Comment fonctionne une pompe à palettes rotatives ?
Principes de fonctionnement des pompes rotatives lubrifiées
Une pompe à vide volumétrique est généralement une pompe à vide dans laquelle le gaz à pomper est aspiré à l'aide de pistons, de rotors, de palettes, de vannes ou d'éléments similaires, éventuellement comprimé puis refoulé. Le procédé de pompage est effectué par le mouvement rotatif du piston à l'intérieur de la pompe. Il convient de faire la distinction entre les pompes volumétriques lubrifiées et sèches. En utilisant de l'huile d'étanchéité, il est possible d'atteindre, pour une pompe mono-étagée, un taux de compression élevé allant jusqu'à environ 105. Sans huile, les « fuites internes » sont considérablement plus importantes et le taux de compression pouvant être atteint est proportionnellement inférieur (d'environ 10).
Comme indiqué dans le tableau de classification 2.1, les pompes volumétriques lubrifiées comprennent des pompes à palettes rotatives et à piston rotatif mono-étagées et bi-étagées, ainsi que des pompes trochoïdes mono-étagées qui ne présentent aujourd'hui qu'un intérêt historique. Ces pompes sont toutes équipées d'un dispositif de lest d'air qui a été décrit en détail pour la première fois par Gaede en 1935. Dans les limites techniques spécifiées, le dispositif de lest d'air permet de pomper des vapeurs (en particulier de la vapeur d'eau) sans condensation des vapeurs dans la pompe.
Tableau 2.1 Classification des pompes à vide
Pompes à palettes rotatives (TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC)
Les pompes à palettes rotatives (voir Fig. 2.6) sont constituées d'un corps cylindrique (anneau de pompage) (1) dans lequel un rotor (2) suspendu de façon excentrique et fendu tourne dans le sens de la flèche. Le rotor est muni de palettes (16) qui sont poussées vers l'extérieur, généralement par la force centrifuge mais également par des ressorts, de sorte que les palettes glissent à l'intérieur du corps. Les gaz qui pénètrent par l'admission (4) sont poussés par les palettes et sont finalement éjectés de la pompe par la vanne d'échappement lubrifiée (12).
Fig. 2.6 Section transversale d'une pompe à palettes rotatives mono-étagée (TRIVAC B)
- Orifice d'admission
- Collecteur d'impuretés
- Clapet anti-retour
- Conduit d'admission
- Palette
- Chambre de pompage
- Rotor
- Orifice, connexion pour lest d'air inerte
- Conduit d'échappement
- Vanne d'échappement
- Ressort
- Reniflard
- Orifice, connexion pour filtre à huile
Les pompes de la gamme TRIVAC B (Fig. 2.6) ne comportent que deux palettes décalées de 180°. Les palettes sont poussées vers l'extérieur par les forces centrifuges sans utiliser de ressorts. A basse température ambiante, cela peut nécessiter l'utilisation d'une huile plus fine. Les pompes sont équipées d'une pompe à huile à engrenages pour la lubrification sous pression. Les pompes de la série TRIVAC B sont équipées d'un clapet anti-retour particulièrement fiable ; une disposition horizontale ou verticale pour les orifices d'admission et d'échappement. Le voyant de niveau d'huile et l'actionneur de lest d'air se trouvent tous du même côté du carter d'huile (conception conviviale). Associées au système TRIVAC BCS, elles peuvent être équipées d'une gamme très complète d'accessoires, principalement conçus pour les applications de semi-conducteurs. Le réservoir d'huile de la pompe à palettes rotatives, à l'instar de celui des autres pompes volumétriques lubrifiées, sert à la lubrification et à l'étanchéité, ainsi qu'au remplissage des espaces morts et des fentes. Ces pompes évacuent la chaleur de la compression des gaz, c'est-à-dire à des fins de refroidissement. L'huile assure l'étanchéité entre le rotor et l'anneau de pompe. Ces pièces sont « presque » en contact le long d'une ligne droite (ligne d'enveloppe de cylindre). Afin d'augmenter la surface étanche à l'huile, un passage d'étanchéité est intégré dans l'anneau de pompage (voir Fig. 2.4). Cela assure une meilleure étanchéité et permet un taux de compression plus élevé ou une pression limite plus faible.
Regardez la vidéo ci-dessous pour voir une pompe à palettes rotatives TRIVAC B en action
Leybold TRIVAC B - Function principles
Plages de pression des pompes à palettes rotatives
Leybold fabrique différentes gammes de pompes à palettes rotatives qui sont spécialement adaptées à différentes applications telles que la haute pression d'admission, la basse pression limite ou les applications de l'industrie des semi-conducteurs. Les caractéristiques les plus importantes de ces gammes sont récapitulées dans le tableau 2.2. Les pompes à palettes rotatives TRIVAC sont produites sous forme de pompes bi-étagées (TRIVAC D) (voir Fig. 2.7). Avec les pompes lubrifiées bi-étagées, il est possible d'atteindre des pressions de fonctionnement et des pressions limites inférieures à celles des pompes mono-étagées correspondantes. Cela est dû au fait que dans le cas de pompes mono-étagées, l'huile est inévitablement en contact avec l'atmosphère extérieure, d'où s'échappent partiellement des gaz vers le côté vide, limitant ainsi la pression limite pouvant être atteinte. Dans les pompes volumétriques bi-étagées lubrifiées fabriquées par Leybold, l'huile déjà dégazée est fournie à l'étage du côté du vide (étage 1 sur la Fig. 2.7) : la pression limite se situe presque dans la plage de vide poussé, tandis que les pressions de fonctionnement les plus basses se situent dans la plage entre vide moyen et le vide poussé. Remarque : en pratique, l'utilisation de l'étage de vide poussé (étage 1) avec très peu d'huile ou sans huile entraînera (malgré la très faible pression limite) des difficultés considérables et affectera considérablement le fonctionnement de la pompe.
