EP1249610A1 - Atténuateur dynamique du bruit de refoulement sur les machines à vide rotatives - Google Patents

Atténuateur dynamique du bruit de refoulement sur les machines à vide rotatives Download PDF

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EP1249610A1
EP1249610A1 EP02356065A EP02356065A EP1249610A1 EP 1249610 A1 EP1249610 A1 EP 1249610A1 EP 02356065 A EP02356065 A EP 02356065A EP 02356065 A EP02356065 A EP 02356065A EP 1249610 A1 EP1249610 A1 EP 1249610A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outlet
discharge
pump
noise attenuator
cavities
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02356065A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Albert Cacard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel CIT SA
Alcatel SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel CIT SA, Alcatel SA filed Critical Alcatel CIT SA
Publication of EP1249610A1 publication Critical patent/EP1249610A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/06—Silencing
    • F04C29/068—Silencing the silencing means being arranged inside the pump housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • F04C29/0035—Equalization of pressure pulses

Definitions

  • the present invention relates to vacuum machines rotary comprising a primary pump with conjugate profiles or volumetric transfer.
  • This discharge noise is due to the pressure difference between the suction and the discharge of the atmospheric stage or output stage of the primary pump. Because of this difference pressure, and the fact that the primary pump with conjugate profiles acts, on each stage, by volumetric transfer and not by compression, shock waves occur when the volume in low pressure transferred by the atmospheric stage is found suddenly exposed to the atmosphere. External gas pressure atmospheric enters the volume at high speed, before being then rejected by the pump. The opposition of the movement of the two very fast gas flow causes a shock wave which results by violent clicks.
  • the phenomenon increases when the pressure difference increases between suction and discharge of the pump, i.e. for example in permanent operation during which the vacuum machine maintains a high vacuum inside a pregnant.
  • a rotor placed at the outlet of a blowing pump combined profiles to increase the blowing efficiency in preventing reverse gas flow from the outlet to the interior of the pump.
  • a rotor comprising sectors solid and hollow areas is rotatably mounted in a cavity, with permanent play between the rotor and the cavity wall.
  • the solid sectors periodically shut off the pump discharge, in synchronization with the rotation of the pump.
  • the hollow sectors are permanently in communication with the outlet to the atmosphere, and communicate with each other. The gases leaving the discharge from the pump escape directly to the atmosphere by flowing freely around the rotor, so that noise is not attenuated.
  • the problem proposed by the present invention is to design a new noise attenuator structure delivery on rotary vacuum machines with conjugated profiles, ensuring effective suppression of the audible effect of discharge shock, and having a simple, reliable and inexpensive, lacking conjugate profiles or systems ensuring synchronization.
  • the invention also aims to design such an attenuator which adapts effectively to variations in the gas flow discharged by the pump, and which avoids any risk of clogging.
  • a discharge noise attenuator on vacuum machines rotary rotary pumps with combined profiles includes, interposed between the discharge of the primary pump and the exit to the atmosphere, at least one transfer device to independent cavities that move in sequence between the pump discharge and exit to the atmosphere by being successively in communication with the outlet to the atmosphere, then isolated, then in communication with the pump discharge, then isolated, then again in communication with the output at the atmosphere, and so on, to transfer from the pump discharge to the atmosphere outlet volume gas discharged by the pump while permanently isolating the discharge of the pump with respect to the outlet to the atmosphere.
  • the cavities are produced in at least one rotor rotating in a stator having an inlet opening ensuring communication one or more cavities with the pump discharge, and a outlet orifice ensuring the connection of one or more several other cavities with exit to the atmosphere.
  • the rotor is a disc having peripheral cavities isolated from each other and coming in sequence facing the exit orifice, facing a portion full of stator chamber wall, facing the inlet, facing another solid portion of the stator chamber wall, and again facing the outlet, and so on.
  • the other full portion of the chamber wall of stator is gradually hollowed out, to achieve a space of progressive leakage which increases as one moves closer to the outlet.
  • the progressive flight allows the volume of the cavity to slowly balance its pressure with the atmosphere by rolling the gas at high pressure, the pressure already balanced when passing the cavity in front the outlet, to further reduce the discharge noise.
  • the attenuator discharge noise includes two rotors with parallel shafts in rotation in two respective stator chambers and connected in parallel between the same inlet orifice and at least one orifice of exit.
  • the attenuator discharge noise further includes a bypass circuit with non-return valve, connecting directly the inlet port with the outlet to the atmosphere when the internal gas pressure at inlet exceeds pressure atmospheric according to a predefined pressure threshold.
