important de la structure présentée ci-dessus avec un arbre moteur central et des arbres périphériques est la reprise des efforts radiaux. Ceux-ci sont encaissés essentiellement par le roulement à aiguilles décrit. La charge des roulements au niveau des arbres périphériques est limitée et permet l'utilisation de roulements à raideur axiale supérieure par rapport aux roulements utilisés avec les pompes comparables de l'art antérieur.
La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.
Ainsi par exemple, le nombre d'arbres (manivelles) peut être modifié sans sortir pour autant du cadre de l'invention. D'autres modifications, concernant par exemple la forme du corps fixe, le refroidissement des pièces (même éventuellement avec un liquide de refroidissement), le montage du moteur, les soufflets, etc. peuvent également être apportées sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant: -un disque fixe (8) solidaire d'un corps fixe (2) et présentant sur l'une de ses faces une saillie en forme de spirale (14), - un disque mobile (4) faisant face au disque fixe (8) et présentant du côté du disque fixe (8) une saillie en forme de spirale (16) intercalée avec la saillie en forme de spirale (14) du disque fixe (8), - une liaison entre le corps fixe (2) et le disque mobile (4), cette liaison présentant au moins deux manivelles (18), chaque manivelle (18) comportant deux arbres (26, 28) parallèles mais décalés d'une même excentricité, - des moyens moteur (6) pour entraîner le disque mobile (4) dans un mouvement de translation circulaire par rapport au disque fixe (8), caractérisée en ce que les moyens moteur comportent un moteur (6) présentant un arbre de sortie (30) parallèle aux axes des disques fixe (8) et mobile (4), et en ce que l'arbre de sortie (30) du moteur (6) est sensiblement centré sur l'axe du disque mobile (4) et entraîne celui-ci à l'aide d'une pièce d'accouplement (32) présentant une excentricité correspondant à l'excentricité des manivelles (18).
2. Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur (6) est fixé sur une platine (20) parallèle au disque mobile (4) , et en ce que cette platine (20) présente des logements (22) pour un arbre (26) de chaque manivelle (18).
3. Pompe à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que la platine forme le fond (20) d'un tube cylindrique (12) dans lequel est logé le moteur (6).
4. Pompe à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce que le corps fixe (2) comporte un carter (10) extérieur reliant le tube cylindrique (12) au disque fixe (8).
5. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un soufflet métallique (38) relie de manière étanche la périphérie du disque mobile (4) au corps fixe (2) de la pompe à vide.
6. Pompe à vide selon les revendications 3 et 5, caractérisée en ce que le soufflet métallique (38) entoure le tube cylindrique (12).
7. Pompe à vide selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce qu'un deuxième soufflet (38') métallique, monté également de manière étanche entre la périphérie du disque mobile (4) et le corps fixe (2), entoure le premier soufflet (38) métallique.
8. Pompe à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce que du côté opposé à la platine (20), le tube cylindrique (12) reçoit un groupe de ventilation (52), et en ce que des orifices sont prévus dans la platine (20) pour permettre la ventilation du logement du moteur (6).
9. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que des moyens de ventilation (48) sont prévus pour refroidir la face du disque fixe (8) opposée au disque mobile (4).
10. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le disque fixe (8) présente, sensiblement au centre de la spirale (14) , un orifice de refoulement (44) débouchant sur la face opposée à la spirale (14), et en ce que cet orifice de refoulement (44) est muni d'une soupape de refoulement (46).
11. Pompe à vide selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'au moins une saillie formant spirale (14, 16) sur un disque (8, 4) est évidée à proximité du coeur de la spirale (14, 16).
FR0500663A 2005-01-21 2005-01-21 Pompe a vide a cycle de translation circulaire a plusieurs arbres Withdrawn FR2881189A1 (fr)

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