Fig. 2.4 Disposition du passage d'étanchéité des pompes à palettes rotatives, également appelées « à joint double ». Jeu minimal constant a pour l'ensemble du passage d'étanchéité b
Fig. 2.7 Section transversale d'une pompe à palettes rotatives bi-étagée, schéma
I Etage de vide poussé
II Deuxième étage de vide primaire
a - Dispositif d'arrêt de la vanne
b - Ressort à lames de la vanne
Tableau 2.2 Plages des pompes à vide rotatives
Pompes à piston rotatif (pompes E)
La Fig. 2.9 représente une vue en coupe d'une pompe à piston rotatif de type monobloc. Ici, un piston (2) déplacé par un excentrique (3) tournant dans le sens de la flèche se déplace le long de la paroi de la chambre. Le gaz à pomper entre dans la pompe par l'orifice d'admission (11), traverse le canal d'admission de la soupape à tiroir (12) et pénètre dans la chambre de pompage (14). La soupape à tiroir forme une unité avec le piston et coulisse dans un mouvement de va-et-vient dans le guide de soupape rotatif du carter (barre de charnière 13). Le gaz aspiré dans la pompe pénètre finalement dans la chambre de compression (4). En tournant, le piston comprime cette quantité de gaz jusqu'à ce qu'elle soit éjectée par la soupape lubrifiée (5). Comme pour les pompes à palettes rotatives, le réservoir d'huile est utilisé pour la lubrification, l'étanchéité, le remplissage des espaces morts et le refroidissement. La chambre de pompage étant divisée en deux espaces par le piston, chaque tour permet d'effectuer un cycle de fonctionnement (voir Fig. 2.10). Les pompes à piston rotatif sont fabriquées sous forme de pompes mono-étagées et bi-étagées. Dans de nombreux procédés de vide, la combinaison d'une pompe Roots et d'une pompe à piston rotatif mono-étagée peut offrir plus d'avantages qu'une pompe à piston rotatif bi-étagée seule. Si une telle combinaison ou une pompe bi-étagée n'est pas appropriée, il est recommandé d'utiliser une pompe Roots en association avec une pompe bi-étagée. Cela ne s'applique pas aux combinaisons impliquant des pompes à palettes rotatives et des pompes Roots.
Fig. 2.9 Section transversale d'une pompe à piston rotatif mono-étagée
- Carter
- Piston cylindrique
- Excentrique
- Chambre de compression
- Soupape de pression lubrifiée
- Voyant de niveau d'huile
- Canal de lest d'air
- Pot d'échappement
- Vanne de lest d'air
- Collecteur d'impuretés
- Orifice d'admission
- Soupape à tiroir
- Barre de charnière
- Chambre de pompage (entrée d'air)
Fig. 2.10 Cycle de fonctionnement d'une pompe à piston rotatif
- Point mort haut
- La fente du canal d'aspiration de la soupape à tiroir est libérée ; début de la période d'aspiration
- Point mort bas - La fente du canal d'aspiration est complètement libérée et le gaz pompé (flèche) pénètre librement dans la chambre de pompage (représentée grisée)
- La fente du canal d'aspiration est refermée en faisant pivoter la barre de charnière ; fin de la période d'aspiration
- Point mort haut - Espace maximal entre le piston rotatif et le stator
- Peu avant le début de la période de compression, la surface avant du piston rotatif libère l'ouverture du lest d'air ; début de l'admission du lest d'air
- L'ouverture du lest d'air est complètement libre
- Fin de l'admission du lest d'air
- Fin de la période de pompage
Puissance du moteur des pompes à palettes rotatives et à piston rotatif
Les moteurs fournis avec les pompes à palettes rotatives et à piston rotatif fournissent suffisamment de puissance à des températures ambiantes de 12 °C (53,6 °F) et en utilisant nos huiles spéciales pour couvrir la puissance maximale requise (à environ 400 mbar). Dans la plage de fonctionnement réelle de la pompe, le système d'entraînement de la pompe réchauffée ne doit fournir qu'environ un tiers de la puissance (voir Fig. 2.11).
Fig. 2.11 Puissance du moteur d'une pompe à piston rotatif (vitesse de pompage de 60 m3/h) en fonction de la pression d'admission et de la température de fonctionnement. Les courbes des pompes à lest d'air d'autres tailles sont similaires.
- Courbe de température de fonctionnement 1 - 32 °C (89 °F)
- Courbe de température de fonctionnement 2 - 40 °C (104 °F)
- Courbe de température de fonctionnement 3 - 60 °C (140 °F)
- Courbe de température de fonctionnement 4 - 90 °C (194 °F)
- Courbe théorique de la compression adiabatique
- Courbe théorique de la compression isotherme
Principes fondamentaux de la technologie du vide
Téléchargez notre e-book « Principes fondamentaux de la technologie du vide » pour découvrir les principes et procédés essentiels des pompes à vide.
Références
- Symboles du vide
- Glossaire des unités
- Références et sources
Symboles du vide
Symboles du vide
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
Glossaire des unités
Glossaire des unités
Aperçu des unités de mesure et des symboles utilisés en technologie du vide, ainsi que des équivalents modernes des unités historiques
Références et sources
Références et sources
Références, sources et autres ouvrages à consulter concernant les connaissances fondamentales sur la technologie du vide
Symboles du vide
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
Glossaire des unités
Aperçu des unités de mesure et des symboles utilisés en technologie du vide, ainsi que des équivalents modernes des unités historiques
Références et sources
Références, sources et autres ouvrages à consulter concernant les connaissances fondamentales sur la technologie du vide