  • the attenuator allows, without reducing the efficiency of the pump primary, to evacuate the large gas flow discharged by the pump primary during a vacuum establishment stage in an enclosure treatment.
  • the attenuator can be dimensioned so just sufficient to evacuate the gas flow during the stages of operation in steady state of vacuum maintenance by the vacuum machine, bypass circuit with non-return valve allowing the passage of excess gas flow during the stages transients in which the gas flow is higher than that which can be evacuated by the attenuator thus dimensioned.
  • the cavity transfer device can be driven in movement by the rotary vacuum machine to which it is mechanically coupled, or by an auxiliary motor. He can be placed adjacent to the discharge of the vacuum machine, or at a distance of the discharge, at the outlet of a connecting pipe.
  • the invention also provides a vacuum machine, the delivery is connected to the atmosphere via a such a discharge noise attenuator defined above.
  • the pump is formed by a pump stator 1 having a interior cavity 2 in which revolve two rotors 3 and 4 on two corresponding shafts 5 and 6 parallel driven by a motor in opposite directions of rotation 7 and 8 and according to appropriate relative angular positions.
  • the rotor 3 comprises a lobe 9 having a peripheral profile combined with the profile of a corresponding lobe 10 of rotor 4, so that lobes 9 and 10 are permanently at contact with each other according to an intermediate sealing zone 11, and each also provides a seal with the wall of the pump stator 1 according to peripheral sealing zones respectively 12 and 13.
  • a suction port 14 communicates with a suction zone 15 of the interior cavity 2, while a discharge port 16 communicates with a discharge zone 17 of the interior cavity 2, and constitutes the delivery of the pump.
  • the orifice of delivery 16 is in principle at atmospheric pressure, while the gas volume 18a is still under pressure of the pump outlet stage, i.e. to much lower pressure.
  • a gas flow then occurs suction 19 towards the inside of the pump through the orifice delivery 16.
  • the system takes the state illustrated in FIG. 3: the gas flow 19 suddenly reverses with the production of a shock wave 19a, and the gases in volume 18a are then discharged by the pump and it a discharge gas flow 20 occurs as illustrated on the figure 3. These are this shock wave 19a and these double flows 19 and 20 which produce the discharge noise of the pump.
  • Discharge noise attenuator 21 includes an inlet 22 which is connected to the discharge or discharge orifice 16 of the atmospheric stage of the primary pump, and has an outlet or outlet orifice 23 connected to the ambient atmosphere.
  • a device for transfer for example a rotary device, having cavities independent such as cavity 24 which move in sequence between the discharge or discharge port 16 and the outlet or outlet 23, being successively in communication with exit 23, then isolated, then in communication with the delivery 16, then isolated, then again in communication with exit 23, and so on.
  • the cavities such as cavity 24 are produced in a rotor 25 in rotation around a shaft 26 in a cylindrical chamber 27 of a stator 28 having the inlet 22 and the outlet 23.
  • the inlet orifice 22 ensures the communication of one or more several cavities such as the cavity 24c with the orifice discharge 16, while the outlet 23 ensures the setting in communication from one or more other cavities such as the cavity 24 with the atmosphere.
  • the rotor 25 carries, on its shaft 26, eight cavities 24, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f and 24g peripherals.
  • the rotor 25 can be a disc having 24-24g cavities devices isolated from each other and coming in sequence: facing the outlet orifice 23 (like the cavity 24 in FIG. 5), then facing a full portion 29 of chamber wall 27 of stator 28, then facing the inlet 22 (like the cavity 24c), then facing another solid portion 30 of the chamber wall 27 of the stator 28, and again facing the outlet 23, and so on.
  • the rotor 24 with 24-24g cavities constitutes the transfer device to independent cavities.
  • the discharge noise attenuator 21 comprises two rotors with parallel shafts rotating in two chambers stator 28 and connected in parallel between the same inlet port 22 and one or two outlet ports 23.
  • the rotor 25 in a first chamber 27 of the stator 28, in rotation around the shaft 26 carrying the cavities 24 to 24g.
  • the rotors 25 and 125 and their cavities constitute two devices transfer to independent cavities.
  • the volume of cavities such as 24-24g cavities is chosen large enough so that, in a permanent maintenance regime vacuum by the vacuum machine, the internal gas pressure at the inlet port 22 (that is to say at the discharge 16 of the pump) only slightly above atmospheric pressure in end of the discharge stage. This prevents the attenuator according to the invention reduces the vacuum creation capacity of the pump.
