Comment choisir une pompe primaire en fonction de la vitesse de pompage
La quantité de gaz ou de vapeur transportée par une pompe à vide poussé doit également être prise en charge par la pompe primaire. En outre, lors du fonctionnement de la pompe à vide poussé (pompe à diffusion, pompe turbomoléculaire), la pression de refoulement maximale autorisée ne doit jamais être dépassée, même pour un court instant. Si Q est la quantité effective de gaz ou de vapeur qui est pompée par la pompe à vide poussé avec une vitesse de pompage effective Seff à une pression d'entrée pA, cette quantité de gaz doit certainement être transportée par la pompe primaire à une vitesse de pompage SV à la pression de refoulement pV. Pour le débit effectif Q, l'équation de continuité s'applique :
(2.41)
La vitesse de pompage requise de la pompe primaire est calculée comme suit :
(2.41a)
Exemple de calcul de la vitesse de pompage
Dans le cas d'une pompe à diffusion présentant une vitesse de pompage de 400 l/s, la vitesse de pompage effective s'élève à 50 % de la valeur indiquée dans le catalogue en cas d'utilisation d'un déflecteur à enveloppe. La pression de refoulement maximale autorisée est de 2 · 10-1 mbar. La vitesse de pompage minimale requise pour la pompe primaire dépend de la pression d'admission pA selon l'équation 2.41a.
A une pression d'admission de pA = 1 · 10-2 mbar, la vitesse de pompage de la pompe à vide poussé indiquée dans le catalogue est d'environ 100 l/s, puis de 50 % de cette valeur, soit 50 l/s. Par conséquent, la vitesse de pompage de la pompe primaire doit s'élever à au moins
A une pression d'admission de pA = 1 · 10-3 mbar, la pompe a déjà atteint sa vitesse de pompage nominale de 400 l/s ; la vitesse de pompage effective est désormais Seff = 200 l/s ; la vitesse de pompage requise pour la pompe primaire est donc de
Comment choisir une pompe à vide primaire en fonction des plages de pression
Si la pompe à vide poussé doit être utilisée pour le pompage de vapeurs entre 10-3 et 10-2 mbar, il faut alors utiliser une pompe primaire offrant une vitesse de pompage nominale de 12 m3/h, qui doit en tout cas présenter une vitesse de pompage de 9 m3/h à une pression de 2 · 10-1 mbar. Si aucune vapeur ne doit être pompée, une pompe à palettes rotatives mono-étagée actionnée sans lest d'air convient dans la plupart des cas. Si des composants de vapeur (même faibles) doivent également être pompés, il faut dans tous les cas utiliser une pompe à lest d'air bi-étagée en tant que pompe primaire offrant, même avec un lest d'air, la vitesse de pompage requise à 2 · 10-1 mbar.
Si la pompe à vide poussé ne doit être utilisée qu'à des pressions d'admission inférieures à 10-3 mbar, une pompe primaire plus petite convient ; dans l'exemple donné, il s'agira d'une pompe offrant une vitesse de pompage de 6 m3/h. Si les pressions d'admission continues sont encore plus basses, par exemple inférieures à 10-4 mbar, la vitesse de pompage requise pour la pompe primaire peut être calculée comme suit à partir de l'équation 2.41a :
Théoriquement, dans ce cas, une pompe primaire plus petite présentant une vitesse de pompage d'environ 1 m3/h pourrait être utilisée. Mais en pratique, une pompe primaire plus grande doit être installée car, en particulier lors du démarrage d'un système de vide, de grandes quantités de gaz peuvent apparaître pendant de courtes périodes. Le fonctionnement de la pompe à vide poussé est mis en danger si les quantités de gaz ne peuvent pas être évacuées immédiatement par la pompe primaire. Si l'on travaille en permanence à des pressions d'entrée très basses, il est recommandé d'installer un volume de lest (réservoir de ligne de refoulement ou réservoir de pompage) entre la pompe à vide poussé et la pompe primaire. La pompe primaire ne doit alors fonctionner que pendant de courtes périodes. Cependant, la pression de refoulement maximale autorisée ne doit jamais être dépassée.
