EP0378163B1

EP0378163B1 - Pompe à vide du type à canal de Gaede

Info

Publication number: EP0378163B1
Application number: EP90100362A
Authority: EP
Inventors: Sébastien Frindel; Luc Mathieu
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1993-09-15
Anticipated expiration: 2010-01-09
Also published as: EP0378163A2; US5011368A; FR2641582B1; ATE94620T1; DE69003256D1; DE69003256T2; ES2045570T3; EP0378163A3; FR2641582A1; JPH02227598A

Description

La présente invention concerne une pompe à vide du type à canal de Gaëde comprenant un stator et un rotor entraîné en rotation à l'intérieur du stator, le stator comprenant une entrée d'aspiration et une sortie de refoulement.
Des pompes de ce type sont bien connues sous le nom de pompes Holweck ou pompes à canal de Gaëde. Dans ce type de pompes, le rotor a la forme d'un disque ou d'un cylindre de révolution ou encore d'un cône et sa surface est munie d'au moins une rainure hélicoïdale et la surface du stator qui lui fait face, est lisse ou alors, ce qui est plus souvent le cas, c'est le contraire, la surface du rotor étant lisse et celle du stator portant les rainures. Parfois encore, les deux surfaces en vis-à-vis portent de telles rainures. Ces rainures ont généralement une profondeur qui décroît en allant dans le sens de l'aspiration vers le refoulement.
Pour obtenir de bonnes performances, on a intérêt à diminuer le plus possible le jeu de fonctionnement entre le rotor et le stator ce qui implique la nécessité de réaliser le rotor et le stator avec une très grande précision, or il est difficile d'obtenir une très grande précision de forme avec les pompes connues.
Le document allemand DE-C-912 007 décrit une pompe de ce type mais avec un rotor sphérique. Ceci est tout à fait intéressant car les surfaces sphériques peuvent être réalisées avec une très grande précision supérieure au millième de millimètre, par usinage à la fraise ou meule boisseau, ou par moulage, et donc de diminuer les jeux de fonctionnement.
La présente invention a pour but de perfectionner une pompe de ce type en augmentant son taux de compression.
L'invention a ainsi pour objet une pompe à vide du type à canal de gaëde comprenant un stator et un rotor entraîné en rotation à l'intérieur du stator, le stator comprenant une entrée d'aspiration et une sortie de refoulement, caractérisée en ce que ledit rotor, dans sa partie active située entre l'aspiration et le refoulement, est constitué de deux parties hémisphériques réunies par une partie centrale cylindrique, disposé dans une cavité du rotor comportant également deux cavités hémisphériques reliées par une portion intermédiaire correspondant à la partie cylindrique du rotor et par laquelle a lieu l'admission, le centre de chaque partie hémisphérique du rotor étant décalé par rapport au centre de la cavité hémisphérique correspondante du stator de façon à ce que le jeu radial à l'aspiration j_a, au niveau du grand cercle des hémisphères, soit supérieur au jeu radial au refoulement j_r situé, pour chaque hémisphère, au voisinage du sommet de l'hémisphère, l'axe de rotation du rotor étant confondu avec l'axe passant par les centres des deux grands cercles des cavités hémisphériques du stator.
Selon une autre réalisation, l'invention a pour objet une pompe à vide du type à canal de Gaëde comprenant un stator et un rotor entraîné en rotation à l'intérieur du stator, le stator comprenant une entrée d'aspiration et une sortie de refoulement, caractérisée en ce que le rotor, dans sa partie active située entre l'aspiration et le refoulement, a une forme hémisphérique et est disposé à l'intérieur d'une cavité également hémisphérique du stator, l'axe Δ dudit rotor étant confondu avec l'axe de la cavité hémisphérique du stator, l'aspiration se faisant du côté du grand cercle du rotor hémisphérique, par le jeu radial entre le rotor et le stator et le refoulement du côté du sommet du rotor hémisphérique, une cale de réglage positionnant axialement le rotor par rapport au stator de façon à ce que le jeu radial au refoulement soit plus faible que le jeu radial à l'aspiration.
Avantageusement, ladite cale comporte des moyens de réglage axial de façon à régler le jeu radial entre le stator et le rotor, du côté de l'échappement, par décentrement axial du rotor par rapport au stator.
La cale est par exemple mobile en rotation et comporte des rampes inclinées coopérant avec des billes.
L'invention va maintenant être décrite en se reportant au dessin annexé dans lequel :

La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une pompe à vide selon l'invention.
La figure 2 montre un détail d'un aménagement particulier.
La figure 3 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention.