  • a bypass circuit 32 with non-return valve 33 which directly connects the inlet port 22 with the outlet to the atmosphere 23 when the pressure internal gas at inlet 22 exceeds pressure atmospheric according to a predefined pressure threshold determined by calibration means 34 of the non-return valve 33.
  • the non-return valve 33 opens and directly removes excess gas flow without increasing excessively the pressure in the input volume of the attenuator and so in the pump output stage.
  • the cavity transfer device according to the invention for example the device of FIGS. 6 or 7 comprising the rotors 25 and 125, can advantageously be driven in displacement by the rotary vacuum machine itself, to which it is coupled mechanically.
  • trees 26 and 126 can be constituted by the shafts 5 and 6 of the pump itself.
  • the attenuator is then placed adjacent to the discharge 16 of the vacuum machine.
  • the transfer device to cavities formed by rotors 25 and 125 can be driven in displacement by an auxiliary motor, possibly driven at speed variable to adapt to varying gas flow conditions passing through the pump.
  • FIG. 8 illustrates the diagram time of the gas pressure inside a cavity such as the cavity 24, during a complete rotation of the rotor 25.
  • the gas pressure Pc in the cavity 24 is at the atmospheric pressure Pa during a first step A.
  • the cavity 24 is closed by the solid portion 29 of the wall of chamber 27 of stator 28, and the pressure Pc remains constant and equal at atmospheric pressure Pa, during step B.
  • the cavity 24 then comes, in step C, in communication with the inlet 22 and the discharge 16 of the pump.
  • gas flow can occur suction 19 towards the inside of the pump as illustrated in the FIG. 2, then producing a depression D in the cavity 24, followed by an increase in pressure R by the delivery flow 20 out of the pump.
  • step E the cavity 24 is at pressure slightly above atmospheric pressure, and it is closed by the solid portion 30 of the chamber wall 27 of stator 28. Finally, during stage F, the leak occurs progressive through space 31, and the pressure Pc goes down gradually at atmospheric pressure Pa to then remain constant, and the cycle begins again.
  • the shock wave produced during step C is not transmitted to the outside atmosphere, and noise is found confined in the input compartment of the attenuator noise.

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Abstract

L'atténuation de bruit de refoulement sur les machines à vide rotatives à profils conjugués est réalisée, selon l'invention, en interposant entre le refoulement (16) de la pompe primaire et la sortie à l'atmosphère (23) un dispositif de transfert (25) à cavités indépendantes, par exemple des cavités (24-24g) sur un rotor (25) entraîné en rotation autour d'un arbre (26), les cavités (24-24g) se déplaçant en séquence entre le refoulement (16) et la sortie (23) en assurant simultanément une isolation entre le refoulement (16) et la sortie (23). On réalise ainsi un atténuateur dynamique de bruit particulièrement simple et peu onéreux, tout en étant très efficace pour la suppression du bruit de refoulement. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les machines à vide rotatives comprenant une pompe primaire à profils conjugués ou à transfert volumétrique.
Un inconvénient de telles machines à vide rotatives à pompe primaire à profils conjugués est qu'elles produisent un bruit de refoulement pouvant causer des gênes et des désagréments lors de l'utilisation.
Ce bruit de refoulement est dû à la différence de pression entre l'aspiration et le refoulement de l'étage atmosphérique ou étage de sortie de la pompe primaire. A cause de cette différence de pression, et du fait que la pompe primaire à profils conjugués agit, à chaque étage, par transfert volumétrique et non par compression, des ondes de choc se produisent lorsque le volume en basse pression transféré par l'étage atmosphérique se trouve brusquement exposé à l'atmosphère. Le gaz extérieur à pression atmosphérique rentre à grande vitesse dans le volume, avant d'être ensuite rejeté par la pompe. L'opposition du mouvement des deux flux gazeux très rapides provoque une onde de choc qui se traduit par des claquements violents.
Le phénomène s'amplifie lorsque la différence de pression augmente entre l'aspiration et le refoulement de la pompe, c'est-à-dire par exemple en fonctionnement permanent au cours duquel la machine à vide maintient un vide poussé à l'intérieur d'une enceinte.
