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RÉSUMÉ
Un certain nombre de procédés industriels ou d’expérimentations nécessite "le vide", c’est à dire une pression très inférieure à la pression atmosphérique. Des pompes à vide et des canalisations permettent d' évacuer le gaz pompé. Cet article explique comment déterminer les points de fonctionnement d’une installation pour concevoir une installation sous vide, choisir les pompes et fixer les dimensions des éléments de canalisation.
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A certain number of industrial processes or experiments require "vacuum", i.e. a pressure much lower than atmospheric pressure. This requires two types of components : vacuum pumps, and piping to evacuate the pumped gas. This article explains how to determine the operating points of an installation. This knowledge is necessary to design a vacuum installation, to select the pumps and to determine the dimensions of the piping components.
Auteur(s)
-
Yvan ABBÉ : Ingénieur applications - Pfeiffer Vacuum SAS Annecy France
INTRODUCTION
La conception correcte d’une installation sous vide nécessite la bonne connaissance du besoin à satisfaire, ainsi que des contraintes à prendre en compte. Le besoin peut être une basse pression à atteindre dans un volume en un temps maximal donné. On nomme ce type de besoin par l’expression « pompage en volume ». On peut aussi vouloir maintenir une basse pression dans une enceinte malgré la présence d’un flux donné de gaz. On parle dans ce cas de « pompage en flux ». Les valeurs de ces paramètres de pression, de volume, et de flux sont en général connues, puisqu’il s’agit des spécifications techniques d’une installation. En revanche, il est fréquent que les contraintes à prendre en compte soient mal connues, et c’est une des difficultés dans la conception d’une d’installation. Il faut alors prendre des hypothèses, dont la pertinence est une condition de la justesse de la conception. Ces contraintes peuvent être le taux de désorption des matériaux, les éventuelles conductances internes de composants dont on ne connaît pas la valeur, l’obligation d’utiliser des composants existants qui s’avèrent être sous-dimensionnés. La connaissance des méthodes de dimensionnement des installations permet, en cas de contraintes mal connues ou rédhibitoires, de formuler des recommandations, de borner les incertitudes, de préconiser des mesures, ou de conclure à une impossibilité technique. Cet article présente et met en œuvre tous les paramètres et contraintes que l’on doit prendre en compte dans un calcul d’installation réelle. Cependant, il existe des installations complexes dans leur structure et dans leur mode de fonctionnement, ou présentant des singularités. Il n’est pas toujours possible, pour ces installations, de les décomposer en sous-installations plus simples. Une approche calculatoire traditionnelle telle que décrite dans cet article n'est guère possible dans ces cas extrêmes, et la résolution doit faire appel à des moyens avancés de modélisation numérique qui sortent du cadre de cette étude.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
vacuum | pumps | piping
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Description du besoin
La meilleure méthode pour exprimer un besoin est d’illustrer la description de la problématique au moyen d’un synoptique de l’installation en utilisant des symboles graphiques normalisés.
1.1 Symboles graphiques
Les symboles graphiques sont définis par la norme DIN 28401. Quelques-uns couramment utilisés sont reproduits sur la figure 1. Les coudes, croix et tés ne sont pas définis par la norme, mais lors d’un dimensionnement d’installation, il est nécessaire de connaître leur présence, leur nombre, et leurs dimensions (diamètre, longueur). Il est donc important de les faire figurer sur un schéma.
HAUT DE PAGE1.2 Explications sur le fonctionnement souhaité
Il s’agit de décrire la ou les séquences de fonctionnement de l’installation. À ce stade de la description, il est possible que toutes les grandeurs et paramètres ne soient pas précisément connus ou fixés. Cette description permet de décomposer ensuite les différents calculs. En effet, les équations à mobiliser dépendent de l’analyse de ces explications de fonctionnement.
Pour que ces explications soient pertinentes, il est nécessaire de les exprimer en les rapprochant le plus possible des concepts exposés dans la suite de cet article.
HAUT DE PAGE1.3 Paramètres, contraintes et hypothèses
La description du besoin qui a pour but de permettre la résolution de la problématique, nécessite de chercher à identifier et quantifier tout ou partie des paramètres suivants : volumes, dimensions des canalisations, désorption des matériaux et des éléments à pomper, pressions à atteindre, flux à pomper, présence éventuelle de poches d’air difficiles à pomper, valeurs maximales des fuites, localisation précise sur le schéma des pressions à atteindre.
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Description du besoin
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Crane - Flow of Fluids Through Valves, Fittings and Pipe. - Crane (1982).
-
(2) - GRINHAM and CHEW - A Review of Outgassing and Methods for its Reduction. - Appl. Sci. Converg. Technol. (2017).
-
(3) - HUCKNALL (D.J.) - Vacuum technology and applications. - Butterworth-Heinemann (1991).
-
(4) - JOUSTEN (K.) - Handbook of Vacuum Technology. - Wiley-VCH (2017).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Vactran (version pour Windows), [Logiciel] PEC Corp. Livermore, California, USA
HAUT DE PAGE
Salon du vide et de traitement des matériaux STVM
HAUT DE PAGE
DIN 28401 (2008), Symboles graphiques.
ISO 3529-1 (2019), Vocabulaire et termes généraux.
ISO 3529-2 (2019), Pompes à vide et termes associés.
ISO 21360-1 et 2 (2020), Mesure des performances des pompes à vide.
ISO 2861 (2020), Dimensions et raccords rapides à colliers.
ISO 1609 (2020), Dimensions...
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