FR2653831A1

FR2653831A1 - VOLUMETRIC PUMP.

Info

Publication number: FR2653831A1
Application number: FR8914354A
Authority: FR
Inventors: Crinquette Jean-Marie; Taberlet Eric
Original assignee: Alcatel CIT SA; Nokia Inc
Current assignee: Alcatel CIT SA; Nokia Inc
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-05-03
Also published as: DE69002439D1; JPH03160185A; RU1831588C; ATE92159T1; EP0426078B1; EP0426078A1; JPH0730744B2; DE69002439T2; ES2042175T3

Abstract

L'invention concerne une pompe volumétrique. Elle a pour objet une pompe volumétrique, comprenant un rotor tournant dans un stator avec un jeu donné, utilisée pour le pompage d'un gaz ou mélange de gaz de masse moléculaire donnée, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour injecter, dans le jeu précité, un gaz de masse moléculaire différente de la masse moléculaire donnée précitée. Applications aux pompes à palettes, aux pompes Roots, aux pompes à double vis cylindriques ou coniques, etc.The invention relates to a positive displacement pump. It relates to a positive displacement pump, comprising a rotor rotating in a stator with a given clearance, used for pumping a gas or mixture of gases of given molecular mass, characterized in that it comprises means for injecting, into the aforementioned set, a gas of molecular mass different from the aforementioned given molecular mass. Applications to vane pumps, Roots pumps, cylindrical or conical twin screw pumps, etc.

Description

La présente invention concerne une pompe volumétrique ou pompe à videThe present invention relates to a positive displacement pump or vacuum pump

primaire, comportant un stator et un rotor tournant dans le stator, en conservant un jeu de fuite prédéterminé par rapport à ce dernier. Les pompes volumétriques sont capables de créer des pressions de 0,001 à 0, 0001 millibars, en refoulant contre l'atmosphère. La courbe caractéristique du débit volumique S (en m 3/h) en fonction de la pression P (en millibars) d'une telle pompe dépend du jeu existant entre le rotor et le stator de la pompe. Des diagrammes débit volumique S / pression P ont été représentés dans la figure 1. Chacune des courbes correspond à un jeu donné, le jeu primary, having a stator and a rotor rotating in the stator, while maintaining a predetermined clearance clearance with respect to the latter. Volumetric pumps are able to create pressures from 0.001 to 0.001 millibars, pushing against the atmosphere. The characteristic curve of the volume flow rate S (in m 3 / h) as a function of the pressure P (in millibars) of such a pump depends on the clearance existing between the rotor and the stator of the pump. Volume flow diagrams S / pressure P have been represented in FIG. 1. Each of the curves corresponds to a given game, the game

augmentant d'une courbe à l'autre selon la flèche j. increasing from one curve to another according to the arrow j.

Il est bien évident que le constructeur d'une pompe à vide choisit une valeur du jeu entre le rotor et le stator en réalisant un compromis entre deux objectifs antagonistes. Afin d'éviter tout grippage dû par exemple à la dilatation différentielle entre le stator et le rotor, le constructeur est amené à choisir un jeu important. En revanche, il est conduit à choisir le jeu le plus faible possible pour améliorer les caractéristiques de la pompe, comme le suggèrent à l'évidence les courbes caractéristiques de la It is obvious that the manufacturer of a vacuum pump chooses a value of clearance between the rotor and the stator by achieving a compromise between two opposing objectives. To avoid galling due for example to the differential expansion between the stator and the rotor, the manufacturer has to choose an important game. On the other hand, he is led to choose the lowest possible game to improve the characteristics of the pump, as the characteristic curves of the pump obviously suggest.

figure 1.figure 1.

Le problème constant posé au constructeur de pompe est de réaliser une pompe ne grippant pas et ayant le minimum de jeu entre The constant problem posed to the pump manufacturer is to make a pump that does not seize and has the minimum clearance between

le rotor et le stator.the rotor and the stator.

Il a été proposé, dans la demande de brevet français nO 89 11302 au nom de la Demanderesse, de réliser une pompe dans laquelle le jeu est rendu variable pendant le pompage grâce à une partie élastiquement déformable de la paroi du rotor et/ou du stator, ou grâce à un déplacement relatif du rotor par rapport au stator. Cette solution résoud le problème posé, mais nécessite d'apporter à la pompe un certain nombre de modifications mécaniques It has been proposed in French patent application No. 89 11302 in the name of the Applicant to implement a pump in which the play is made variable during pumping by means of an elastically deformable portion of the wall of the rotor and / or the stator. or by relative movement of the rotor relative to the stator. This solution solves the problem, but requires to make the pump a number of mechanical modifications

qui en augmentent le prix de revient. which increases the cost price.

