Les pompes peuvent être globalement classées selon trois techniques :
Les pompes volumétriques utilisent un mécanisme pour dilater de manière répétée une cavité, permettre aux gaz de s’écouler depuis la chambre, fermer la cavité et l’évacuer dans l’atmosphère. Les pompes à transfert de momentum, également appelées pompes moléculaires, utilisent des jets à grande vitesse de fluide dense ou des lames rotatives à grande vitesse pour faire sortir les molécules de gaz de la chambre. Les pompes de piégeage capturent les gaz dans un état solide ou adsorbé. Cela inclut les cryopompes, les getters et les pompes ioniques.
Les pompes volumétriques sont les plus efficaces pour les faibles vacuums. Les pompes à transfert de momentum en conjonction avec une ou deux pompes volumétriques sont la configuration la plus courante utilisée pour atteindre des vacuums élevés. Dans cette configuration, la pompe volumétrique a deux fonctions. Tout d’abord, elle permet d’obtenir un vide approximatif dans la cuve à évacuer avant que la pompe à transfert de momentum puisse être utilisée pour obtenir un vide élevé, car les pompes à transfert de momentum ne peuvent pas commencer à pomper à des pressions atmosphériques. Deuxièmement, la pompe volumétrique soutient la pompe à transfert de momentum en évacuant vers un vide faible l’accumulation de molécules déplacées dans la pompe à vide poussé. Des pompes à piégeage peuvent être ajoutées pour atteindre des vides ultra élevés, mais elles nécessitent une régénération périodique des surfaces qui piègent les molécules d’air ou les ions. En raison de cette exigence, leur temps de fonctionnement disponible peut être inacceptablement court dans les bas et hauts vides, ce qui limite leur utilisation aux très hauts vides. Les pompes diffèrent également dans des détails comme les tolérances de fabrication, le matériau d’étanchéité, la pression, le débit, l’admission ou non de vapeur d’huile, les intervalles de service, la fiabilité, la tolérance à la poussière, la tolérance aux produits chimiques, la tolérance aux liquides et aux vibrations.
Pompe volumétriqueEdit
Un vide partiel peut être généré en augmentant le volume d’un récipient. Pour continuer à faire le vide dans une chambre indéfiniment sans avoir besoin d’une croissance infinie, un compartiment du vide peut être fermé de façon répétée, épuisé et dilaté à nouveau. C’est le principe d’une pompe volumétrique, par exemple la pompe à eau manuelle. À l’intérieur de la pompe, un mécanisme dilate une petite cavité étanche pour réduire sa pression en dessous de celle de l’atmosphère. En raison de la différence de pression, un peu de fluide provenant de la chambre (ou du puits, dans notre exemple) est poussé dans la petite cavité de la pompe. La cavité de la pompe est ensuite scellée de la chambre, ouverte à l’atmosphère, et pressée à nouveau à une taille minuscule.
Des systèmes plus sophistiqués sont utilisés pour la plupart des applications industrielles, mais le principe de base de l’élimination cyclique du volume est le même :
- Pompe à palettes, la plus courante
- Pompe à membrane, zéro contamination par l’huile
- Anneau liquide haute résistance à la poussière
- Pompe à piston, vide fluctuant
- Pompe Scroll, pompe sèche à la vitesse la plus élevée
- Pompe à vis (10 Pa)
- Pompe Wankel
- Pompe à palettes externes
- Soufflante Roots, également appelée pompe de surpression, a les vitesses de pompage les plus élevées mais un faible taux de compression
- Pompe Roots multicellulaire qui combine plusieurs étages fournissant une vitesse de pompage élevée avec un meilleur taux de compression
- Pompe Tepler
- Pompe à lobes
La pression de base d’un système de pompe à piston à joints en caoutchouc et en plastique est généralement de 1 à 50 kPa, alors qu’une pompe à spirale pourrait atteindre 10 Pa (à l’état neuf) et qu’une pompe à huile à palettes rotatives avec une chambre métallique propre et vide peut facilement atteindre 0.1 Pa.
Une pompe à vide volumétrique déplace le même volume de gaz à chaque cycle, de sorte que sa vitesse de pompage est constante, à moins qu’elle ne soit vaincue par le reflux.
