FR2539822A1 - Dry primary piston pump - Google Patents
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Abstract
Description
tOXPE PRIMAIRE SECHE A PIo?ON
La présente invention concerne une pompe pour un fluide, plus particulièrement destinée à constituer au moins un étage d'une pompe à vide pour l'obtention d'un vide exempt de contamination d'huile.PRIMARY DRYING MATERIAL
The present invention relates to a pump for a fluid, more particularly intended to constitute at least one stage of a vacuum pump for obtaining a vacuum free of oil contamination.
Pour beaucoup d'applications de la technique du vide, l'obtention d'un vide "propre", sans contarnination d'huile, est un besoin essentiel. C'est ainsi que les pompes à diffusion d'huile sont de plus en plus souvent remplacées par des pompes ioniques, cryogéniques etc... Malheureusement, ces pompes modernes ne peuvent être mises en oeuvre que si l'on a déjà obtenu une pression "primaire" de l'ordre de 1 Pascal ou moins. For many applications of the vacuum technique, obtaining a "clean" vacuum, without oil contamination, is an essential need. This is how oil diffusion pumps are more and more often replaced by ionic, cryogenic pumps, etc. Unfortunately, these modern pumps can only be used if pressure has already been obtained. "primary" of the order of 1 Pascal or less.
Ce vide primaire doit, bien entendu, être propre lui aussi.This primary vacuum must, of course, also be clean.
Dans l'état actuel de la technique, ce résultat ne peut entre obtenu que par des pompes à sorption, refroidies à l'azote liquide, avec tous les inconvénients que cela comporte.In the current state of the art, this result can only be obtained by sorption pumps, cooled with liquid nitrogen, with all the disadvantages that this entails.
Les seules pompes mécaniques "propres" en usage sont les pompes à membranes. Leur vide limite dans les systèmes à un étage, est de l'ordre de quelque 104 Pascals au moins. Cette limite relativement élevée est due, entre autres choses, à l'usage de soupapes. Bn particulier, la conductance d'une soupape d'admission diminue avec la pression du système à vide et tend vers zéro. The only "clean" mechanical pumps in use are diaphragm pumps. Their limit vacuum in single-stage systems is of the order of at least 104 Pascals. This relatively high limit is due, among other things, to the use of valves. In particular, the conductance of an intake valve decreases with the pressure of the vacuum system and tends towards zero.
Les soupapes sont, d'autre part, génératrices de ce que l'on appelle le "volu;ne mort" : à la-fin de chaque cycle, un petit volume de gaz pompé est emprisonné à la pression de refoulement et retourne dans ltenceinte vidée. enfin, le mouvement de la membrane est obtenu par couplage rigide avec un dispositif mécanique.The valves are, on the other hand, generators of what is called "dead volu; ne": at the end of each cycle, a small volume of pumped gas is trapped at the discharge pressure and returns to the enclosure emptied. finally, the movement of the membrane is obtained by rigid coupling with a mechanical device.
La flexibilité de la membrane est ainsi considérablement'dimi- nuée, ce qui augmente encore le volume mort. Mais surtout, la conductance de refoulement pour les parties éloignées de la soupape de refoulement devient très faible. Une certaine quantité de gaz est alors piégée à haute pression, défournant la membrane et augmentant considérablement le volume mort. The flexibility of the membrane is thus considerably reduced, which further increases the dead volume. But above all, the discharge conductance for the parts remote from the discharge valve becomes very low. A certain quantity of gas is then trapped at high pressure, bypassing the membrane and considerably increasing the dead volume.