On a tenté de réduire ce bruit de refoulement en mettant dans l'orifice de refoulement de l'étage atmosphérique un clapet anti-retour qui tend à se refermer, et à limiter la transmission de bruit, lorsque le débit de la pompe est faible. L'efficacité de ce dispositif est toutefois insuffisante, notamment dès que la pompe doit extraire un débit gazeux non négligeable, par exemple lors d'étapes de traitement pour la fabrication de semi-conducteurs dans une enceinte à vide dont le vide est créé par la machine à vide.
On a également proposé de réduire le bruit de refoulement des machines à vide rotatives en ajoutant, au refoulement, un atténuateur statique à chambres et chicanes intérieures. Un tel dispositif n'est toutefois pas adapté à des variations de débit dans le flux gazeux rejeté par la pompe, et il présente des risques de colmatage dans les zones mortes de l'atténuateur dans l'hypothèse d'un reflux de gaz susceptibles de produire des dépôts.
On pourrait également imaginer de réduire le bruit de refoulement en concevant une pompe primaire dans laquelle l'étage atmosphérique ne produit qu'une très faible baisse de pression entre son aspiration et son refoulement. Mais cela conduit à rajouter à la pompe primaire un étage supplémentaire, qui n'a pas d'intérêt pour l'obtention et le maintien d'une basse pression dans l'enceinte à vide contrôlée par la machine à vide. Le seul intérêt de cet étage supplémentaire est de réduire le bruit de refoulement, alors que cet étage supplémentaire est une structure complexe et onéreuse car elle nécessite les mêmes qualités de précision qu'un étage normal de pompe pour la réalisation et l'assemblage des profils conjugués des deux rotors en rotation relative l'un par rapport à l'autre.
On connaít par ailleurs du document US 1 746 885 un dispositif rotatif placé en sortie d'une pompe de soufflage à profils conjugués pour augmenter l'efficacité de soufflage en empêchant le flux inverse de gaz depuis la sortie vers l'intérieur de la pompe. Dans ce dispositif, un rotor comprenant des secteurs pleins et des secteurs creux est monté rotatif dans une cavité, avec un jeu permanent entre le rotor et la paroi de cavité. Les secteurs pleins obturent périodiquement le refoulement de la pompe, en synchronisation avec la rotation de la pompe. Les secteurs creux sont en permanence en communication avec la sortie à l'atmosphère, et communiquent entre eux. Les gaz sortant du refoulement de la pompe s'échappent directement à l'atmosphère en s'écoulant librement autour du rotor, de sorte que le bruit n'est pas atténué.
Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure d'atténuateur du bruit de refoulement sur les machines à vide rotatives à profils conjugués, assurant une suppression efficace de l'effet audible des ondes de choc au refoulement, et présentant une structure simple, fiable et peu onéreuse, dépourvue de profils conjugués ou de systèmes assurant une synchronisation.
L'invention vise également à concevoir un tel atténuateur qui s'adapte efficacement aux variations du débit gazeux rejeté par la pompe, et qui évite tout risque de colmatage.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un atténuateur de bruit de refoulement sur les machines à vide rotatives à pompe primaire à profils conjugués selon l'invention comprend, interposé entre le refoulement de la pompe primaire et la sortie à l'atmosphère, au moins un dispositif de transfert à cavités indépendantes qui se déplacent en séquence entre le refoulement de la pompe et la sortie à l'atmosphère en étant successivement en communication avec la sortie à l'atmosphère, puis isolées, puis en communication avec le refoulement de la pompe, puis isolées, puis à nouveau en communication avec la sortie à l'atmosphère, et ainsi de suite, pour transférer depuis le refoulement de la pompe vers la sortie à l'atmosphère le volume gazeux refoulé par la pompe tout en isolant en permanence le refoulement de la pompe par rapport à la sortie à l'atmosphère.
Selon un mode de réalisation préféré, les cavités sont réalisées dans au moins un rotor en rotation dans une chambre de stator ayant un orifice d'entrée assurant la mise en communication d'une ou plusieurs cavités avec le refoulement de la pompe, et un orifice de sortie assurant la mise en communication d'une ou plusieurs autres cavités avec la sortie à l'atmosphère.
Selon une réalisation pratique, le rotor est un disque ayant des cavités périphériques isolées les unes des autres et venant en séquence face à l'orifice de sortie, face à une portion pleine de paroi de chambre de stator, face à l'orifice d'entrée, face à une autre portion pleine de paroi de chambre de stator, et à nouveau face à l'orifice de sortie, et ainsi de suite.