Un but de la présente invention est de réaliser une pompe à - 2 - vide dans laquelle le rendement de pompage est optimal, sans An object of the present invention is to provide a vacuum pump in which the pumping efficiency is optimal, without

modifications mécaniques de celle-ci. mechanical modifications thereof.

Ce but est atteint en dotant la pompe de moyens pour injecter, dans le jeu compris entre le rotor et le stator, un gaz de masse moléculaire différente de celle du gaz pompé. Bien que, dans les applications usuelles, on souhaite améliorer les qualités de la pompe, ce qui conduit à injecter un gaz de masse moléculaire supérieure à celle du gaz pompé, il existe des circonstances o l'on souhaite dégrader les caractéristiques de pompage. Dans ce dernier cas, on injectera dans le jeu de la pompe This object is achieved by providing the pump with means for injecting, in the clearance between the rotor and the stator, a gas of molecular mass different from that of the pumped gas. Although, in the usual applications, it is desired to improve the qualities of the pump, which leads to injecting a higher molecular weight gas than the pumped gas, there are circumstances where it is desired to degrade the pumping characteristics. In the latter case, we will inject into the game of the pump

un gaz ayant une masse moléculaire inférieure à celle du gaz pompé. a gas having a lower molecular weight than the pumped gas.

L'invention a ainsi pour objet une pompe volumétrique, comprenant un rotor tournant dans un stator avec un jeu donné, utilisée pour le pompage d'un gaz ou mélange de gaz de masse moléculaire donnée, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour injecter, dans le jeu précité, un gaz de masse moléculaire The invention thus relates to a positive displacement pump, comprising a rotor rotating in a stator with a given clearance, used for pumping a gas or mixture of gases of a given molecular mass, characterized in that it comprises means for inject, in the game mentioned above, a molecular weight gas

différente de la masse moléculaire donnée précitée. different from the aforementioned molecular weight.

Dans un mode préféré de réalisation, ledit moyen comprend au moins un ajutage traversant le stator et débouchant dans le jeu entre le rotor et le stator, ledit ajutage étant relié à une source In a preferred embodiment, said means comprises at least one nozzle passing through the stator and opening into the clearance between the rotor and the stator, said nozzle being connected to a source

de gaz de débit réglable.Adjustable flow gas.

En variante, le moyen comprend des orifices multiples du stator, une ou plusieurs fentes dans la paroi du stator, ou une portion poreuse du stator, ces ouvertures étant reliées à une In a variant, the means comprises multiple orifices of the stator, one or more slots in the wall of the stator, or a porous portion of the stator, these openings being connected to a

source de gaz de débit réglable.adjustable flow gas source.

Dans un mode particulier de réalisation, la pompe comprend plusieurs étages, au moins l'un d'entre eux comportant ledit moyen d'injection. De préférence, le débit de gaz injecté est compris entre 3 et In a particular embodiment, the pump comprises several stages, at least one of them comprising said injection means. Preferably, the injected gas flow rate is between 3 and

15 fois le débit de gaz pompé.15 times the pumped gas flow.

L'invention sera bien comprise par la description donnée The invention will be well understood by the description given

ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin ci-annexé dans lequel: - la figure 1 est un diagramme représentant, en fonction de la pression P, le débit volumique S d'une pompe pour diverses valeurs -3 - du jeu, - la figure 2 est une vue de principe d'une pompe Roots multiétagée, - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un étage de pompe Roots munie du dispositif de l'invention. Hereinafter a preferred embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawing in which: - Figure 1 is a diagram showing, as a function of pressure P, the volume flow S of a pump for FIG. 2 is a schematic view of a multi-stage Roots pump; FIG. 3 is an axial sectional view of a Roots pump stage provided with the device of the invention. FIGS.

La figure 1 a déjà été commentée et on n'y reviendra pas. Figure 1 has already been commented and we will not return.

L'invention est précisée sur un exemple de pompe, à savoir une pompe de type Roots multiétagée, mais on doit bien comprendre que l'invention s'applique à tout type de pompe volumétrique tel que pompe à palettes, pompe cylindrique ou conique à sillon hélicoïdal, pompe à double vis, etc. La figure 2 représente schématiquement une pompe Roots The invention is specified on an example of a pump, namely a multi-stage Roots type pump, but it should be understood that the invention applies to any type of positive displacement pump such as vane pump, cylindrical pump or conical groove helical, double screw pump, etc. Figure 2 schematically shows a Roots pump

multiétagée ayant trois étages 10, 20 et 30 comprenant repec- multi-stage with three stages 10, 20 and 30 comprising

tivement des stators 11, 21, 31 et des rotors 12, 13; 22, 23; 32, 33. La référence 4 désigne l'admission de l'étage 10, 14 est le refoulement de l'étage 10 et l'admission de l'étage 20, 24 est le refoulement de l'étage 20 et l'admission de l'étage 30, 34 est le stators 11, 21, 31 and rotors 12, 13; 22, 23; 32, 33. The reference 4 designates the admission of stage 10, 14 is the discharge of stage 10 and the admission of stage 20, 24 is the repression of stage 20 and the admission of stage stage 30, 34 is the

refoulement de l'étage 30.repression of stage 30.