En se reportant à la figure 1, on voit une pompe à vide selon l'invention comportant un stator 1 et un rotor 2. Le rotor 2 comporte un arbre 3 par lequel il est supporté dans le stator 1 au moyen de paliers 4 et 5. Le rotor 2 est entraîné en rotation au moyen d'un moteur 6 fixé à l'intérieur du stator par des brides 7 et 8. La partie active du rotor a une forme hémisphérique 9 située dans une cavité 10 également hémisphérique du stator. L'axe Δ du rotor est confondu avec l'axe de la cavité hémisphérique du stator.
La surface du rotor est creusée d'une rainure hélicoïdale 11 dont la profondeur est décroissante depuis l'aspiration 12 située du côté du grand cercle de l'hémisphère vers le refoulement 13 situé du côté du sommet de l'hémisphère. La pompe représentée sur la figure 1 est un schéma de principe et en réalité, il y a une pluralité de rainures hélicoïdales 11. Ces rainures peuvent par ailleurs être réalisées non pas sur le rotor mais dans la cavité statorique ou encore éventuellement sur le rotor et aussi dans le stator. Comme on le voit sur la figure, le centre 0′ du rotor est axialement décalé par rapport au centre 0 de la cavité hémisphérique du stator de façon à ce que le jeu radial à l'aspiration j_a soit plus important que le jeu radial au refoulement j_r. L'ajustement relatif précis de ces jeux j_r et j_a est effectué au moyen d'une cale 14. Ceci permet d'améliorer le taux de compression qui est de la forme K $\frac{R²}{r²}$
, formule dans laquelle R et r sont respectivement les rayons du rotor à l'aspiration et au refoulement et K une constante dépendant de paramètres tels que notamment le rapport $\frac{j_{r}}{j_{a}}$
. La valeur de K augmentant avec la diminution de ce rapport $\frac{j_{r}}{j_{a}}$
.On peut par exemple donner à j_a la valeur de 0,1 à 0,2 mm et à j_r environ $\frac{1}{100}$
mm. On améliore ainsi beaucoup le taux de compression par rapport à une pompe sphérique à jeu constant.
La valeur de K est également augmentée par la diminution de la profondeur des rainures hélicoïdales 11 depuis l'aspiration vers le refoulement.
Un joint dynamique à rainure 15 assure l'étanchéité dynamique entre le stator 10 et l'arbre 3 du rotor 2 en aval du refoulement 13 et en amont du premier palier 4. Un orifice 16 est prévu en aval du joint dynamique.
La figure 2 est un détail montrant une réalisation dans laquelle la cale 14 est réglable, permettant de faire varier le jeu au refoulement j_r. Dans ce cas, la cale 14 comporte des rampes inclinées 17 associées à des billes 18 maintenues dans une cage 19. La rotation de la cale, pour son ajustement est réalisée par un moteur 20.
La figure 3 montre une variante dans laquelle le rotor 2 est double et donc constitué de deux parties hémisphériques 21 et 22 réunies par une partie centrale cylindrique 30. Ici, on a une double pompe, la partie centrale 30 permettant de jouer le rôle de décentrage des deux parties hémisphériques 21 et 22 du rotor par rapport aux deux cavités hémisphériques 31, 32 du stator. L'axe Δ du rotor est confondu avec l'axe qui joint les centres 0 et 0₁ des deux grands cercles des cavités hémisphériques du stator. Les cavités hémisphériques 31 et 32 sont réunies par une portion intermédiaire 33 qui forme un anneau d'admission. L'admission 23 est située au milieu et le flux se répartit à droite et à gauche, les refoulements 24 et 25 des deux parties se rejoignent en 26. Cette disposition permet de doubler environ le débit de la pompe.
A titre indicatif, on peut donner les valeurs numériques suivantes pour une pompe correspondant à la figure 1 :
le taux de compression varie d'environ 25 à 300 selon la valeur du rapport $\frac{j_{a}}{j_{r}} .$
Le débit se situe entre 0,3 l/s et 2,7 l/s pour des rotors dont le grand diamètre est compris entre 100 et 300 mm avec une vitesse de rotation de 24 000 t/min.
Pour augmenter le taux de compression, on peut aisément assembler une pompe à deux étages de compression, ou plus de deux étages.
Pour une pompe à deux étages, le taux de compression peut aller jusqu'à 9.10⁴.
On peut également, pour augmenter le débit, doter le rotor d'une avant roue à ailettes.
La pompe présente en outre les avantages habituels des pompes sèches.

Claims

Pompe à vide du type à canal de Gaëde comprenant un stator (1) et un rotor (2) entraîné en rotation à l'intérieur du stator, le stator comprenant une entrée d'aspiration (12) et une sortis de refoulement (13), caractérisée en ce que ledit rotor, dans sa partie active située entre l'aspiration et le refoulement, est constitué de deux parties hémisphériques (21, 22) réunies par une partie centrale cylindrique (30), disposé dans une cavité du rotor comportant également deux cavités hémisphériques (31, 32) reliées par une portion intermédiaire correspondant à la partie cylindrique du rotor et par laquelle a lieu l'admission, le centre de chaque partie hémisphérique du rotor étant décalé par rapport au centre de la cavité hémisphérique correspondante du stator de façon à ce que le jeu radial à l'aspiration j_a, au niveau du grand cercle des hémisphères, soit supérieur au jeu radial au refoulement j_r situé, pour chaque hémisphère, au voisinage du sommet de l'hémisphère, l'axe de rotation Δ du rotor étant confondu avec l'axe passant par les centres (0, 0₁) des deux grands cercles des cavités hémisphériques du stator.
Pompe à vide du type à canal de Gaëde comprenant un stator (1) et un rotor (2) entraîné en rotation à l'intérieur du stator, le stator comprenant une entrée d'aspiration (12) et une sortie de refoulement (13) caractérisée en ce que le rotor, dans sa partie active située entre l'aspiration et le refoulement, a une forme hémisphérique (9) et est disposé à l'intérieur d'une cavité (10) également hémisphérique du stator, l'axe Δ dudit rotor étant confondu avec l'axe de la cavité hémisphérique du stator, l'aspiration se faisant du côté du grand cercle du rotor hémisphérique, par le jeu radial (j_a) entre le rotor et le stator et le refoulement du côté du sommet du rotor hémisphérique, une cale de réglage (14) positionnant axialement le rotor (2) par rapport au stator (1) de façon à ce que le jeu radial au refoulement j_r soit plus faible que le jeu radial à l'aspiration j_a.
Pompe à vide selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite cale (14) comporte des moyens (17, 18, 19) de réglage axial de façon à régler le jeu radial (j_r) entre le stator et le rotor, du côté de l'échappement, par décentrement axial du rotor par rapport au stator.
Pompe à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite cale est mobile en rotation et comporte des rampes inclinées (17) coopérant avec des billes (18).