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How do vacuum connections influence conductance?

Dans les manuels de science du vide, les cours de formation et les connaissances transmises de génération en génération, on nous dit que « tous les raccords de vide doivent être aussi courts et larges que possible ». Mais, que se passe-t-il lorsque nous ne le faisons pas ? Quelle est la conséquence de la non-conformité ?

Qu'est-ce que la conductance dans la technologie du vide ?

Dans la terminologie du vide, la conductance C entre deux points est définie comme le débit de gaz Q (à travers un composant) divisé par la perte de charge (ΔP) à travers celui-ci, où Pup est la pression en amont du système et Pdown est la pression en aval :

Conductance formula

où S est la vitesse de pompage en tout point du système de vide.

Les mécanismes d'écoulement des gaz peuvent être divisés en différents régimes : continuum (où les collisions molécule-molécule dominent le comportement), moléculaire (les collisions molécule-paroi dominent) et un régime d'écoulement transitoire entre ces deux régimes.

Le schéma ci-dessous (pour l'air à 293 K) illustre la conductance d'un tuyau de 1 mètre de long tracée pour différents diamètres et la conductance des pressions varie comme 1/longueur pour les longs tuyaux.

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Conductance pour une longueur de tuyau de 1 mètre

Pour le débit moléculaire, la conductance est indépendante de la pression (ici <~0,01 mbar), pour le débit de continuum, la conductance est une fonction linéaire de la pression (ici >~1 mbar) et pour le débit transitoire, elle est un « mélange » des dépendances extrêmes à la pression.

Qu'est-ce que cela signifie dans le monde réel du vide ?

 Voici quelques exemples pour l'illustrer.

1. Quel est l'effet sur la vitesse nette de pompage d'une pompe à spirale XDS35i avec une conduite en amont NW40 de 5 m avec 2 coudes ?

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Pour l'air à 293 K

XDS35i

1. Entrée de la pompe 2. Entrée de la ligne de pompage

Nous pouvons constater qu'à des pressions plus élevées (où la conductance du tuyau est la plus élevée), il n'y a pas d'impact sur la vitesse nette. La différence de pourcentage devient cependant plus prononcée à <10 mbar (perte de 50 %) et ne devient négligeable qu'à la pression ultime du système (avec une vitesse nette nulle).

2. Système avec robinet-vanne

Prenons l'exemple d'un système équipé d'une pompe turbomoléculaire (TMP) connectée directement à une chambre via un robinet-vanne ISO100 (dont la conductance moléculaire déclarée est relativement importante, soit ~1 700 l/s). Le graphique ci-dessous montre la vitesse nette du système (SUp) avec une gamme de vitesses de la TMP (SDown) ; une petite perte de conductance dans des conditions de débit moléculaire.

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BGV 20ISO 20 Group
Edwards nEXT300 Turbomolecular Pump