Brevet FR2310481A1 — publié le 19761203

La présente invention a pour objet des perfectionnem.erts aux pompes turbosmoléculaires. un sait que ces pompes, pourvues d'une enveloppe où on a fait un vide préliminaire, permettent de créer un vide très poussé dans une chambre à laquelle elles sont connectées, trace à la rotation à vitesse élevée, de l'ordre de 24.Uuu tours par minute, de leur ccrps central à axe vertical se mouvant par rapport à un stator fixe. Plus précisément, ces dispositifs comportent un moteur électrique ayant un axe vertical et dont le rotor est solidaire, en rotation, d'un corps de turbine pourvu de palettes qui sont interposées entre des palettes fixes analogues du stator de la turbine. Le mouvement rotatoire très rapide du premier groupe de palettes, interagissant avec les palettes du stator,donne lieu à un mouvement moléculaire vers la partie où est logé le moteur, ctest-à-dire, habituellement, vers le bas. L'objet de l'invention est de maintenir la construction générale susmentionnée d'une pompe de ce genre, tout en y apportant des changements qui permettent d'améliorer ses performances, plus particulièrement le rendement, le débit et le rapport de compression. Tandis que les pompes connues comportent un couvercle terminal doté d'une surface supérieure lisse à contour circulaire, fixé au rotor de la turbine et couvrant la cavité où aboutit l'extrémité supérieure de l'arbre du moteur électrique, suivant une première caractéristique de la pompe selon l'invention, cette surface comporte, dans sa partie centrale, un cône saillant autour duquel sont ménagées des nervures annulaires ayant une section dissymétrique en forme de dent de scie dont le c8té le plus proche de l'axe du rotor est disposé parallèlement à ce dernier et dont l'autre c8té est incliné, de préférence à 450. L'ensemble forme une structure analcgue à la structure d'une lentille de Fresnel, et puisque celle-ci est disposée face à la tubulure d'où sont extraites les molécules de gaz, lesdites molécules arrivant vers la turbine, en heurtant le couvercle denté selon l'invention, sont déviées vers la paroi latérale et ne rebondissent pas vers le haut ; elles ne forment donc pas obstacle à l'ar- rivée d'autres molécules, La conductance d'entrée est ainsi auo- mentée. Une deuxième caractéristique avantageuse de la pompe selon lin- vention réside dans le fait que ledit couvercle comporte, sur sa périphérie, une ou plusieurs séries de palettes conjuguées avec des palettes du stator et ayant une profondeur radiale plus impor- tante que celle des palettes restantes. Il résulte aussi de cette disposition, une plus grande conductance d'entrée. Selon une troisième caractéristique, le premier étage du stator (du coté d'arrivée des molécules), porte des palettes ne s'étendant que sur une partie de son extension radiale, en laissant ainsi, à l'intérieur, une zone annulaire dépourvue de palettes. Ceci permet une construction plus robuste que les constructions connues et évite la destruction de la pompe lors d'une implosion de gaz. Un inconvénient très sérieux des pompes de construction connue est que le rapport de compression qu'on peut obtenir est toujours très bas, particulièrement dans le cas de gaz légers, tels que l'hydrogène ou l'hélium. Pour remèdier à cet inconvénient, les palettes du rotor et du sta tOr de la pompe selon l'invention sont fraisées jusqu'à la racine pour les étages à haute pression, tandis que ladite pompe comporte une succession de garnitures qui réduisent les pertes de vide en arrivant presque à les éliminer. Le rapport de la longueur radiale à la longueur axiale de la palette est presque égal à 1 dans les étages à haute pression. Ceci assure une efficience élevée. Par l'ensemble de ces dispositions, on réalis-e une pompe dont le rapport de compression atteint jusqu'à dix fois celui des pompes connues. Pour ces pompes devant tourner à une vitesse très élevée, le pro blase de la lubrification est d'extreme importance. Pans les pompes connues, la lubrification est obtenue par une tuyère à double conic té, externe et interne, qui est immergée dans un puisard