Système de refroidissement de pompe à vide, et procédé pour sa réalisation

Abstract

 Selon l'invention, le système de refroidissement de pompe à vide comprend des tubes (8, 9) dudgeonnés selon toute leur longueur dans des alésages (6, 7) traversants du corps de pompe à vide (1). Les tubes (8, 9) peuvent être en acier inoxydable, engagés dans un corps de pompe à vide (1) en fonte. On évite ainsi tout risque de corrosion du corps de pompe à vide (1) par un liquide de refroidissement traversant les tubes (8, 9) pour refroidir le corps de pompe à vide (1).

Description

[0001] La présente invention concerne les pompes à vide, notamment les pompes à vide primaires utilisées dans l'industrie du semi-conducteur pour abaisser la pression dans les chambres de procédés à partir de l'atmosphère.

[0002] Ces pompes à vide doivent résister à des agressions multiples, résultant notamment du fait que les gaz pompés hors de la chambre de procédés sont très corrosifs et imposent l'utilisation de matériaux particuliers pour réaliser le corps de pompe à vide.

[0003] De préférence, la température du corps d'une pompe à vide doit être maîtrisée, d'une part pour éviter les grippages dus aux dilatations thermiques, d'autre part pour maintenir les gaz pompés à des températures appropriées évitant leur transformation sous forme de dépôts solides dans la pompe.

[0004] Egalement, les pompes à vide fonctionnent dans un environnement contrôlé de type salle blanche, dans lequel les systèmes de refroidissement ne peuvent pas faire appel à une circulation d'air. Il en résulte que le contrôle de température du corps de pompe doit s'effectuer par circulation d'un liquide de refroidissement.

[0005] En fonctionnement, la température d'un corps de pompe à vide est relativement élevée, de sorte qu'il existe un risque important de corrosion des parois du circuit de refroidissement de la pompe par le liquide de refroidissement, et un risque de dépôt de matière sur les parois du circuit de refroidissement.

[0006] Une solution actuelle de refroidissement d'une pompe à vide consiste à utiliser un revêtement anticorrosion dans le circuit de refroidissement. Ce revêtement anticorrosion, par exemple de type polytétrafluoroéthylène, est déposé sur les pièces statiques du corps de pompe de manière à isoler le liquide de refroidissement tel que l'eau désionisée par rapport aux matériaux constituant le corps de la pompe à vide. Un inconvénient est qu'un tel revêtement anticorrosion est généralement en matériau isolant thermique, ce qui réduit l'échange thermique et la capacité de refroidissement du circuit. Un autre inconvénient est le risque de défauts locaux de continuité de tout revêtement par dépôt de matière. Il en résulte que la fiabilité et l'efficacité ne sont pas satisfaisantes.

[0007] On a également proposé de rapporter sur le corps de la pompe à vide des pièces métalliques assurant à la fois la conduction du liquide de refroidissement, la résistance à la corrosion, et le passage de chaleur entre le corps de pompe à vide et le liquide de refroidissement. Cette solution augmente l'encombrement de la pompe, et augmente également le coût de production de la pompe à vide.

[0008] Le document JP 05 118 288 décrit une pompe à vide dont chaque carter à roulements et engrenages est refroidi par un fluide traversant un tube en acier inoxydable surmoulé dans la masse du carter. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, l'opération de surmoulage est toujours délicate, à cause de la difficulté de mise en place et de maintien du tube dans le moule de coulée. Ensuite, le tube surmoulé est si étroitement lié au carter qu'il est pratiquement impossible de le changer ultérieurement. Et surtout, le surmoulage s'effectue à température de coulée du métal constituant le corps de carter, qui est généralement un métal fondant à température élevée qui fait perdre au tube ses propriétés anticorrosion. Il en résulte que la protection contre la corrosion est insuffisante.

[0009] On connaît par ailleurs la technique de dudgeonnage, utilisée notamment pour réaliser une liaison mécanique rigide entre l'extrémité d'un tube et une plaque support. Pour cela, un outil de dudgeonnage est introduit à l'intérieur du tronçon d'extrémité de tube, et déforme radialement le tube au-delà de sa limite élastique pour rattraper le jeu entre son diamètre extérieur et un alésage prévu dans la plaque ; puis l'outil de dudgeonnage poursuit la déformation radiale en matant le tube pour assurer la liaison mécanique entre le tube et la plaque support.