Une amélioration importante décrite récemment consiste à utiliser-une pompe à membrane éîastioue où le mouvement est obtenu sans couplage mécanique rigide en modulant la pression sous la membrane, par exemple par l'action alternée d'une pomme auxiliaire et de la pression atmosphérique. Le mouvement de la membrane dans la phase compression obture d'abord l'orifice d'admission et refoule ensuite progrerisivement le gaz vers l'orifice d'évEtcuation. La soupape d'admission peut ainsi être supprimée. Par rapport aux pompes à membrane classiques, ces pompes ont une conductance interne nettement plus grande et un volume aort diminue.Couplées avec une pompe auxiliaire sèche à vide grossier, elles permettent d'obtenir une pression limite de l'ordre de 10 Pascals seulement. Cette limite est due principalement au taux de dégazage relativement important des membranes en élastomère. On pourrait abaisser encore considérablement la pression en ajoutant un étage de pompage, constitué par une pompe sèche construite avec des matériaux à faible taux de dégazage, par exemple une pompe à piston, et qui ne comporterait ni soupape d'admission ni soupape de refoulement. Cette dernière condition, essentielle pour ltobtention d'un vide limite de l'ordre du Pascal ou moins, ne peut entre satisfaite que si la phase "refoulement" de la pompe à piston coïncide exactement avec la phase "admission" de la pompe à membrane et vice versa.La pompe à membrane peut alors jouer à la fois le rôle d'étage préliminaire de pompage et le rôle d'une soupape à commande pneumatique de l'étage "bon vide" à piston. La présente invention a pour objet une telle pompe à piston. An important improvement described recently consists in using a diaphragm pump where movement is obtained without rigid mechanical coupling by modulating the pressure under the membrane, for example by the alternating action of an auxiliary apple and atmospheric pressure. The movement of the membrane in the compression phase first closes the intake port and then progressively expels the gas towards the exhaust port. The intake valve can thus be omitted. Compared to conventional diaphragm pumps, these pumps have a significantly higher internal conductance and a reduced aort volume. Coupled with a dry auxiliary vacuum with coarse vacuum, they make it possible to obtain a limit pressure of the order of only 10 Pascals. This limit is mainly due to the relatively high degassing rate of the elastomer membranes. The pressure could be lowered considerably further by adding a pumping stage, consisting of a dry pump constructed with materials with a low degassing rate, for example a piston pump, and which would not comprise either an intake valve or a discharge valve. This last condition, essential for obtaining a vacuum limit of the order of Pascal or less, can only be satisfied if the "delivery" phase of the piston pump exactly coincides with the "intake" phase of the diaphragm pump and vice versa. The diaphragm pump can then play both the role of preliminary pumping stage and the role of a pneumatically controlled valve of the "good vacuum" stage with piston. The present invention relates to such a piston pump.
La pompe, représentée figure 1, est constituée par une cavité cylindrique 1 dans laquelle se meut un piston 2, de même diamètre mais de longueur égale à la moitié de la longueur du cylindre. The pump, shown in Figure 1, consists of a cylindrical cavity 1 in which moves a piston 2, of the same diameter but of length equal to half the length of the cylinder.
L'orifice d'admission 3 est situé au milieu d'une génératrice du cylindre. Les orifices de refoulement 4 et 5 sont aux extrémités.The inlet 3 is located in the middle of a generator of the cylinder. The discharge ports 4 and 5 are at the ends.
Le piston est solidaire d'un axe 6 glissant dans un passage tubulaire étanche 7 et débouchant dans un deuxième cylindre 8 que nous appellerons chambre de travail. L'axe est garni d'un deuxième piston 9 coulissant dans la chambre 8. Un orifice 10 met cette chambre 8 alternativement en communication avec la pression atmosphérique et une pompe auxiliaire 11, au moyen par exemple d'un distributeur tournant 12. Un ressort de compression 13 logé autour de l'axe sous le deuxième piston assure une force de rappel.Quand la chambre est en communication avec la pompe auxiliaire, la différence de pression sur les faces du piston 9 écrase le ressort et l'ensemble mobile se déplace jusqu'2 l'extrémité gauche ducylindre de pompage 1 ; au cours de ce mouvement, le piston 2 obture d'abord l'orifice d'admission 3 et refoule progressivement le gaz à travers l'orifice de refoulement 4. En bout de course, l'orifice d'admission 3 est découvert et un volume d'admission est créé dans la partie droite du cylindre 1. Le distributeur 12 isole alors la pompe auxiliaire 11 et met la chambre 8 à la pression atmosphérique. La détente du ressort déplace l'ensemble mobile vers la droite
Le piston 2 obture à nouveau 3 et refoule le gaz vers l'orifice de refoulement 5.Le distributeur remet alors la chambre 8 en communication avec la pompe auxiliaire 11 et le cycle recommence.The piston is integral with an axis 6 sliding in a sealed tubular passage 7 and opening into a second cylinder 8 which we will call the working chamber. The axis is furnished with a second piston 9 sliding in the chamber 8. An orifice 10 places this chamber 8 alternately in communication with atmospheric pressure and an auxiliary pump 11, by means for example of a rotary distributor 12. A spring compression 13 housed around the axis under the second piston ensures a return force. When the chamber is in communication with the auxiliary pump, the pressure difference on the faces of the piston 9 crushes the spring and the movable assembly moves up to the left end of the pumping cylinder 1; during this movement, the piston 2 first closes the intake port 3 and gradually discharges the gas through the discharge port 4. At the end of its travel, the intake port 3 is uncovered and a intake volume is created in the right part of the cylinder 1. The distributor 12 then isolates the auxiliary pump 11 and puts the chamber 8 at atmospheric pressure. The rebound of the spring moves the mobile assembly to the right
The piston 2 again closes 3 and discharges the gas towards the discharge orifice 5. The distributor then puts the chamber 8 back into communication with the auxiliary pump 11 and the cycle begins again.