Pompe à transfert de momentumEdit
Dans une pompe à transfert de momentum, les molécules de gaz sont accélérées du côté vide vers le côté échappement (qui est généralement maintenu à une pression réduite par une pompe volumétrique). Le pompage par transfert de momentum n’est possible qu’en dessous de pressions d’environ 0,1 kPa. La matière s’écoule différemment selon la pression, en fonction des lois de la dynamique des fluides. À la pression atmosphérique et aux vides légers, les molécules interagissent entre elles et poussent sur les molécules voisines dans ce que l’on appelle un écoulement visqueux. Lorsque la distance entre les molécules augmente, les molécules interagissent plus souvent avec les parois de la chambre qu’avec les autres molécules, et le pompage moléculaire devient plus efficace que le pompage volumétrique. Ce régime est généralement appelé vide poussé.
Les pompes moléculaires balaient une plus grande surface que les pompes mécaniques, et le font plus fréquemment, ce qui les rend capables de vitesses de pompage beaucoup plus élevées. Elles le font au détriment de l’étanchéité entre le vide et leur échappement. Comme il n’y a pas de joint, une petite pression à l’échappement peut facilement provoquer un retour en arrière dans la pompe ; c’est ce qu’on appelle le décrochage. Dans le vide poussé, cependant, les gradients de pression ont peu d’effet sur les flux de fluide, et les pompes moléculaires peuvent atteindre leur plein potentiel.
Les deux principaux types de pompes moléculaires sont la pompe à diffusion et la pompe turbomoléculaire. Les deux types de pompes soufflent les molécules de gaz qui diffusent dans la pompe en communiquant un momentum aux molécules de gaz. Les pompes à diffusion expulsent les molécules de gaz à l’aide de jets d’huile ou de mercure, tandis que les pompes turbomoléculaires utilisent des ventilateurs à grande vitesse pour pousser le gaz. Ces deux pompes calent et ne parviennent pas à pomper si elles sont évacuées directement à la pression atmosphérique, elles doivent donc être évacuées vers un vide de qualité inférieure créé par une pompe mécanique.
Comme pour les pompes volumétriques, la pression de base sera atteinte lorsque les fuites, le dégazage et le refoulement seront égaux à la vitesse de la pompe, mais maintenant, minimiser les fuites et le dégazage à un niveau comparable au refoulement devient beaucoup plus difficile.
Pompe régénérativeModification
Les pompes régénératives utilisent le comportement tourbillonnaire du fluide (air). La construction est basée sur un concept hybride de pompe centrifuge et de turbopompe. Habituellement, elle se compose de plusieurs ensembles de dents perpendiculaires sur le rotor faisant circuler les molécules d’air à l’intérieur de rainures creuses stationnaires comme une pompe centrifuge multi-étagée. Elles peuvent atteindre 1×10-5 mbar (0,001 Pa) (en combinaison avec la pompe Holweck) et évacuer directement à la pression atmosphérique. Des exemples de telles pompes sont Edwards EPX (document technique ) et Pfeiffer OnTool™ Booster 150. Elle est parfois appelée pompe à canal latéral. En raison d’un taux de pompage élevé de l’atmosphère vers le vide poussé et d’une contamination moindre puisque le roulement peut être installé du côté de l’échappement, ce type de pompes est utilisé dans le sas de charge dans les processus de fabrication de semi-conducteurs.
Ce type de pompe souffre d’une consommation d’énergie élevée(~1 kW) par rapport à la pompe turbomoléculaire (<100W) à basse pression puisque la plupart de l’énergie est consommée pour ramener la pression atmosphérique. Cela peut être réduit de près de 10 fois en refoulant avec une petite pompe.
Pompe de piégeageEdit
Une pompe de piégeage peut être une cryopompe, qui utilise des températures froides pour condenser les gaz à un état solide ou adsorbé, une pompe chimique, qui réagit avec les gaz pour produire un résidu solide, ou une pompe ionique, qui utilise des champs électriques puissants pour ioniser les gaz et propulser les ions dans un substrat solide. Un cryomodule utilise le cryopompage. Les autres types sont la pompe à sorption, la pompe à getter non évaporatif et la pompe à sublimation au titane (un type de getter évaporatif qui peut être utilisé de manière répétée).
Autres typesEdit
- Pompe à vide Venturi (aspirateur) (10 à 30 kPa)
- Éjecteur à vapeur (le vide dépend du nombre d’étages, mais peut être très faible)
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