à parois transparentes contenant de l'huile qui est aspirée et refoulée à travers des paliers à billes supportant l'arbre du rotor. Cette construction provoque un échauffement important des paliers. Au contraire, dans la pompe selon l'invention, on effectue une Ibrification par capillarité. L'huile aspirée par action centrifuge par la tuyère conique et refoulée dans une chambre ménagée au-dessus du palier supérieur, est amenée par des trous verticaux dans un puisard annulaire qui ne baigne directement que le coté inférieur de la bague extérieure du roulement et, par capillarité, remonte en fournissant une quantité convenable d'nuile au palier. Une certaine quantité d'huile, en retombant, lubrifie le palier inférieur. Les deux paliers sont maintenus par des anneaux de caoutchouc ou autre matériau élastique pour absorber les vibrations, mais au moins l'un d'eux est monté sur deux anneaux de caoutchouc ou matériau analogue disposés concentriquement à l'extérieur du palier et assemblés par une rondelle coupée en secteurs pour faciliter son montage ; l'ensemble autorise un mouvement axial très souple et libre, mais un mouvement radial assez rigide, bien qu'amorti. Ceci permet d'obtenir une précharge très positive sur les paliers et, partant, assure à ces derniers une très longue durée de fonctionnement. Les caractéristiques susdites, et d'autres encore, ressortiront clairement de la suite de la présente description, et des dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une coupe axiale d'une pompe selon 11 invention, suivant une forme de réalisation préférée - La figure 2 est une coupe horizontale partielle de la pompe représentée à la figure 1 et, - La figure 3 est une coupe partielle, à plus grande échelle, analogue à la figure 1. En se référant aux dessins, la pompe représentée comporte une enveloppe cylindrique 1 pourvue, dans sa partie supérieure, d'une large ouverture 2 pour son raccordement & la chambre oW l'on doit créer un vide poussé, et fermée dans sa partie inférieure, par une plaque 3 dotée d'une ouverture 4 permettant rétablir une communication avec le vide préliminaire. La plaque 3 comporte une partie saillante cylindrique 5 à l'intérieur de laquelle est, logé un moteur électrique 6 dont le rotor 7, supporté par les paliers à billes 8 et 2 est solidaire en rotation du rotor 10 de la turbine lequel comporte un groupe de palettes radiales-11, insérées entre des palettes similaires 12 portées par le stator de la turbine qui est également logé dans l'enveloppe 1. Un puisard 13, réalisé en un matériau transparent, est monté au dessous de la plaque 3. Dans ce puisard, est Immergée l'extrémité inférieure conique 14 de l'arbre du rotor 7 laquelle est pourvue d'un passage coni-que, raccordé à un canal cylindrique 15 disposé en succession et qui traverse ledit arbre sur une grande partie de sa longueur. Ledit canal se termine en correspondance d'ouvertures radiales 16 débouchant à l'extérieur de la partie tournante, au-dessus du palier supérieur 9, dans une chambre annulaire 17 qui, par l'intermédiaire de trous verticaux 18, communique avec un puisard 19 annulaire, en contact avec le cOté inférieur de la bague ou couronne externe dudit palier à billes 9.L'huile sté- coulant dans le puisard annulaire 19~remontre par capillarité en lubrifiant le palier supérieur, tandis qu'une certaine quantité d'huile, en retombant, lubrifie le palier inférieur. Comme on le voit clairement sur le dessin, un couvercle 20 est place sur la partie supérieure du rotor 10 de la turbine et recouvre l'extrémité supérieure de l'arbre 7. La face supérieure de ce couvercle comporte un cOne central 21 orienté vers 11 extérieur et entouré par des nervures annulaires 22 à section triangulaire dont le cOté intérieur est droit et parallèle à l'axe du rotor et dont le coté extérieur est incliné approximativement à 450 par rapport audit axe. En outre, ledit couvercle 20 comporte, sur sa périphérie, une ou plusieurs palettes 23 conjuguées ou coopérant avec des palettes 24 du stator et ayant une extension radiale plus importante que celle des palettes restantes. Sur la figure 