[0010] L'invention vise à concevoir une nouvelle structure de système de refroidissement de pompe à vide, et un procédé pour sa réalisation, permettant d'assurer à la fois une bonne conduction thermique entre le liquide de refroidissement et le corps de pompe à vide, de réduire encore les risques de corrosion par le liquide de refroidissement, et de réduire les coûts de production. L'invention doit permettre d'utiliser des matériaux appropriés qui soient adaptés à la fois au liquide de refroidissement et aux matériaux formant le corps de pompe à vide, et à éviter tout échauffement susceptible de dégrader les propriétés anticorrosion des matériaux employés.

[0011] L'invention vise aussi à faciliter le changement ultérieur des matériaux anticorrosion, changement qui peut s'avérer nécessaire en fonction des conditions d'utilisation.

[0012] L'idée qui est à la base de la présente invention consiste à utiliser la technique de dudgeonnage pour l'appliquer de manière nouvelle à la réalisation d'une paroi anticorrosion dans un circuit de refroidissement de corps de pompe à vide.

[0013] Pour cela, l'invention prévoit un système de refroidissement de pompe à vide comprenant un circuit de refroidissement dans lequel un liquide de refroidissement circule dans le corps de pompe à vide et est isolé du matériau constituant le corps de pompe à vide par au moins une couche de matière anticorrosion évitant la corrosion du corps de pompe à vide par le liquide de refroidissement ; ladite couche de matière anticorrosion comprend au moins un tube de matériau résistant à la corrosion et bon conducteur thermique, dudgeonné dans un logement correspondant du corps de pompe à vide.

[0014] Dans les applications courantes, le corps de pompe à vide est en fonte. Le tube peut alors être avantageusement réalisé en acier inoxydable. Le liquide de refroidissement peut être de l'eau désionisée. Le dudgeonnage s'effectue à froid, et évite ainsi la dégradation de l'acier inoxydable lors de l'assemblage du tube dans le corps de pompe à vide, dégradation qui pourrait être produite si l'on adaptait le tube par un traitement thermique ou par surmoulage.

[0015] Avec un corps de pompe à vide en fonte, on peut utiliser, en alternative, des tubes en un métal ou alliage tel que le cuivre, le monel, l'inconel. Le dudgeonnage permet l'usage de ces matières, sans dégrader leurs propriétés anticorrosion.

[0016] Dans tous les cas, on choisit un tube en un matériau inattaquable par le liquide de refroidissement. La technique de dudgeonnage permet un grand choix de matériaux, et donc une adaptation efficace à différents liquides de refroidissement et à différents matériaux constituant le corps de pompe à vide.

[0017] Dans le cas d'un tube en acier inoxydable, relativement peu malléable, l'interface entre le tube et le corps de pompe à vide peut avantageusement être lisse.

[0018] Par contre, lorsqu'on utilise un tube en un matériau plus ductile tel que le cuivre, l'interface entre le tube et le corps de pompe à vide peut être rugueuse. Par exemple, on peut prévoir dans le corps de pompe à vide un alésage dont l'état de surface est rugueux avant l'étape de dudgeonnage.

[0019] De préférence, le matériau formant le tube est dudgeonné sur toute la longueur du logement de corps de pompe qui le reçoit.

[0020] L'invention prévoit également un procédé de réalisation d'un tel système de refroidissement de pompe à vide, comprenant une étape de dudgeonnage réalisant l'expansion radiale du tube au-delà de sa limite élastique dans le logement correspondant du corps de pompe à vide, en appliquant à l'intérieur du tube une pression appropriée.

[0021] La pression appropriée peut être appliquée par un manchon expansible alimenté par un fluide hydraulique sous pression.

[0022] En alternative, la pression appropriée peut être appliquée par un outil de dudgeonnage mécanique.

[0023] 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 illustre schématiquement, en coupe, un corps de pompe à vide avec un système de refroidissement selon un mode de réalisation de la présente invention ;
• les figures 2 et 3 illustrent deux étapes successives de dudgeonnage d'un tube dans un corps de pompe à vide ; et
• la figure 4 illustre une structure possible d'outil de dudgeonnage mécanique.

[0024] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, une pompe à vide comprend un corps de pompe à vide 1, par exemple en fonte, dans lequel sont réalisées des chambres de pompage 2 et 3 recevant un rotor entraîné par un arbre tel que les arbres 4 et 5. De façon connue, les parties d'extrémités du corps de pompe à vide 1 peuvent être constituées de carters rapportés, contenant des paliers à roulements et des engrenages pour le support et l'entraînement mécanique des arbres 4 et 5, le tout baignant dans de l'huile.

[0025] La maîtrise de la température de la pompe à vide est assurée par un circuit de refroidissement dans lequel un liquide de refroidissement circule tout en étant isolé du matériau constituant le corps de pompe à vide 1.