Il y a donc deux admissions et deux refoulements par cycle.There are therefore two admissions and two refoulements per cycle.
L'orifice d'admission 14 de la pompe à membrane souple 15, décrite plus haut, est connecté directement à l'orifice de refoulement 4 de la pompe à piston. Si la pompe- à membrane est actionnée par le même distributeur 12, la membrane dégage l'orifice d'admission 14 pendant la phase de compression de la pompe à piston dans le compartiment de pompage de gauche. En effet, les chambres de travail dans les deux pompes sont alors en communication avec la pompe auxiliaire. Dès que le distributeur isole la pompe auxiliaire et met les chambres de travail à la pression atmosphérique, la membrane 16 est plaquée contre- le corps de pompe 15, obturan-t l'orifice 14. En même temps, le piston 2 repart vers la droite, recréant un volume d'admission dans la parti gauche du cylindre 1, sans qu'un flux inverse venant de 15 à travers 14 ne puisse gêner le pompage.La pompe à membrane joue ainsi, en plus du rôle de premier étage de pompage, le r3le d'une véritable soupape à commande pour l'orifice de refoule ment 4 de la pompe à piston Par contre, la phase de refoulement dans le compartiment de droite de la pompe à piston coin- cide avec la phase de refoulement de la pompe a membraneO
L'orifice de refoulement correspondant doit donc être muni d'une soupape naturelle et entre connecté à la pompe 15 par une canalisation-ballast 17.L'efficacité de ce comparti;rnent sera, en début de pompage, équivalente à celle du compartiment de gauche mais diminuera avec la pression. (Pour une pression d'admission trop basse, le taux de compression de la pompe à piston ne permet plus d'atteindre une pression de refoulement suffisante pour ouvrir une soupape de refoulement "naturelle" non commandée.)
Par contre, le compartiment de gauche garde son efficacité jusqu'à la limite imposée par ce que lthomme de l'art appelle le "volume mort". Dans le cas décrit, cette limite peut être très basse puisque la pression de refoulement de la pompe à piston est la pression limite de 10 Pascals seulement, entretenue par la pompe à membrane.The inlet port 14 of the flexible diaphragm pump 15, described above, is connected directly to the discharge port 4 of the piston pump. If the diaphragm pump is actuated by the same distributor 12, the diaphragm releases the inlet port 14 during the compression phase of the piston pump in the left-hand pumping compartment. Indeed, the working chambers in the two pumps are then in communication with the auxiliary pump. As soon as the distributor isolates the auxiliary pump and puts the working chambers at atmospheric pressure, the diaphragm 16 is pressed against the pump body 15, closing the orifice 14. At the same time, the piston 2 starts again towards the right, recreating an intake volume in the left side of cylinder 1, without a reverse flow coming from 15 through 14 being able to hinder pumping. The diaphragm pump thus plays, in addition to the role of first stage of pumping , the role of a real control valve for the delivery orifice 4 of the piston pump On the other hand, the delivery phase in the right-hand compartment of the piston pump wedges with the delivery phase of the diaphragm pump
The corresponding discharge orifice must therefore be provided with a natural valve and between connected to the pump 15 by a ballast pipe 17. The efficiency of this compartment will be, at the start of pumping, equivalent to that of the compartment of left but will decrease with pressure. (For a too low intake pressure, the compression ratio of the piston pump no longer allows reaching a sufficient discharge pressure to open an uncontrolled "natural" discharge valve.)
On the other hand, the compartment on the left keeps its effectiveness up to the limit imposed by what the man of the art calls the "dead volume". In the case described, this limit can be very low since the discharge pressure of the piston pump is the limit pressure of only 10 Pascals, maintained by the diaphragm pump.
Une variante du fonctionnement de la pompe décrite est obtenu de la façon suivante : l'orifice 10 muni d'une soupape est connecté à la pompe auxiliaire, la chambre 8 est ainsi toujours sous vide ; le distributeur est connecté à la tubulure 18 : la pression est ici modulée à droite du piston 9 : la pompe à membrane qui constitue le deuxième étage doit donc être couplée à l'orifice de refoulement 5. En effet, la dépression en 18, et donc l'admission dans la pompe à membrane, correspond au refoulement dans la- partie à droite du piston 2. A variant of the operation of the pump described is obtained in the following way: the orifice 10 provided with a valve is connected to the auxiliary pump, the chamber 8 is thus always under vacuum; the distributor is connected to the pipe 18: the pressure is here modulated to the right of the piston 9: the diaphragm pump which constitutes the second stage must therefore be coupled to the discharge orifice 5. In fact, the depression at 18, and therefore the admission to the diaphragm pump corresponds to the discharge in the right part of the piston 2.
