Pompage

Pompage secondaire

Les besoins en pompage de cette enceinte sont assez importants, surtout dans la chambre principale, `a cause de ses grandes dimensions, et dans la chambre de d´etente du jet supersonique, `a cause du d´ebit de gaz important qui y d´ebouche. Il faut encore une pompe au niveau du canon ´electronique, et eventuellement une quatri`eme sous le d´etecteur ´eloign´e en cas d’utilisation d’un tube long.

Les pompes utilis´ees sont `a diffusion d’huile. Les avantages de ce type de pompe sont :

– le meilleur rapport d´ebit/prix d’achat,

– tr`es bonne dur´ee de vie th´eorique, aucune pi`ece mobile,

– tr`es gros d´ebit disponibles (>50 m3/s),

– peu de vibrations. Les inconv´enients sont :

– coˆut de fonctionnement (eau, ´electricit´e, huile),

– pr´esence d’huile, qui a tendance `a se d´eposer un peu partout dans l’enceinte,

– n´ecessit´e d’un circuit de refroidissement par eau (sauf pour quelques tr`es petits mod`eles),

sup-chambre code constructeur vitesse puissance d´ebit eau

et mod`ele (l/s) (W) (l/mn)

d´etente PS1 Varian VHS 10 5300 5000 3,6

canon PS2 Alcatel - 2000 ? 1800 1,4

principale SR Varian VHS 10 + baffle 4000 ? 5000 3,6

rallonge SS1 Edwards Diffstack 63 150 450 0,35

Tab.4.1 – Caract´eristiques des diverses pompes secondaires de notre enceinte

code : indication sur le tableau ´electrique ; vitesse : donn´ee catalogue ; d´ebit

d’eau mini : pour 20◦C d’´echauffement de l’eau.

pl´ementaires) entre la pompe et l’enceinte, pour ´eviter les remont´ees d’huile pendant les allumages et extinctions,

– chaleur d´egag´ee dans la pi`ece, risques de brulures, – lourd et encombrant.

Le tableau 4.1 donne les caract´eristiques principales des pompes actuel-lement en service. On en d´eduit la consommation totale : 9 l/min d’eau et

12, 3 kW ´electriques. `A raison de 330 jours de fonctionnement permanent par

an, de 15 F/m3 et de 0, 60 F/kWh, on arrive `a un coˆut annuel de

fonction-nement d’environ 65 kF d’eau et 60 kF d’´electricit´e.

Le coˆut en eau de notre utilisation est probablement plus important : des

mesures de d´ebits et d’´echauffement avaient ´et´e prises fin 1997 et indiquaient (en l’abscence de la pompe SS1) une puissance ´evacu´ee de 9, 3 kW et un d´ebit

de 25 l/min (soit un coˆut annuel de 180 kF). Suite `a ces mesures, le d´ebit a

´et´e ramen´e aux alentours de 12 l/min (85 kF/an).

Mis `a part l’ampleur des frais de fonctionnement (qui apr`es tout ne nous concernent pas directement), ces pompes nous ont apport´e ´enorm´ement de probl`emes en 1998 et 1999 :

– une dizaine de pannes ´electriques (coupure des fils d’alimentation qui s’oxydent `a haute temp´erature), dont deux changements d’´el´ements chauffants

– trois d´emontages-nettoyages suite `a des entr´ees d’air intempestives qui

brˆulent l’huile chaude et la «caram´elisent» (la premi`ere intervention a

provoqu´e plus de 15 jours d’interruption)

– un nombre incalculable de fuites d’eau (plus de cinquante) dans les circuits de refroidissement : de petits trous (diam`etre inf´erieur au mil-lim`etre) apparaissent dans les tuyaux en cuivre. Ces trous doivent ˆetre rebouch´es par brasure au chalumeau `a ac´etyl`ene, ce qui demande l’arrˆet de la pompe et la purge du circuit d’eau.