Conformément à l'invention, et comme il est représenté dans la figure 3 montrant le troisième étage de la pompe, il est prévu un moyen pour injecter, au sein même du jeu 35 entre le rotor et le stator de l'étage, un gaz de masse moléculaire différente de celle du gaz pompé. Ceci est réalisé par exemple par un ajutage 40 pratiqué dans le stator et relié à une source de gaz auxiliaire non représentée, à débit réglable Bien entendu, tout autre moyen d'injection de gaz peut être utilisé comme par exemple orifices multiples dans la paroi du stator, fente dans le stator, partie poreuse de la paroi du stator, etc.... A titre d'exemple, si l'on pompe de l'hélium de masse moléculaire 4, on pourra injecter de l'azote, de masse moléculaire 28. Ce gaz sera avantageusement injecté avec un débit égal à plusieurs fois celui du gaz pompé, par exemple avec un débit In accordance with the invention, and as shown in FIG. 3 showing the third stage of the pump, there is provided a means for injecting, even within the clearance between the rotor and the stator of the stage, a gas molecular weight different from that of the pumped gas. This is achieved for example by a nozzle 40 made in the stator and connected to a source of auxiliary gas, not shown, with an adjustable flow rate. Of course, any other means of gas injection can be used, for example, multiple orifices in the wall of the stator, slot in the stator, porous part of the wall of the stator, etc. As an example, if we pump helium molecular weight 4, we can inject nitrogen, mass 28. This gas will advantageously be injected with a flow rate equal to several times that of the gas pumped, for example with a flow rate

compris entre 3 fois et 15 fois celui du gaz pompé. between 3 times and 15 times that of the pumped gas.

Ce gaz injecté produit une sorte de joint moléculaire qui -4- empêche les molécules de gaz pompé de se diriger dans le sens refoulement-admission, de sorte que le rendement de la pompe se This injected gas produces a kind of molecular seal which prevents the pumped gas molecules from moving in the discharge-inlet direction, so that the efficiency of the pump is reduced.

trouve amélioré.found improved.

On peut modifier les caractéristiques de pompage, et en particulier amener le point de fonctionnement de la pompe à passer d'une courbe donnée de la figure 1 sur une autre courbe, comme si le jeu de la pompe était modifié, en réglant le débit du gaz The pumping characteristics can be modified and, in particular, the operating point of the pump can be changed from a given curve of FIG. 1 to another curve, as if the pump clearance were changed, by adjusting the flow rate of the pump. gas

injecté et/ou sa masse moléculaire. injected and / or its molecular weight.

Il est possible de prévoir une injection sur plusieurs des It is possible to provide an injection on several of

étages de la pompe, par exemple sur les deux derniers étages. stages of the pump, for example on the last two floors.

Dans certains cas, il est possible, grâce au dispositif de l'invention, de dégrader le régime de pompage de la pompe, en cours de fonctionnement et sans aucune modification d'ordre mécanique, en injectant un gaz de masse moléculaire inférieure à celle du gaz pompé, ce qui favorise alors les fuites et correspond à une In some cases, it is possible, thanks to the device of the invention, to degrade the pumping rate of the pump, during operation and without any mechanical modification, by injecting a gas of lower molecular weight than the pumped gas, which then promotes leakage and corresponds to a

augmentation artificielle du jeu de la pompe. artificial increase of the pump play.

L'invention trouve application pour tout type de pompe volumétrique. The invention finds application for any type of positive displacement pump.

Claims

1 / Volumetric pump, comprising a rotor rotating in a stator with a given clearance, used for pumping a gas or mixture of gases of a given molecular mass, characterized in that it comprises means for injecting, in the aforementioned game a gas of molecular mass different from the aforementioned molecular weight. 2 / A pump according to claim 1, characterized in that said means comprises at least one nozzle (40) passing through the stator and opening into the clearance between the rotor and the stator, said nozzle

being connected to an adjustable flow gas source.

3 / A pump according to claim 1, characterized in that said means comprises at least one slot made in the stator and

externally connected to an adjustable flow gas source.

4 / pump according to claim 1, characterized in that said means comprises a porous portion of the stator wall, connected to

an adjustable flow gas source.

Pump according to one of Claims 1 to 4, characterized in that

it comprises several stages (10, 20, 30) of which at least one

of them comprises said injection means (40).

6 / Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that

that the flow of gas injected is between 3 and 15 times the flow rate

pumped gas.