La taille du volume de lest dépend de la quantité totale de gaz à pomper par unité de temps. Si ce taux est très faible, la règle empirique indique que 0,5 l de volume de lest permet 1 minute de pompage avec la pompe primaire isolée.
Pour déterminer la taille de la pompe primaire la mieux adaptée, il est possible d'utiliser une méthode graphique dans de nombreux cas. Le point de départ est alors la caractéristique de vitesse de pompage des pompes selon l'équation 2.41.
La caractéristique de vitesse de pompage d'une pompe est facile à obtenir à partir de la caractéristique de vitesse de pompage mesurée (débit volumétrique) de la pompe, comme indiqué pour une pompe à diffusion de 6000 l/s (voir la courbe S sur la Fig. 2.76). Pour obtenir la caractéristique de débit (courbe Q sur la Fig. 2.76), il faut multiplier chaque valeur en ordonnée de S par sa valeur pA correspondante et la comparer à cette valeur. En supposant que la pression d'entrée de la pompe à diffusion ne dépasse pas 10-2 mbar, le débit maximal est de 9,5 mbar · l/s
Fig. 2.76 Schéma permettant de déterminer graphiquement la pompe primaire adaptée.
a) Caractéristique de vitesse de pompage d'une pompe à diffusion de 6000 l/s
b) Série de courbes de débit pour des pompes à piston rotatif bi-étagées (V.B. = pression de vide primaire critique)
La taille de la pompe primaire doit donc permettre que ce débit puisse être géré par la pompe à une pression d'admission (de la pompe primaire) égale ou de préférence inférieure à la pression de refoulement maximale autorisée de la pompe à diffusion, soit 4 · 10-1 mbar pour la pompe à diffusion de 6000 l/s.
Après avoir pris en compte les caractéristiques de vitesse de pompage des pompes à piston rotatif bi-étagées disponibles dans le commerce, la caractéristique de débit de chaque pompe est calculée d'une manière similaire à celle utilisée pour trouver la courbe Q de la pompe à diffusion sur la Fig. 2.76 a. Le résultat est le groupe de courbes Q numérotées de 1 à 4 sur la Fig. 2.76 b, où 4 pompes à piston rotatif bi-étagées ont été prises en compte, dont les vitesses nominales étaient respectivement de 200, 100, 50 et 25 m3/h. La pression de refoulement critique de la pompe à diffusion de 6000 l/s est marquée V.B. (p = 4 · 10-1 mbar). Désormais, le débit maximal Q = 9,5 mbar · l/s est indiqué par la ligne horizontale a. Cette ligne coupe les quatre courbes de débit. En comptant de droite à gauche, le premier point d'intersection qui correspond à une pression d'admission inférieure à la pression de refoulement critique de 4 · 10-1 mbar est réalisé avec la caractéristique de débit 2. Cela correspond à la pompe à piston rotatif bi-étagée présentant une vitesse de pompage nominale de 100 m3/h. Par conséquent, cette pompe est la pompe primaire correcte pour la pompe à diffusion de 6000 l/s dans l'hypothèse précédente.
Cependant, si le processus de pompage est tel que le débit maximal de 9,5 mbar · l/s est improbable, une pompe primaire plus petite peut, bien sûr, être utilisée. Cela s'explique par exemple par la ligne b de la Fig. 2.76 b, qui correspond à un débit maximal de seulement 2 mbar l/s. Dans ce cas, une pompe à piston rotatif bi-étagée de 25 m3/h serait suffisante.
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Glossaire des symboles couramment utilisés dans les schémas en technologie du vide pour représenter visuellement les différents systèmes de pompage, leurs types de pompes et les pièces qui les composent
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