[0026] Selon l'invention, on réalise dans le corps de pompe à vide 1 des alésages traversants tels que les alésages 6 et 7, disposés en des zones appropriées pour le refroidissement du corps de pompe à vide 1, notamment dans les parties d'extrémités de la pompe à vide 1. Chaque alésage 6 ou 7 constitue un logement dans lequel est adapté un tube 8 ou 9 en matériau résistant à la corrosion par le liquide de refroidissement qui parcourt l'alésage central 10 ou 11 respectif du tube 8 ou 9.

[0027] Le tube 8 ou 9 est dudgeonné dans le logement ou alésage correspondant 6 ou 7.

[0028] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure, le tube 8 ou 9 est cylindrique de révolution et traverse le corps de pompe à vide 1 selon un trajet sensiblement rectiligne. Cette disposition autorise, pour l'assemblage, une déformation du tube 8 ou 9 par dudgeonnage mécanique.

[0029] Le matériau formant le tube 8 ou 9 est de préférence dudgeonné sur toute la longueur de l'alésage ou logement correspondant 6 ou 7 du corps de pompe à vide 1. On optimise ainsi le contact mécanique entre le tube 8 ou 9 et le corps de pompe à vide 1, et donc la transmission de chaleur entre le liquide de refroidissement et le corps de pompe à vide 1.

[0030] De préférence, le matériau formant le tube 8 ou 9 est déformé en expansion radiale par le dudgeonnage jusque dans les zones de transition de tube qui dépassent de part et d'autre de l'alésage ou logement correspondant 6 ou 7 du corps de pompe à vide 1. En pratique, cette expansion produit et laisse subsister, dans les zones de sortie des tubes 8 et 9, des collets 12 à 15 d'extrémité ou zones de plus grand diamètre de tube, à partir des faces d'extrémité 16 et 17 du corps de pompe à vide. De cette façon, on optimise les contacts mécaniques et les transmissions de chaleur, et on évite tout risque de corrosion dans les interstices entre le corps de pompe à vide 1 et le tube 8 ou 9.

[0031] Dans un premier mode de réalisation, le corps de pompe à vide 1 est en fonte d'acier, et le tube 8 ou 9 est en acier inoxydable. Le liquide de refroidissement peut alors être de l'eau désionisée, notamment.

[0032] En alternative, le corps de pompe à vide 1 peut être en fonte, et le tube 8 ou 9 peut être en un métal ou alliage tel que le cuivre, le monel, l'inconel, notamment.

[0033] Dans tous les cas, le tube 8 ou 9 est en un matériau inattaquable par le liquide de refroidissement.

[0034] Dans les modes de réalisation dans lesquels le métal du tube 8 ou 9 est peu ductile, on peut avantageusement prévoir que l'interface entre le tube 8 ou 9 et le corps de pompe à vide 1 est lisse. En d'autres termes, avant d'engager le tube 8 ou 9 dans l'alésage 6 ou 7, l'alésage 6 ou 7 est conformé avec un état de surface lisse, de sorte que l'interface restera lisse après assemblage du tube 8 ou 9 dans le corps de pompe à vide 1.

[0035] Par contre, dans les cas où le matériau formant le tube 8 ou 9 est ductile, on peut trouver avantage à prévoir une interface rugueuse entre le tube 8 ou 9 et le corps de pompe à vide 1. On augmente ainsi la surface de contact, pour favoriser l'échange thermique.

[0036] L'opération de dudgeonnage est illustrée sur les figures 2 et 3. Avant dudgeonnage, sur la figure 2, le tube 8 présente un diamètre extérieur inférieur au diamètre de l'alésage 6 du corps de pompe à vide 1, et l'état de surface de la face périphérique 18 de l'alésage 6 présente la structure appropriée convenant au métal formant le tube 8.

[0037] Après dudgeonnage, comme illustré sur la figure 3, le diamètre extérieur du tube 8 a été augmenté par la pression exercée à l'intérieur du tube 8 par l'outil de dudgeonnage inséré dans l'alésage central 10 du tube 8, et la face extérieure du tube 8 est engagée contre la face périphérique 18 de l'alésage dans le corps de pompe à vide 1.

