Brevet FR2238071A1 — publié le 19750214

1- 2238071 L'invention se rapporte à une pompe à vide comportant tin rotor monte dans la chambre intérieure de son carter, notamment une pompe turbomoléculaire de ce type, pour produire un vide exempt de lubrifiant tel que huile. 5 Gn a souvent désiré obtenir un tel vide, mais cela n'a pas pu être obtenu jusqu'à maintenant à cause des vapeurs de lubrifiant provenant des paliers du rotor. Ainsi, par exemple, dans les pompes turbomoléculaires mentionnées précédemment, dont la construction de principe correspond, en grande partie à celle des 10 compresseurs axiaux à plusieurs étages, et qui fonctionnent le plus _o _•) •« souvent dans un domaine de pression allant de 10 à 10 mm de mercure, les paliers, qui sont souvent constitués par des roulements à billes ou à rouleaux de précision, et sont souvent prévus pour des vitesses du rotor de plus de 30 000 tours par minute, doivent être Î5 lubrifiés et refroidis par un circuit de lubrifiant, notamment un circuit d'huile. Il en résulte, notamment lorsque le rotor est à l'arrêt, que des vapeurs de lubrifiant ou d'huile s'écoulent, à partir du palier ou d'un côté de palier de la pompe, correspondant au côté de vide préparatoire de la pompe, vers le côté de vide poussé et 20 dans la chambre à vider ou dans un récipient correspondant otL ces vapeurs se condensent sur les parois. lorsqu'on doit obtenir un vide contenant peu de lubrifiant ou d'hydrocarbures (l'huile lubrifiante se compose essentiellement d'hydrocarbures), il est alors nécessaire de procéder à des opérations de réchauffage gênantes et donc coûteu-25 ses lors de la remise en fonctionnement de la pompe. Les molécules d'hydrocarbures présentes dans le vide réduisent, par exemple, la résistance aux décharges électriques. Par le réchauffage, notamment au moyen de dispositifs de chauffage disposés autour du récipient mentionné et du carter de la pompe, c'est-à-dire par vaporisation du 30 lubrifiant, ou de l'huile se trouvant sur les parois, et par pompage des vapeurs correspondantes conjointement avec l'air ou le gaz à l'aide de la pompe, on n'obtient cependant un vide contenant seulement peu de lubrifiant ou d'huile. De plus, cela est obtenu avec une dépense importante. 35 L'invention a pour but de créer une pompe h vide du type indiqué dans le préambule, c'est-à-dire une pompe agencée de manière à pouvoir produire un vide exempt de lubrifiant et notamment d'huilé. L'invention concerne, à cet effet, une pom-40 pe à vide du type ci-dessus, caractérisée en ce que l'appui du rotor 2.- 2238071 en rotation est assuré sans contact au moyen d'un dispositif magnétique « En raison de l'absence de contact, il n'est plus besoin d'avoir un lubrifiant ou de-l'huile pour lubrifier 5 et/ou refroidir les paliers. Les vapeurs mentionnées ne se dégagent donc pas et le vide produit en est donc exempt, c'est-à-dire exempt de lubrifiant. On peut, également, se dispenser du réchauffage mentionné précédemment ainsi que des dispositifs correspondants. En outre, il n'est pas nécessaire de choi-10 sir les caractéristiques des paliers en fonction des propriétés du milieu à pomper. En raison de l'absence de contact, il n'est pas nécessaire de prévoir pour les paliers une matière pour le roulement. On ne peut donc pas avoir d'attaque d'une telle matière en cas de liaison entre l'espace de pompage muni d'ailettes ou éléments simi— 15 laires et l'intervalle des paliers. En conséquence, l'invention rend une telle pompe appropriée pour pomper aussi des agents agressifs, radioactifs ou similaires. On ne peut pas non plus avoir un contact ou un mélange du milieu à pomper avec le lubrifiant. Par suite, il ne peut pas se produire de pollutions de l'un de ces deux milieux 20 par l'autre, ni de pollutions et de réactions chimiques réciproques. On ne peut pas avoir de contamination radioactive ni de décomposition du lubrifiant provoquée par rayonnement radioactif. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention, 2.5 dessins dans lesquels s - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe turbomoléculaire conforme à l'invention," cette pompe étant du type axial à deux flux, - la figure 2 est une vue en coupe trans-30 versale d'un tourillon d'arbre correspondant à un autre exemple de réalisation du dispositif magnétique pour assurer l'appui radial sans contact du rotor de la pompe. La pompe comporte un rotor horizontal disposé dans un carter de pompe horizontal 10. Outre les éléments des 35 organes électromagnétiques mentionnés dans la suite, le rotor se compose d'un moyeu 1, de couronnes à aubes 6 (le carter 10 porte des couronnes correspondantes d'aubages directeurs 12) et de deux tourillons 5 et 14. Le rotor est entraîné par un moteur électrique comportant un statcr 2 et un rotor 3 assemblé rigidement avec le rotor 40 de la pompe. 3.- 2238071 Dans sa partie axiale médiane, le carter 10 comporte une tubulure d'aspiration 11. le gaz à pomper s'écoule (voir flèches 17), à partir du côté à vide poussé de la pompe se trouvant dans la partie axiale médiane de la pompe, c'est-à-dire à 5 partir de la chambre correspondante à vide poussé 21, dans les deux directions axiales à travers les espaces existant entre les aubes des couronnes mentionnées 6 et 12 vers les deux côtés à vide préparatoire de la pompe et vers les chambres de sortie 22 et 22'. Le milieu pompé quitte les chambres de sortie 22 et 22' en traversant des 10 tubulures de sortie 18 dans la direction des flèches 19» ^ Dans ces zones de vide préparatoire, au voisinage de chacune des deux extrémités axiales du carter 10 et du rotor, se trouvent tua palier radial et un palier axial du rotor. Le moteur électrique mentionné 2, 3 est disposé entre la couronne des 15 aubes de sortie de l'un des flux et le palier radial se' trouvant du côté correspondant. Le carter est fermé par un couvercle 20 à chacune de ses extrémités axiales et est ainsi obturé à l'exception de l'écoulement d'entrée (tubulure d'aspiration 11) et de l'écoulement de sortie (tubulure de sortie 18). Dans ce cas, on n'a pas de traver-20 sées du carter 10 par l'arbre de rotor vers des paliers extérieurs et les problèmes d'^tanchéité correspondants ne se posent pas» Au moyen des quatre paliers mentionnés précédemment, le rotor reçoit un appui exclusivement magnétique. Chacun des tourillons 5 et 14 est entouré par un jeu d*électro-aimants, au 25 nombre d'au moins trois et notamment de quatre, répartis régulièrement sur les 360° du pourtour et fixés sur le carter 10. Chaque élec-tro-aimant se compose d'un paquet de tôles en forme de u*4, les branches du xi se succédant dans le sens périphérique, et d'un enroulement 13 disposé autour de ce paquet de tôles 4. Sur chacun des tourillons 30 5 et 14, est monté rigidement un paquet de tôles annulaire coaxial 7 pour fermer le circuit magnétique des électro-aimants 4, 13. Les électro-aimants 4, 13 et les paquets de tôles 7 forment des dispositifs magnétiques au moyen desquels le rotor est porté radialement sans contact. 35 Sur chacune des faces frontales des touril lons 5 et 14, est monté solidairement un paquet de tôles 8 pour fermer le circuit magnétique d'un électro-aimant réalisé en foite de pot, désigné par électro-aimant frontal et se composant d'un paquet de tôles 9 et d'un enroulement 16. Cet électro-aimant est fixé sur le 40 couvercle 20 du carter 10. Les électro-aimants 9, 16 et ces paquets 4.