De préférence, l'autre portion pleine de paroi de chambre de stator est progressivement évidée, pour réaliser un espace de fuite progressive qui augmente au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'orifice de sortie. De la sorte, la fuite progressive permet au volume de la cavité d'équilibrer lentement sa pression avec l'atmosphère par un laminage du gaz à haute pression, la pression étant déjà équilibrée lors du passage de la cavité devant l'orifice de sortie, pour réduire encore le bruit de refoulement.
Selon un mode de réalisation avantageux, applicable à des pompes primaires à deux rotors parallèles couplés, l'atténuateur de bruit de refoulement comprend deux rotors à arbres parallèles en rotation dans deux chambres respectives de stator et connectés en parallèle entre un même orifice d'entrée et au moins un orifice de sortie.
Selon un mode de réalisation perfectionné, l'atténuateur de bruit de refoulement comprend en outre un circuit de dérivation à clapet anti-retour, mettant directement en communication l'orifice d'entrée avec la sortie à l'atmosphère lorsque la pression gazeuse interne à l'orifice d'entrée dépasse la pression atmosphérique selon un seuil de pression prédéfini. De la sorte, l'atténuateur permet, sans réduire l'efficacité de la pompe primaire, d'évacuer le flux gazeux important refoulé par la pompe primaire lors d'une étape d'établissement du vide dans une enceinte de traitement. Ainsi, l'atténuateur peut être dimensionné de façon juste suffisante pour évacuer le flux gazeux lors des étapes de fonctionnement en régime permanent de maintien de vide par la machine à vide, le circuit de dérivation à clapet anti-retour permettant le passage du surplus de flux gazeux lors des étapes transitoires dans lesquelles le flux gazeux est plus élevé que celui qui peut être évacué par l'atténuateur ainsi dimensionné.
Dans un atténuateur de bruit de refoulement selon l'invention, le dispositif de transfert à cavités peut être entraíné en déplacement par la machine à vide rotative à laquelle il est couplé mécaniquement, ou par un moteur annexe. Il peut être placé adjacent au refoulement de la machine à vide, ou à distance du refoulement, en sortie d'une canalisation de liaison.
L'invention prévoit également une machine à vide dont le refoulement est raccordé à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un tel atténuateur de bruit de refoulement défini ci-dessus.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
  • la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'étage atmosphérique d'une pompe primaire à profils conjugués, dans une étape de refoulement des gaz ;
  • la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'étage atmosphérique de la figure 1, dans une étape d'entrée des gaz par le refoulement ;
  • la figure 3 est une vue en coupe transversale de l'étage atmosphérique de la figure 1, à l'instant d'inversion du flux de sortie de gaz, provoquant l'onde de choc ;
  • la figure 4 est un diagramme temporel illustrant la forme d'onde du flux gazeux au refoulement de l'étage atmosphérique d'une pompe primaire à profils conjugués ;
  • la figure 5 est une vue en coupe transversale illustrant schématiquement un atténuateur dynamique de bruit selon un premier mode de réalisation de la présente invention ;
  • la figure 6 est une vue en coupe transversale illustrant schématiquement un atténuateur dynamique de bruit de refoulement selon un second mode de réalisation de la présente invention ;
  • la figure 7 est une vue en coupe transversale illustrant schématiquement un atténuateur de bruit de refoulement selon un troisième mode de réalisation de la présente invention ; et
  • la figure 8 est un diagramme temporel illustrant schématiquement la forme d'onde de la pression à l'intérieur d'une cavité d'atténuateur dynamique selon l'invention.
On considère tout d'abord la structure de l'étage de sortie d'une pompe primaire à profils conjugués, par exemple telle qu'illustrée sur les figures 1 à 3.
La pompe est formée d'un stator de pompe 1 ayant une cavité intérieure 2 dans laquelle tourillonnent deux rotors 3 et 4 sur deux arbres correspondants 5 et 6 parallèles entraínés par un moteur dans des sens de rotation 7 et 8 inverses et selon des positions angulaires relatives appropriées. Dans l'étage de sortie ou étage atmosphérique, le rotor 3 comprend un lobe 9 présentant un profil périphérique conjugué du profil d'un lobe correspondant 10 du rotor 4, de sorte que les lobes 9 et 10 sont en permanence au contact l'un de l'autre selon une zone intermédiaire d'étanchéité 11, et assurent chacun également une étanchéité avec la paroi du stator de pompe 1 selon des zones périphériques d'étanchéité respectives 12 et 13. Un orifice d'aspiration 14 communique avec une zone d'aspiration 15 de la cavité intérieure 2, tandis qu'un orifice de refoulement 16 communique avec une zone de refoulement 17 de la cavité intérieure 2, et constitue le refoulement de la pompe.