[0038] A titre d'illustration, on a représenté schématiquement sur la figure 4 un outil de dudgeonnage mécanique pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention. La partie essentielle de l'outil de dudgeonnage est un manchon 19 dans lequel sont répartis plusieurs rouleaux périphériques tels que les rouleaux 20 et 21, coaxiaux avec l'axe général de l'outil et montés à rotation dans le manchon 19 en dépassant partiellement de sa périphérie. Les rouleaux 20 et 21 sont sollicités radialement vers l'extérieur par une tige axiale conique 22 pouvant être déplacée axialement dans le manchon 19 en étant manoeuvrée depuis l'extrémité postérieure 23 de l'outil. Une bague d'appui 24 peut être déplacée par rapport au manchon 19, par vissage sur une partie filetée 25 de l'outil.

[0039] En utilisation, l'outil est engagé à l'intérieur de l'alésage d'un tube tel que le tube 8, et est entraîné en rotation axiale. Lors de cette rotation, par traction simultanée de la tige axiale conique 22, on écarte radialement les rouleaux 20 et 21 qui viennent progressivement faire fluer la matière constituant le tube 8, provoquant son expansion par déformation au-delà des capacités de déformation élastique du matériau.

[0040] On comprend que l'outil ainsi constitué tel qu'illustré sur la figure 4 peut assurer le dudgeonnage d'un tronçon de longueur limitée d'un tube. Ainsi, pour réaliser le dudgeonnage sur toute la longueur d'un tube 8 tel qu'illustré sur la figure 1, la pression appropriée est appliquée à l'intérieur du tube 8 par l'outil de dudgeonnage en succession selon plusieurs tronçons partiels de tube 8 répartis longitudinalement, jusqu'à déformation du tube 8 selon toute sa longueur.

[0041] Le dudgeonnage décrit ci-dessus est un dudgeonnage mécanique. En alternative, on peut réaliser un dudgeonnage hydraulique. Dans ce cas, la pression appropriée est appliquée par un manchon expansible alimenté par un fluide hydraulique sous pression.

[0042] L'invention permet de réaliser une liaison mécanique efficace à froid des tubes en matériau inerte à l'intérieur d'un corps de pompe à vide 1, sans altérer les propriétés anticorrosion du matériau formant le tube, et en assurant une excellente conduction thermique entre le tube et le corps de pompe à vide 1.

[0043] 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.

Revendications

1. Système de refroidissement de pompe à vide, comprenant un circuit de refroidissement dans lequel un liquide de refroidissement circule dans le corps de pompe à vide (1) et est isolé du matériau constituant le corps de pompe à vide (1) par au moins une couche de matière anticorrosion évitant la corrosion du corps de pompe à vide (1) par le liquide de refroidissement, caractérisé en ce que ladite couche de matière anticorrosion comprend au moins un tube (8, 9) de matériau résistant à la corrosion et bon conducteur thermique, dudgeonné dans un logement (6, 7) correspondant du corps de pompe à vide (1).

2. Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de pompe à vide (1) est en fonte, et le tube (8, 9) est en acier inoxydable.

3. Système de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est de l'eau désionisée.

4. Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de pompe à vide (1) est en fonte, et le tube (8, 9) est en un métal ou alliage tel que le cuivre, le monel, l'inconel.

5. Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (8, 9) est en un matériau inattaquable par le liquide de refroidissement.

6. Système de refroidissement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'interface entre le tube (8, 9) et le corps de pompe à vide (1) est lisse.

7. Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau formant le tube (8, 9) est ductile, et l'interface entre le tube (8, 9) et le corps de pompe à vide (1) est rugueuse.

8. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube (8, 9) est cylindrique de révolution et traverse le corps de pompe à vide (1) selon un trajet sensiblement rectiligne.

9. Système de refroidissement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau formant le tube (8, 9) est dudgeonné sur toute la longueur dudit logement correspondant (6, 7) du corps de pompe à vide (1).

10. Système de refroidissement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau formant le tube (8, 9) est déformé en expansion radiale par le dudgeonnage jusque dans les zones de transition de tube qui dépassent de part et d'autre dudit logement correspondant (6, 7) du corps de pompe à vide (1), laissant subsister des collets (12-15) d'extrémité.

11. Procédé de réalisation d'un système de refroidissement de pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dudgeonnage, réalisant l'expansion radiale du tube (8, 9) au-delà de sa limite élastique dans le logement correspondant (6, 7) du corps de pompe à vide, en appliquant à l'intérieur du tube (8, 9) une pression appropriée.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pression appropriée est appliquée par un manchon expansible alimenté par un fluide hydraulique sous pression.

13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pression appropriée est appliquée par un outil de dudgeonnage mécanique.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la pression appropriée est appliquée par l'outil de dudgeonnage en succession selon plusieurs tronçons partiels de tube répartis longitudinalement jusqu'à déformation du tube (8) selon toute sa longueur.

Dessins