Fig. 4.5 – Les trois pompes principales, de gauche `a droite : PS1 (d´etente), PS2 (canon) et SR (chambre principale)

pi`ece. En juillet-aoˆut 1999, les serpentins en cuivre des deux plus grosses

(et vieilles) pompes ont ´et´e remplac´es, et l’alimentation ´electrique de l’Universit´e a ´et´e modifi´ee. Pas de fuites depuis (pour l’instant. . .) Suite `a ces divers incidents, il a ´et´e n´ecessaire de changer l’huile de ces pompes environ tous les deux ans, ce qui n’est pas financi`erement

n´egli-geable. En effet, la meilleure huile, la Santovac 5 coˆute environ 10 kFHT le

litre. Nous ne l’utilisons donc que dans la plus petite pompe (rallonge de d´etecteur) dont la charge n’est que de 50 ml. Pour les autre pompes dont la charge va de 0,5 `a 1 l, nous utilisons l’huile Dow-Corning 705 aux

quali-t´es l´eg`erement inf´erieures, mais nettement mois coˆuteuse (environ 3 kFHT le

litre). Ces huiles sont non-toxiques. Pompage primaire

Les pompes `a diffusion d’huile ne peuvent d´emarrer `a une pression

sup´e-rieure `a 5 × 10−2 mbar, d’autre part, le gaz pomp´e ne peut ˆetre refoul´e que

dans une «enceinte» de pression inf´erieure `a 0, 5 mbar ; ces pompes, dites secondaires ont donc besoin d’autres pompes, dites primaires pour passer de

Une vitesse de pompage assez importante est n´ecessaire au niveau de la pompe PS1 qui aspire tout l’argon qui n’a pas pass´e l’´ecorceur. La pression

dans cette enceinte est g´en´eralement de 1, 5 × 10⁻⁴ mbar, pomp´e `a environ

5000 l/s. Si l’on veut une pression primaire de l’ordre de 5 × 10−2 mbar, soit

une compression d’un facteur 300, le d´ebit primaire doit ˆetre d’environ 15 l/s,

soit 55 m3/h. En tenant compte des pertes de charge et d’un peu de marge, il

faut pr´evoir un mod`ele d’au moins 100 m3/h, ce qui est d´ej`a assez imposant

(typiquement 0, 25 m3, 200 kg) et bruyant.

C’est pourquoi le mod`ele 120 m3/h que nous utilisons est install´e `a

l’ex-t´erieur de notre laboratoire, au bout d’une dizaine de m`etres de tuyau de large section (diam`etre 10 cm). Cette pompe assurait aussi jadis le pompage primaire du deuxi`eme jet supersonique. Son d´ebit ´etant juste suffisant pour un jet, un compresseur roots est intercal´e entre cette pompe et les pompes secondaires. Ce compresseur augmente grandement la vitesse de pompage

primaire, et permet actuellement d’avoir une pression inf´erieure `a 10⁻³ mbar

dans le circuit de vide primaire, le jet d’argon ´etant en fonctionnement. Son utilisation n’´etant pas indispensable avec un seul jet, nous ne l’utilisons plus en permanence depuis d´ebut 2000, pour le confort auditif des occupants de la pi`ece.

Les autres pompes secondaires ont elles-aussi chacune leur pompe

pri-maire : des pompes Edwards E2M18 (18 m3/h) pour les deux grosses, et une

Edwards RV5 (5 m3/h) pour la petite.

Suite `a une panne, la pompe PS2 (canon ´electronique) a ´et´e branch´ee sur

le mˆeme circuit primaire que la pompe PS1 (jet atomique). ¸Ca fonctionne

tout aussi bien, et le confort auditif n’en est que meilleur. La pompe RV5 pourrait probablement ˆetre supprim´ee aussi, en branchant les deux autres pompes secondaires sur la mˆeme pompe primaire E2M18, ce qui ferait moins

de bruit, et surtout d´egagerait l’escalier o`u est actuellement pos´ee la pompe

(photo d page 83 – et d’o`u elle est d´ej`a tomb´ee une fois).

Le fait que les pompes primaires doivent pouvoir pomper directement dans l’enceinte, mais aussi sur la sortie des pompes secondaires, et que les pompes secondaires doivent pouvoir ˆetre isol´ees de l’enceinte impose un nombre de vannes important (13 en ce moment), `a manipuler dans un ordre pr´ecis. Ceci a ´et´e plusieurs fois la source d’erreurs ces trois derni`eres ann´ees, aux cons´equences parfois regrettables (parfois plusieurs semaines d’arrˆet pour r´eparations).