On considère maintenant le fonctionnement de la pompe en référence aux figures 1 à 3, et tout d'abord l'étape illustrée sur la figure 1. Dans cet état, le lobe 10 du rotor 4 vient prélever un volume gazeux dans la zone d'aspiration 15. La rotation du rotor 4 se poursuivant, le volume gazeux 18 est emprisonné par le lobe 10, comme on le voit sur la figure 2. Ensuite, la rotation du rotor 4 se poursuivant, le volume gazeux 18 est déplacé (figure 2) progressivement jusqu'à venir en communication avec l'orifice de refoulement 16. L'instant de mise en communication avec l'orifice de refoulement 16 est illustré sur la figure 2 en relation avec le volume gazeux 18a correspondant qui a préalablement été capturé et déplacé par le lobe 9 du rotor 3. A cet instant, l'orifice de refoulement 16 se trouve en principe à la pression atmosphérique, alors que le volume gazeux 18a se trouve encore à la pression d'aspiration de l'étage de sortie de la pompe, c'est-à-dire à pression très inférieure. Il se produit alors un flux gazeux d'aspiration 19 vers l'intérieur de la pompe à travers l'orifice de refoulement 16. La rotation des rotors 3 et 4 se poursuivant, le système prend l'état illustré sur la figure 3 : le flux gazeux 19 s'inverse brusquement avec production d'une onde de choc 19a, et les gaz dans le volume 18a sont alors refoulés par la pompe et il se produit un flux gazeux de refoulement 20 tel qu'illustré sur la figure 3. Ce sont cette onde de choc 19a et ces doubles flux 19 et 20 qui produisent le bruit de refoulement de la pompe.
On a également illustré sur la figure 4 le diagramme temporel montrant le flux gazeux d'aspiration 19 et le flux gazeux de refoulement 20 traversant l'orifice de refoulement 16.
Selon l'invention, on atténue le bruit de refoulement à l'aide d'un atténuateur dynamique dont la figure 5 illustre un premier mode de réalisation. L'atténuateur de bruit de refoulement 21, tel qu'illustré sur la figure 5, comprend un orifice d'entrée 22 que l'on raccorde au refoulement ou orifice de refoulement 16 de l'étage atmosphérique de la pompe primaire, et comporte une sortie ou orifice de sortie 23 raccordé à l'atmosphère ambiante. Dans l'atténuateur de bruit de refoulement 21, on interpose entre l'orifice d'entrée 22 et l'orifice de sortie 23 un dispositif de transfert, par exemple un dispositif rotatif, ayant des cavités indépendantes telles que la cavité 24 qui se déplacent en séquence entre le refoulement ou orifice de refoulement 16 et la sortie ou orifice de sortie 23, en étant successivement en communication avec la sortie 23, puis isolées, puis en communication avec le refoulement 16, puis isolées, puis à nouveau en communication avec la sortie 23, et ainsi de suite.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, les cavités telle que la cavité 24 sont réalisées dans un rotor 25 en rotation autour d'un arbre 26 dans une chambre 27 cylindrique d'un stator 28 ayant l'orifice d'entrée 22 et l'orifice de sortie 23. L'orifice d'entrée 22 assure la mise en communication d'une ou plusieurs cavités telles que la cavité 24c avec l'orifice de refoulement 16, tandis que l'orifice de sortie 23 assure la mise en communication d'une ou plusieurs autres cavités telles que la cavité 24 avec l'atmosphère.
Dans la réalisation illustrée sur la figure 5, le rotor 25 porte, sur son arbre 26, huit cavités 24, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f et 24g périphériques.
Le rotor 25 peut être un disque ayant des cavités 24-24g périphériques isolées les unes des autres et venant en séquence : face à l'orifice de sortie 23 (comme la cavité 24 sur la figure 5), puis face à une portion pleine 29 de paroi de chambre 27 de stator 28, puis face à l'orifice d'entrée 22 (comme la cavité 24c), puis face à une autre portion pleine 30 de paroi de chambre 27 de stator 28, et à nouveau face à l'orifice de sortie 23, et ainsi de suite. Le rotor 25 à cavités 24-24g constitue le dispositif de transfert à cavités indépendantes.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, l'atténuateur de bruit de refoulement 21 selon l'invention comprend deux rotors à arbres parallèles en rotation dans deux chambres respectives du stator 28 et connectés en parallèle entre un même orifice d'entrée 22 et un ou deux orifices de sortie 23. On retrouve ainsi le rotor 25 dans une première chambre 27 du stator 28, en rotation autour de l'arbre 26 portant les cavités 24 à 24g. On trouve en outre un second rotor 125, dans une seconde chambre 127 du stator 28, avec un arbre 126 portant les cavités 124 à 124g. Les rotors 25 et 125 et leurs cavités constituent deux dispositifs de transfert à cavités indépendantes.
