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Étude sur les pompes à condensation de vapeur d’huile à
grande vitesse d’aspiration
M. Matricon
To cite this version:
ÉTUDE
SUR LES POMPES A CONDENSATION DE VAPEUR D’HUILEA GRANDE VITESSE D’ASPIRATION
Par M. MATRICON,
Ingénieur
A. M. et E. S.É.,
Docteur ès sciences,Ingénieur
à laCompagnie
générale de Radiologie.Sommaire. 2014 Détermination exacte de la vitesse
d’aspiration des pompes à vide à grande vitesse
d’aspiration. Définition et mesure de l’admittance d’une canalisation et mesure de la vitesse d’aspi-ration d’une pompe à vapeur d’huile. Exemple d’utilisation d’une telle pompe.
Dans certains
appareils
unegrande
vitesse depompage
permet
simplement
d’atteindre le videdésiré en un
temps
plus
court. Dans ce cas, une pompe àgrande
vitessed’aspiration
est utile maisnon
indispensable.
Par contre,lorsque
le videnéces-saire est
produit
par suite d’unéquilibre
entre uneentrée de gaz
permanente
et une vitessed’aspiration
également
permanente,
le résultat désiré nepeut
être obtenu que si la pompe à vide
possède
effecti-vement la vitesse
d’aspiration qu’on
avaitprévue.
Il est donc
important
de savoir déterminer avecexactitude la vitesse
d’aspiration
des pompes à vide àgrande
vitesse,
et c’est ce travail que nousavons
entrepris
à la demande de M. le ProfesseurJoliot,
que nous allons exposer.Les mesures effectuées ont
porté
sur la pompe àvapeur d’huile destinée aux
cyclotrons
et ont été faites au Laboratoire de Chimie nucléaire duCollège
de France.
Le
plan
que nous avonsadopté
est le suivant :io Utilité des pompes à vide à
grande
vitessed’aspiration;
20 Définition de l’admittance d’une
canalisation;
30 Mesure de l’admittance d’une
canalisation;
40
Mesure de la vitessed’aspiration
de la pompeà vapeur
d’huile;
50
Exemple
d’utilisation d’une pompe àgrand
débit.
Utilité des pompes à vide à
grande
vitessed’aspiration.
- Lesappareils
àdécharge
élec-trique
destinés aux recherches mucléaires doiventréunir des
qualités
assez contradictoires. D’unepart,
la stabilité de fonctionnement de cesensembles,
danslesquels
des différences depotentiel
très élevéessont
appliquées
entre les diversesélectrodes,
n’estpossible
que si lapression
des gaz contenus à l’in-térieur de l’ensemble est très faible(de
l’ordrede 10-2
barye).
D’autrepart,
laproduction
d’ionspositifs
(protons
oudeutons)
en nombre aussigrand
que
possible
est désirable et ceciimpose
laprésence
d’une
pression
d’hydrogène (léger
oulourd)
impor-tante dans la
partie
del’appareil
servant de sourced’ions. Pour
permettre
aux ionsproduits
dans lasource de
pénétrer
dans le tubed’accélération,
une communication entre ces deuxparties
del’appareil
est nécessaire. Cette ouverture est la cause d’un débit
important
de gazprovenant
de la sourced’ions et
pénétrant
dans le tube d’accélération. Ilfaut donc entretenir le vide dans le tube
d’accélé-ration avec une pompe
possédant
une trèsgrande
vitesse
d’aspiration
et unepression
limite trèsbasse. La pompe à condensation de vapeur d’huile satisfait à ces deux conditions.
Le diamètre intérieur de la pompe étudiée est
de 220 mm, et celui du déflecteur de vapeur d’huile de 182 mm. L’aire
projetée
de la zone de diffusionétant donc de 1 19 cm2 on
pourrait
prévoir
une vitessed’aspiration
voisine de 200 Toutefois cettevitesse est fortement diminuée par la
présence
d’un déflecteur hélicoïdal destiné à arrêter le contre-courant de vapeur d’huile.Admittance d’une canalisation. - Soit une
cana-lisation réunissant un
récipient i
contenant un gaz à lapression
p, à unrécipient
2contenant
lemême gaz à la
pression
p2.Supposons
Pl > p2.Il y a donc écoulement de gaz du
récipient
Ivers le
récipient
2. Si les volumes desrécipients
sont
supposés
trèsgrands,
lespressions
pi et p2ne varient pas et un
régime
permanent
s’établit. SoitV2
le volume de gaz mesuré sous lapression
p2qui
s’écoule par seconde dans lerécipient
2. Cettemasse de gaz mesurée sous la
pression
régnant
dans la canalisationoccuperait
un volumeRappelons (1) qu’on appelle
admittance LT d’une canalisation leproduit
de lapression
moyenneexistant dans la canalisation par le volume mesuré
sous cette
pression
de la masse de gazqui
traverse, parseconde,
une section droitequelconque
de lacanalisation,
lorsque
la différencedé
pression
motrice est de Ibarye.