2, on voit que le premier étage du stator (du côté d'arrivée des molécules) porte des palettes ne s'étendant que sur une partie de son extension radiale, en laissant ainsi subsister, intérieurement, une zone annulaire 25 dépourvue de palettes. Du c8té opposé, c'est-à-dire du côté de la haute pression, les palettes 26, comme les palettes du rotor avec lesquelles elles coopèrent, sont fraisées jusqu'à la racine et comportent un groupe de garnitures 27 pour maintenir le vide. Dans cet étage, le rapport entre la longueur axiale et la longueur radiale delta palette es-t à peu près de 1/1. Comme on le voit mieux sur la figure 3, le palier supérieur 9 est supporté par un anneau 28 de matériau semi-élastique qui s'engage dans une rainure annulaire du stator. L'autre palier (palier inférieur 8) est install-é au moyen de deux anneaux 29 et 30 , en caout chouc ou autre matériau doté d'une élasticité convenable, et reliés par une rond-elle 31 coupée en secteurs pour faciliter son montage. B'invention a été décrite et représentée dans une forme de réalisation préférée, donnée à titre d'exemple, mais il est évident que, dans la pratique, l'homme de l'art pourra y apporter des variantes et modifications, sans pour cela sortir du cadre de ladite invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Perfectionnements aux Pompes turbo-moléculaires, caractéri sés en ce qu'elles comportent, sur la partie supérieure de leur rotor, c'est-à-dire du côté tourné vers la zone de vide poussé, un couvercle pourvu d'un cône central saillant entouré par des nervures angulaires ayant une section triangulaire dissymétrique dont le côté intérieur est disposé parallèlement à l'axe du ro tor et dont le côté extérieur est incliné, de préférence à 450, par rapport audit axe. 2. - Perfectionnements aux pompes turbo-moléculaires, selon la revendication 1, caractérisés en ce que ledit couvercle comporte, sur sa périphérie, une ou plusieurs séries de palettes coopérant avec des palettes du stator, et ayant une Profondeur n@diale pl@ importante que celle des palettes restantes. 3. - Perfectionnements aux pompes turbo-moléculaires, @elon la revendication 1, caractérises en ce que le premier étacre du stator porte des palettes ne s'étendant que sur une partie de su@ erten- sion radiale, en laissant ainsi subsister, intérieurement, une zone annulaire dépourvue de palettes. 4 Penfectionnements aux pompes turbo-moléculaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le rotor comme le stator de la pompe, comportent,sur l'étage à haute pression de ladite pompe, de; palettes fraisées jusqu'à .a racine et ayant un rapport approximativement unitaire entre la longueur radiale et la longueur radiale. 5. - Perectionnements aux pompes turbo-moléculai es, selon la revendication 4, caractérisés en ce que des garnitures pour le maintien du vide sont disposées sur l'étage à haute pression. 6. - Perfectionnements aux Pompes turbo-moléculaines, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que l'on réalise la lubrification au moyen de puisards d'huile et par pilarité, avec une grande quantité d'huile qui passe par des trous axiaux, mais avec une faible quantité d'huile qui lubrifie le pa lie:' supérieur. 7. @ Perfectionnements aux pompes turbo-moléculeires, selon la re vendication 6, caractérisés en ce que l'huile aspirée à travers l'arbre du rotor et refoulée dans une chambre ménagée au-dessus du palier supérieur, est amenée, par des trous verticaux, dans un puisard annulaire qui ne baigne directement que le côté inférieur de la bague extérieure du roulement, et, par capillaritSé , remonte en fournissant ainsi une quantité convenable d'huile audit palier; une certaine quantité d'huile, en retombant, assurant la lubrification du palier inférieur. 8. - Perfectionnements aux pompes turbo-moléculaires selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisés en ce qu'au moins l'un des paliers à billes est monté sur deux anneaux de caoutchouc ou autre matériau doté d'une élasticité convenable, disposés concentriquement, à l'extérieur dudit palier et reliés par une rondelle coupée en secteurs.