Soulignons encore que les avantages du système viennent, d'une part, du fait que la pompe à piston ne comporte pas de soupape d'admission et peut être eonstruite avec des matériaux à faible taux de dégazage et, d'autre part, du fait que le couplage avec une pompe à membrane permet d'utiliser sans soupape naturelle , un des orifices de refoulement de la pompe à piston. It should also be emphasized that the advantages of the system come, on the one hand, from the fact that the piston pump does not have an intake valve and can be constructed with materials with a low degassing rate and, on the other hand, from the fact that the coupling with a diaphragm pump makes it possible to use without a natural valve, one of the discharge orifices of the piston pump.
Cette pompe a donc les caractéristiques idéales d'un étage "bon vide". This pump therefore has the ideal characteristics of a "good vacuum" stage.
Il est important de remarquer que la pompe à membrane peut être remplacée par une pompe volumétrique d'un type différent, pourvu qu'elle soit actionnée par un dispositif pneumatique similaire, permettant la même syncronisation entre le refoulement d'un compartIment de la pompe à piston et l'admission de l'autre pompe. Cette deuxième pompe peut en particulier être elle aussi du type pompe à piston . It is important to note that the diaphragm pump can be replaced by a volumetric pump of a different type, provided that it is actuated by a similar pneumatic device, allowing the same synchronization between the delivery of a compartment of the pump to piston and the intake of the other pump. This second pump can in particular also be of the piston pump type.
Cette pompe est un modèle simplifié du modèle précédent. Elle ne comporte qu'un seul compartiment de pompage. Comme pour la pompe à membrane, son admission correspond au refoulement d'un des compartimenta de la pompe principale à piston.This pump is a simplified model of the previous model. It has only one pumping compartment. As for the diaphragm pump, its admission corresponds to the discharge of one of the compartments of the main piston pump.
Remarquons enfin que la réalisation industrielle a. ces pompes est rendue aisée par le choix du mécanisme pneumatique. Finally, note that industrial production a. these pumps are made easy by the choice of the pneumatic mechanism.
Dans les systèmes décrits, les tolérances piston-cylindre sont de l'ordre de 5.10-2mm. Un mécanisme rigide avec bielle requièrerait une précision d'usinage et de montage trop couteuse. In the systems described, the piston-cylinder tolerances are of the order of 5.10-2mm. A rigid mechanism with connecting rod would require too expensive machining and assembly precision.
Le mécanisme pneumatique qui ne comporte pas ds couplage rigide offre une solution simple à ce problème, avec l'avantage de disposer, avec la pompe auxiliaire, d'un étage supplémentaire de vide grossier. Les systèmes décrits sont en fait des pompes à 3 étages.The pneumatic mechanism which does not have a rigid coupling offers a simple solution to this problem, with the advantage of having, with the auxiliary pump, an additional stage of coarse vacuum. The systems described are in fact 3-stage pumps.
Ces pompes sont tout naturellement destinées aux applica- tions où un vide primaire propre de l'ordre du Pascal, sans contamination d'huile, doit être obtenu de façon simple et pratique, par exemple pour amorcer les pompes ioniques, cryogéniques etc....Elles pourraient ainsi remplacer avantageusement les pompes à sorption, refroidies à l'azote liquide, qui sont exclusivement utilisées pour ces applications dans l'état actuel de la technique. These pumps are quite naturally intended for applications where a clean primary vacuum of the order of Pascal, without oil contamination, must be obtained in a simple and practical way, for example to prime ionic, cryogenic pumps etc ... They could thus advantageously replace the sorption pumps, cooled with liquid nitrogen, which are exclusively used for these applications in the current state of the art.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8214486A FR2539822A1 (en) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | Dry primary piston pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8214486A FR2539822A1 (en) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | Dry primary piston pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2539822A1 true FR2539822A1 (en) | 1984-07-27 |
Family
ID=9277009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8214486A Withdrawn FR2539822A1 (en) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | Dry primary piston pump |
Country Status (1)
Country | Link |
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FR (1) | FR2539822A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111779651A (en) * | 2020-06-24 | 2020-10-16 | 武汉润德工程技术有限公司 | Device and method for realizing continuous compression of steam by utilizing air energy |
US11143175B2 (en) * | 2017-04-28 | 2021-10-12 | Smc Corporation | Pressure booster and cylinder apparatus provided with same |
-
1982
- 1982-08-23 FR FR8214486A patent/FR2539822A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11143175B2 (en) * | 2017-04-28 | 2021-10-12 | Smc Corporation | Pressure booster and cylinder apparatus provided with same |
CN111779651A (en) * | 2020-06-24 | 2020-10-16 | 武汉润德工程技术有限公司 | Device and method for realizing continuous compression of steam by utilizing air energy |
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