Avec les notations
précédentes
le volume V estrelatif à une différence de
pression
motrice : Pl -P2. Pour une différence de
pression
de 1barye
levolume,
mesuré sous la
pression
moyenne,qui
s’écoulerait(1) DUNOYER, La technique du vide, Chap. III.
3 86
"
par seconde,
seraitest l’admittance de la
canalisation,
dans lesconditions
de
l’expérîenee,
est doncégale
àDans le cas
particulier,
fréquent
dàùs,
tapratique,
oit P2 est faible devant pi, la formule
(3)
sesimplifie
et devient
--Lorsque
l’admittance de la canalisation est connuesoit par la formule de Knudsen à
partir
de ses dimen-sionsgéométriques,
soit par une étudeexpérimentale,
onpeut
tirer de la formule(4)
le volume de gazV,
qui pénètre
par seconde dans lerécipient
Lorsque,
au lieu durécipient
2 la canalisationdébouche sur une. pompe à vide
qui
entretient!à
pression
p, à sonajutage d’aspiration,
le volumeV2
représente
le volume de gazqui pénètre
par secondedans
l’ajutage
de la pompe, autrement dit la vitessesd’aspiration
de la pompe.Mesure de l’admittance d’une canalisation.
--Considérons le
système représenté iigure i.
SoitVI
Fige.
le volume du
récipient i
et pi lapression
du gazdans ce
récipient
autemps t,
Nous supposeronstrès
grand
le volume durécipient
2 defaçon
queles variations de la
pression
P2 soientnégligeables,
ou encore, cequi
revient aumême,
nous suppo-serons que lerécipient 2
est relié à une pompe à trèsgrande
vitessed’aspiration capable
de maintenirla
pression
P2 à une valeur très faible devant pi. Pendant letemps
dl,
lapression
dans lerécipient
I a varié dedpl.
Laquantité
de gazqui
est donc sortiedu
récipient
ipendant
letemps
dt estD’autre
part,
la différence depression
motriceentre les extrémités de la canalisation étant P2 cette
quantité
de gaz estégale
àOn en déduit
(2)
(’~) L. La lechnique du vide, p. 8.
et si l’on
néglige
P2(levant p,
etp’;
on obtientConnaissant le volume V et mesurant la
pression p’,
au
temps t’ et
lapression p",
autemps
if!,
on en déduitl’admittance moyenne de la canalisation entre les
pressions p‘,
etp’;’.
Mesure de la vitesse
d"aspitation
de la pompe à vapeur d’huile. - Lemù,.nfage
réalisé pourmesurer la vitesse
d’aspiration
dè k. pompe estreprésenté
sur lafigure
2.L’ajutage
d’aspiration
Fig.2.
de la pompe i est relié d’une
part,
par l’intermédiaired’un condenseur 2, à une
jauge
de Mac-Leod3,
type
B,
mesurant lespressions comprises
entre io-1et 10-5 mm de mercure, d’autre
part
à unrécipient
fi
de volume V par l’intermédiaire d’un condenseur5,
d’une canalisation calibrée 6 et d’un robinet àmercure ~. Une entrée d’air dans ce
récipient
devolume V est
prévue
au moyen d’un poreux 8recou-vert de mercure et
séparé
del’atmosphère
par unrobinet à mercure 9 et un tube 10 contenant un
desséchant
(P205).
