Brevet FR2219320A1 — publié le 19740920

La présente invention concerne une pompe à vide turbomoléculaire comportant un rotor et un arbre moteur accouplé à ce rotor et monté à rotation dans des paliers. Les pompes turbomoléculaires utilisées en tant que pompes à vide sont connues. Elles opèrent dans le champ du courant molécuiaire et requièrent de ce fait des vitesses de rotation très élevées étant donné que l'effet de transport est engendré par transmission d'impulsions aux molécules gazeuses par les aubes fixées au rotor et animées d'une grande vitesse de rotation, de sorte que la vitesse périphérique de ces aubes doit se trouver dans l'ordre de grandeur de la vitesse thermique moyenne de ces molécules. La vitesse de rotation élevée qui en résulte constitue un problème sérieux pour les paliers installés dans le vide, pro blème qui n'a pas été résolu de façon satisfaisante-jusqu'à présent. I1 est connu d'utiliser des roulements à billes classiques pour monter l'arbre du rotor dans le vide (voir par exemple la demande de brevet publiée en Rép. Féd. d'Allemagne sous le no OS 2 119 857). Mais ces roulements sont particulièrement sujets à dérangements lorsqu'ils fonctionnent dans le vide, et leur durée de service s 'en trouve raccourcie. En particulier, leur lubrification et leur refroidissement posent des problèmes. Dans le vide, le roulement tend à s'assécher.Par suite du manque d'atmosphère le refroidissement des billes et de la cage de roulement est mauvais. Ces deux circonstances font que le roulement est vite endommagé lorsqu'il est soumis à une surcharge. Il est vrai que l'emploi de paliers magnétiques apporte une certaine-amélioration, mais au prix d'une complication technique prohibitive, de sorte que jusque présent on a renoncé à employer de tels paliers dans la construction en série de pompes turbomoléculaires. Le problème que veut résoudre l'invention est donc de creer une pompe à vide turbomoléculaire comportant un rotor et un arbre moteur accouplé à ce rotor et monté à rotation dans des paliers qui soient non seulement en mesure de supporter dans le vide les sollicitations sévères dues a la grande vitesse de rotation et à la longue durée de service, mais en outre qui soient beaucoup moins coûteux et moins encombrants comparativement aux paliers magnétiques. Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit essentiellement que tous les paliers de l'arbre du rotor sont des paliers glissants. I1 a été constaté que les paliers d'une pompe turbomoléculaire ainsi conçue avaient une longévité considérablement plus grande. Dans une pompe turbomoléculaire à arbre rotorique vertical il y a avantage à prévoir deux paliers glissants radiaux et un palier axial glissant et à disposer la commande électromotrice entre les deux paliers radiaux. Le palier glissant axial est de préférence constitué par l'extrémité d'arbre inférieure de forme hémisphérique et par un coussinet de forme adaptée. Une telle combinaison de paliers s'est révélée particulièrement efficace dans des pompes turbomoléculaires à arbre rotorique disposé verticalement. On peut, dans cette disposition, utiliser soit des paliers glissants hydrodynamiques, soit des paliers glissants hydrostatiques, soit ces deux types de paliers.En particulier en ce qui concerne le palier radial supérieur il est particulièrement avantageux de prévoir un palier glissant fonctionnant partiellement hydrostatiquement et partiellement hydrodynamiquement. Il y a en outre intérêt à prévoir en plus un palier d'arrêt axial, ou butée, conçu sous forme d'un palier glissant ou à roulement à billes. Grace à cette butée, l'arbre ne peut s'échapper en direction axiale. Pour la lubrification des paliers l'arbre rotorique comporte un alésage central servant de conduit de lubrifiant, relié aux paliers radiaux glissants, à la hauteur de ceux-ci, par des alésages d'orientation radiale. Dans le cas d'un arbre rotorique disposé verticalement, au moins le tronçon inférieur du conduit de lubrifiant peut présenter une forme qui, lorsque cet arbre tourne, fait que le lubrifiant est déplacé vers le haut. L'amenée de lubrifiant dans l'orifice inférieur du conduit lubrifiant peut être assurée à l'aide d'un petit tube engagé dans cet orifice. I1 est ainsi possible de régler la pression du lubrifiant en fonction de la disposition du tronçon inférieur du conduit de lubrifiant et de la quantité de lubrifiant amenée, de sorte qu'avec cette pompe à huile on peut alimenter aussi bien des paliers glissants hydrostatiques que des paliers glissants hydrodynamiques. D'autres avantages et détails de l'invention apparaîtront dans la description d'exemples d'exécution faite ci-après avec référence au dessin, sur lequel - la figure 1 est une vue partiellement en coupe d'une pompe à vide turbomoléculaire conçue selon l'invention, - les figures 2 et 3 représentent le palier supérieur glissant de la pompe selon la fig.l, et - la figure 4 représente une variante du palier de butée axiale. On voit à -la fig.l