- 2238071 de tôles 8 forment des dispositifs magnétiques au moyen desquels.le rotor est porté axialement sans contact. lies valeurs des entrefers radiaux 23 et des entrefers axiaux 24 sont déterminés en fonction des conditions du projet. Leur ordre de grandeur est, par exemple, de 5 1 mm environ. De chaque côté axial de la pompe, les entrefers radiaux 23 et l'entrefer axial 24, ainsi que, d'une façon générale, les espaces internes de la pompe qui entourent les tourillons 14 et 5» ainsi que les éléments des dispositifs magnétiques men-10 tionnés, sont en liaison avec la chambre de sortie 22 ou 22*. Cette liaison est possible parce qu'il n'est pas nécessaire de lubrifier les paliers du rotor» L'appui sans contact est obtenu en ce que chacun des. enroulements mentionnés 13, 16 est parcouru par un cou— 15 rant. Ces courants, pour lesquels on peut aussi tenir compte du poids du rotor et d'une poussée axiale éventuellement exercée par l'écoulement sur le rotor, engendrent des champs électromagnétiques de traction qui traversent 1'électro-aimant et le paquet de tôles correspondant • Les forces de traction magnétiques ainsi développées 20 maintiennent le rotor dans la position requise. On peut faire varier ou régler l'intensité du courant dans chacun des enroulements et,, par suite, la force de traction de chacun des dispositifs magnétiques mentionnés. Le rotor est soutenu en rotation activement par voie magnétique. Dans le cas d'une telle pompe axiale à deux flux, la 25 poussée axiale exercée par l'écoulement sur le rotor est nulle ou relativement faible, de telle sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir les dispositifs électromagnétiques 9» 16, 8 avec une grande force. Ce serait le contraire pour de tels dispositifs électromagnétiques dans le cas de pompes à vide à tin seul flux. 30 On peut garantir le maintien précis en po sition médiane et/ou la compensation du balourd ou déséquilibre similaire de l'axe de rotor ou du rotor, notamment au moyen d'un dispositif pour mesurer l'entrefer sans contact, par exemple au moyen de capteurs inductifs ou capacitifs ou de détecteurs à plaques de 35 champ. En fonction de la grandeur des mesures d'entrefer, un régulateur électronique règle alors les forces magnétiques mentionnées. Ce réglage a lieu, en général, de façon telle que les largeurs des entrefers sont maintenues constantes» Comme on le voit sur la figure 2, on peut 40 remplacer les électro-aimants 4, 13 par un corps annulaire en tôle s-- 2238071 avec des dents 4' s'avançant vers l'intérieur et des enroulements 15« Chaque enroulement 15 entoure une dent 4'. Comme l'indiquent les flèches, les flux magnétiques traversent chaque fois deux enroulements 15 voisins en direction périphérique ou les dents 4', ainsi 5 que les culasses du corps annulaire et le paquet de tôles 7, cette traversée ayant lieu alternativement en direction périphérique. On peut supprimer les paquets de tôle 8, ainsi que les électro-aimants 9» 16, les deux paquets de tôles 7 présentant au lieu de cela des pourtours opposés obliques par rapport 10 à l'axe.du rotor et les paquets de tôles 4, 4' présentant des extrémités intérieures correspondantes parallèles à ces pourtours. Par suite de la suppression de tout agent lubrifiant ou réfrigérant des paliers, les vapeurs d'un tel agent ne peuvent pas, lorsque le rotor est à l'arrêt, pénétrer, à partir des 15 paliers du rotor et en traversant les espaces intermédiaires à aubes - mentionnés, dans la chambre à vide poussé 21, dans la tubulure d'aspiration 11 ou dans un espace à vider par pompage, non représenté, et relié à cette chambre ou à cette tubulure. Bien entendu, l'invention n'est pas limi— 20 tée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention® 6.- 2238071 REYBIDICAIIOE Pompe à vide comportant un rotor monté dans la chambre intérieure de son carter, notamment pompe turbomolé-culaire de ce type, pour produire un vide exempt de lubrifiant tel que huile, pompe caractérisée en ce que l'appui du rotor en rotation est assuré sans contact au moyen d'un dispositif magnétique (4, 13, Tï 9, 16, 8).