Lapression
existant dans cevolume V est mesurée au moyen d’une
jauge
deMac-Leod 11,
type
A,
dont le domaine de mesureest
compris
entre i et io-4 mm de mercure.L’ordre des
opérations
est le suivant : «I ° Le
robinet 7
étant ouvert et lerobinet 9
étantfermé,
on fait le vide dans tout l’ensemble au moyend’une pompe rotative à
palettes
et d’unepompe à
vapeur de mercure;2°
Lorsque
lajauge
3indique
unepression
del’ordre de 1. 10-2 mm de mercure, on met en fonc-tionnement la pompe à vapeur d’huile i et l’on
commence
l’étuvage
des
jauges
3 et I I ;30 On étuve les
jauges
3 et 11 à 2ooopendant
3 h;-10
On arrêtel’étuvage
etlorsque
latempérature
des
jauges
est de l’ordre deiooo C,
onplonge
lescondenseurs 2 et 5 dans des vases de DeBvar
387
5°
Quand
latempérature
desjauges
est assezbasse pour
qu’on
puisse
faire des mesures, on vérifie que lajauge
3indique
unepression
non mesurable caractérisée par l’adhérence de la colonne de mercuredans le haut du
capillaire;
60 On ferme le
robinet 7
et l’on ouvre le robinet gjusqu’à
ce que lapression
dans le volume V soit de l’ordre deo,5
mm de mercure;7°
On ferme le robinet g, on ouvre le robinet 7et l’on note les
pressions indiquées
par les deuxjauges
en fonction du
temps.
Le Tableau ci-dessousindique
les résultats d’une série de mesures :
L’admittance de la canalisation a été
prise
surune courbe établie au moyen de la formule
(7),
d’après
les résultats deplusieurs
séries de mesures.La vitesse
d’aspiration
de l’air de la pompe à vapeur d’huile est donc de l’ordre de 155dm3jsec. D’après
une étudepubliée
antérieurement(3),
la vitessed’aspiration
de la pompe, pour un gaz autre quel’air,
sera
Dans cette
formule,
pidésigne
la densité de l’airet p
la densité du gaz considéré.Exemple
d’utilisation d’une pompe àgrand
débit. - Soit un tube d’accélération danslequel
le vide est entretenu au moyen d’une pompe
type
CH 120analogue
à celle étudiéeplus
haut.Supposons
que la pompe soit reliée au tube d’accélé-ration par une canalisation de diamètre D et delongueur
L.L’admittance d’une telle canalisation aux basses
pressions
se calcule par la formule de Knudsen :Dans le cas de
l’air,
pour D = mm et L = 2 ni,on obtient : 165
dm3/sec.
La vitessed’aspiration
Uaprès
lacanalisation,
calculée par la relationa donc pour valeur : -. 80
dm3/sec.
Supposons
que la source d’ions soit reliée au tubed’accélération par un orifice de 3 mm de diamètre
et de 5 mm de
longueur.
Pour calculer l’admittancede cet orifice nous devons utiliser la formule de
(3) 31. BIATRICON, Journal de Physique, mars 1932.
Knudsen,
mais il fautappliquer
une correction à cette formule pour tenircompte
du fait que lalon-gueur de l’orifice est du même ordre de
grandeur
que son diamètre. En
effet,
la formule de Knudsenindique
que l’admittance d’une canalisation aug-mente indéfinimentquand
salongueur
diminue,
alors,
qu’en
réalité,
l’admittance de la canalisation tend vers l’admittance(4)
d’un orifice à minceparoi
L’admittance réelle Y de la canalisation sera donc
donnée par la formule
qui exprime
quel’impédance
totale est la somme del’impédance
due à lalongueur
de la canalisationet de
l’impédance
due aux extrémités.On en déduit
Avec cette formule
corrigée,
l’admittance pour l’air de l’orificeprécédent
est de 36ocnx3,/sec.
D’autre
part,
la vitessed’aspiration
v dans letube d’accélération étant de 80
dm3/sec,
on voitque le
rapport
despressions
dans la source d’ionset dans le tube d’accélération sera de
Par
conséquent,
si lapression
dans la sourced’ions est de 2 . IO-2 mm de mercure,
pression
suffi-sante pour le fonctionnement correct des sources
usuelles,
lapression
dans le tube d’accélération serainférieure à Io-5 mm de mercure, et l’on sait que le
fonctionnement des tubes à haute tension
correc-tement construits est stable à cette
pression.
Bien que les calculs aient été effectués dans le casoù le gaz
aspiré
était del’air,
la conclusion subsistecar le
rapport
220 trouvé en(11)
estindépendant
de la nature du gaz,
puisque
lesexpressions (8), (9)
et(10)
contiennent toutes la racine carrée de la densité du gaz en dénominateur et que cettequantité
s’élimine dans lerapport
(11).
Résumé des mesures.