Dans ce mode de réalisation, on a en outre illustré la caractéristique selon laquelle on réalise une fuite progressive pour la mise à l'atmosphère des cavités : sur un secteur défini l'autre portion pleine 30 (130) de paroi de chambre 27 (127) de stator 28 est progressivement évidée lorsqu'on se rapproche angulairement de l'orifice de sortie 23, en augmentant son diamètre à l'écart de l'arbre 26 (126), pour réaliser entre ladite portion pleine 30 (130) et les parois des cavités telles que les cavités 24f et 24g un espace 31 ou fuite progressive qui augmente au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'orifice de sortie 23 dans le sens de rotation des rotors.
Le volume des cavités telles que les cavités 24-24g est choisi suffisamment grand pour que, en régime permanent de maintien de vide par la machine à vide, la pression gazeuse interne à l'orifice d'entrée 22 (c'est-à-dire au refoulement 16 de la pompe) soit seulement légèrement supérieure à la pression atmosphérique en fin d'étape de refoulement. On évite ainsi que l'atténuateur selon l'invention réduise la capacité de création de vide de la pompe.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, on retrouve les mêmes moyens que ceux du mode de réalisation de la figure 6, et ces mêmes moyens sont repérés par les mêmes références numériques.
La différence, dans le mode de réalisation de la figure 7, réside dans l'ajout d'un circuit de dérivation 32 à clapet anti-retour 33, qui met directement en communication l'orifice d'entrée 22 avec l'orifice de sortie à l'atmosphère 23 lorsque la pression gazeuse interne à l'orifice d'entrée 22 dépasse la pression atmosphérique selon un seuil de pression prédéfini déterminé par des moyens de tarage 34 du clapet anti-retour 33. De la sorte, si le volume gazeux débité par la pompe et parvenant à l'orifice d'entrée 22 dépasse les capacités de déplacement de gaz dans les cavités 24-24g et 124-124g, le clapet anti-retour 33 s'ouvre et évacue directement le surplus de flux gazeux sans augmenter exagérément la pression dans le volume d'entrée de l'atténuateur et donc dans l'étage de sortie de la pompe.
Le dispositif de transfert à cavités selon l'invention, par exemple le dispositif des figures 6 ou 7 comprenant les rotors 25 et 125, peut avantageusement être entraíné en déplacement par la machine à vide rotative elle-même, à laquelle il est couplé mécaniquement. Par exemple, les arbres 26 et 126 peuvent être constitués par les arbres 5 et 6 de la pompe elle-même. L'atténuateur est alors placé adjacent au refoulement 16 de la machine à vide.
En alternative, on peut placer l'atténuateur à distance du refoulement 16 de la machine, auquel il est raccordé par une canalisation de liaison. Également, le dispositif de transfert à cavités constitué par les rotors 25 et 125 peut être entraíné en déplacement par un moteur annexe, éventuellement piloté à vitesse variable pour s'adapter aux conditions variables de débit gazeux traversant la pompe.
L'efficacité du dispositif selon l'invention est illustrée en relation avec la figure 8. Cette figure illustre le diagramme temporel de la pression gazeuse à l'intérieur d'une cavité telle que la cavité 24, lors d'une rotation complète du rotor 25.
Partant de la position illustrée sur les figures 5 à 7, dans laquelle la cavité 24 est en communication avec l'orifice de sortie 23, la pression gazeuse Pc dans la cavité 24 se trouve à la pression atmosphérique Pa au cours d'une première étape A. Ensuite, la cavité 24 est fermée par la portion pleine 29 de paroi de chambre 27 de stator 28, et la pression Pc reste constante et égale à la pression atmosphérique Pa, pendant l'étape B. La cavité 24 vient ensuite, au cours de l'étape C, en communication avec l'orifice d'entrée 22 et le refoulement 16 de la pompe. A ce moment, ou en décalé, il peut se produire le flux gazeux d'aspiration 19 vers l'intérieur de la pompe comme illustré sur la figure 2, produisant alors une dépression D dans la cavité 24, suivie d'une remontée de pression R par le flux de refoulement 20 hors de la pompe. Au cours de l'étape E, la cavité 24 se trouve à pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, et elle est fermée par la portion pleine 30 de la paroi de chambre 27 de stator 28. Enfin, au cours de l'étape F, il se produit la fuite progressive par l'espace 31, et la pression Pc redescend progressivement à la pression atmosphérique Pa pour rester ensuite constante, et le cycle recommence.