une pompe à vide turbomoléculaire 1 comportant un rotor 2 muni d'aubes 3 et fixé sur le tronc de cône 4 de llarbre-rotorique 5. Ce dernier est monté dans un système de paliers comprenant les paliers glissants 6 et 7, dont les coussinets portent les repères 8 et 9 respectivement, et un palier glissant axial 10 (palier dtappui inférieur) formé par l'extrémité inférieure hémisphérique de l'arbre 5 et-le coussinet 11 de forme correspondante. Pour empêcher l'arbre 5 de se déplacer axialement on a en outre prévu le palier d'arrêt 12 compose d'une collerette 16 solidaire de l'arbre 5 et coopérant avec le coussinet 9 du palier glissant 7. La commande électromotrice 13 est disposée entre les deux paliers glissants 6 et 7. Pour alimenter en lubrifiant, par exemple en huile, les paliers glissants, l'arbre 5 comporte un alésage axial central 14 relié aux paliers 6 et 7 par des canaux radiaux 15. L'alésage central 14 présente dans sa partie inférieure une forme conique s'évasant vers le haut, de sorte que l'huile amenée par le petit tube 17 se trouve transportée vers le haut lorsque l'arbre 5 tourne. Ce petit tube 17 communique avec une chambre à huile 19 par l'intermédiaire du canal 18. Pour controler le niveau de l'huile dans la chambre 19 il est prévu un regard 20. La lubrification de palier glissant 10 est assurée par l'intermédiaire des canaux 21 qui sont également reliés à la chambre à huile 9. L'huile est envoyée par l'alésage central 14 aux canaux radiaux 15 conçus de préférence sous forme d'ajutages. L'huile issue des ajutages 15 lubrifie les paliers 6 et 7 et retombe entre autres par les canaux 22a et 22b, ainsi que le long de l'enroule- ment 13 du moteur, dans la chambre à huile 19. On a représenté aux fig. 2.et 3 le palier glissant supé rieur 6 isolé du reste de la pompe. I1 s'agit d'un palier mixte hydrodynamique et hydrostatique. Dans ce but le coussinet de palier 8 comporte des évidements 23 à 26 orientés axialement (voir fig.3), en-forme de rigoles. L'alésage radial 15 servant à amener l'huile est disposé directement au-dessus du palier 6. L'huile redescend entre l'arbre 5 et le coussinet 8. Le palier axial d'arrêt 12 représenté à la fig.l est conçu en tant que palier glissant. I1 est toutefois possible de le réaliser sous forme d'un palier à billes; cette variante fait l'objet de la fig.4. La bague intérieure du roulement 28 est éventuellement rencontrée par la collerette 16 solidaire de l'arbre 5. La lubrification est assurée par l'huile qui retombe par le canal 22 b. REVENDICATIONS 1.- Pompe à vide turbomoléculaire comportant un rotor et un arbre moteur accouplé à ce rotor et monté à rotation dans des paliers, cette pompe étant remarquable en ce que tous les paliers de l'arbre rotorique sont conçus en tant que paliers glissants. 2.- Pompe selon la revendication 1, avec arbre rotorique disposé verticalement, remarquable en ce qu'elle comporte deux paliers glissants radiaux et un palier glissant axial. 3.- Pompe selon la revendication 2, remarquable en ce qu'une commande électromotrice est prévue entre les deux paliers glissants radiaux. 4.- Pompe selon la revendication 2 ou 3, remarquable en ce que le palier glissant axial est constitué par l'extrémité d'arbre inférieure de forme hémisphérique et par un coussinet de forme. adaptée. 5.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, remarquable en ce qu'elle comporte en outre un palier d'arrêt axial conçu en tant que palier glissant ou à roulement. 6.- Pompe selon la revendication 5, remarquable en ce que le palier d'arrêt axial est constitué par une collerette solidaire de l'arbre rotorique et coopérant avec le coussinet de -l'un des paliers glissants radiaux. 7.- Pompe selon l'une quelconque des- revendications précédentes, remarquable en ce que l'arbre rotorique comporte un alésage central servant de conduit de lubrifiant, relié aux paliers radiaux glissants, à la hauteur de ceux-ci, par des alésages d'orientation radiale. 8.- Pompe selon la revendication 7 en combinaison avec l'une quelconque des revendications 2 à 5, remarquable en ce qu'au moins le tronçon inférieur du conduit de lubrifiant présente une forme qui, lorsque cet arbre tourne, fait que le lubrifiant est déplacé vers le haut, et en ce que dans le champ de l'orifice inférieur du conduit de lubrifiant est disposé un petit tube d'amenée de lubrifiant. 9.- Pompe selon la revendication 8, remarquable en ce que le petit tube d'amenée de lubrifiant est en communication avec une chambre à huile. 10.- Pompe selon les revendications 4 et 9 ensemble, remarquable en ce que l'alimentation en huile du palier glissant axial inférieur est assurée par des canaux communiquant avec la chambre à huile. 11.- Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que ses paliers sont des paliers hydrostatiques, hydrodynamiques ou partiellement hydrostatiques et hydrodynamiques. 12.- Pompe selon la revendication 11, remarquable en ce qu'au moins un coussinet comporte des évidements axiaux en forme de rigoles.