On comprend que, par le fait que la cavité 24c qui communique avec le refoulement 16 de la pompe est isolée de l'atmosphère extérieure par l'étanchéité réalisée autour des parois des autres chambres, l'onde de choc produite au cours de l'étape C n'est pas transmise à l'atmosphère extérieure, et le bruit se trouve confiné dans le compartiment d'entrée de l'atténuateur de bruit.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier.

Claims (12)

  1. Atténuateur de bruit de refoulement sur les machines à vide rotatives à pompe primaire à profils conjugués, caractérisé en ce qu'il comprend, interposé entre le refoulement (16) de la pompe primaire et la sortie à l'atmosphère (23), au moins un dispositif de transfert (25, 125) à cavités (24-24g ; 124-124g) indépendantes qui se déplacent en séquence entre le refoulement (16) de la pompe et la sortie (23) à l'atmosphère en étant successivement en communication avec la sortie (23) à l'atmosphère, puis isolées, puis en communication avec le refoulement (16) de la pompe, puis isolées, puis à nouveau en communication avec la sortie (23) à l'atmosphère, et ainsi de suite, pour transférer depuis le refoulement (16) de la pompe vers la sortie (23) à l'atmosphère le volume gazeux refoulé par la pompe tout en isolant en permanence le refoulement (16) de la pompe par rapport à la sortie (23) à l'atmosphère.
  2. Atténuateur de bruit de refoulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités (24-24g ; 124-124g) sont réalisées dans au moins un rotor (25) en rotation dans une chambre (27) de stator (28) ayant un orifice d'entrée (22) assurant la mise en communication d'une ou plusieurs cavités (24c) avec le refoulement (16) de la pompe, et un orifice de sortie (23) assurant la mise en communication d'une ou plusieurs autres cavités (24) avec la sortie à l'atmosphère (23).
  3. Atténuateur de bruit de refoulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor (25) est un disque ayant des cavités (24-24g) périphériques isolées les unes des autres et venant en séquence face à l'orifice de sortie (23), face à une portion pleine (29) de paroi de chambre (27) de stator (28), face à l'orifice d'entrée (22), face à une autre portion pleine (30) de paroi de chambre (27) de stator (28), et à nouveau face à l'orifice de sortie (23), et ainsi de suite.
  4. Atténuateur de bruit de refoulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre portion pleine (30) de paroi de chambre (27) de stator (28) est progressivement évidée, pour réaliser un espace (31) de fuite progressive qui augmente au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'orifice de sortie (23).
  5. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux rotors (25, 125) à arbres parallèles (26, 126) en rotation dans deux chambres (27, 127) respectives de stator (28) et connectés en parallèle entre un même orifice d'entrée (22) et au moins un orifice de sortie (23).
  6. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le volume des cavités (24-24g) est choisi suffisamment grand pour que, en régime permanent de maintien de vide par la machine à vide, la pression gazeuse interne à l'orifice d'entrée (22) soit seulement légèrement supérieure à la pression atmosphérique en fin d'étape de refoulement.
  7. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de dérivation (32) à clapet anti-retour (33), mettant directement en communication l'orifice d'entrée (22) avec l'orifice de sortie à l'atmosphère (23) lorsque la pression gazeuse interne à l'orifice d'entrée (22) dépasse la pression atmosphérique selon un seuil de pression prédéfini.
  8. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (25 ; 125) à cavités est entraíné en déplacement par la machine à vide rotative à laquelle il est couplé mécaniquement.
  9. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (25 ; 125) à cavités est entraíné en déplacement par un moteur annexe.
  10. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est placé adjacent au refoulement (16) de la machine à vide.
  11. Atténuateur de bruit de refoulement selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est placé à distance du refoulement (16) de la machine à vide, auquel il est raccordé par une canalisation de liaison.
  12. Machine à vide caractérisée en ce que son refoulement (16) est raccordé à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un atténuateur de bruit de refoulement (21) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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