Brevet FR2458351A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne un procédé de production d'une roue à aubes pour le rotor d'une turbopompe moléculaire, dans lequel des fentes radiales sont usinées dans la zone périphérique d'un disque, puis les segments résultants subissent une torsion autour de leur axe radial pour former les aubes requises. L'in- vention concerne également un rotor équipé de roues à aubes de ce type. Une telle production de roues à aubes est décrite par exemple dans "Vakuumtechnik", 23ème année, nO 4, pp. 109 sqq. Les aubes doivent d'une part être aussi fines que possible, afin de per- mettre une torsion facile et de présenter ainsi des surfaces frontales aussi petites que possible. Ces surfaces frontales pré- sentent en effet un "angle d'incidence" normal par rapport à la surface de l'aube. En d'autres termes, toutes les molécules attei- gnant une surface frontale reçoivent une impulsion de sens opposé au sens de débit souhaité et produit par la surface de l'aube. Cette influence gênante des surfaces frontales croit avec l'épais- seur des aubes. Les aubes produites de la façon décrite ne doivent par ailleurs pas être trop fines, afin de présenter une résistance suffisante aux vitesses de rotation élevées de la pompe. Les aubes produites par sciàge puis torsion présentent en outre une largeur et par suite une masse croissant radialement vers l'extérieur, ce qui impose des conditions supplémentaires de résistance. Les disques servant à la production des roues à aubes ne doivent enfin pas être trop minces, car un usinage unilatéral risque de les exciter en oscillation, ce qui nuit à la fiabilité de l'usinage. Dans le cas de toutes les turbopompes moléculaires connues, dont les rotors comportent des roues à aubes produites selon le procédé précité, ces conditions contradictoires imposées à l'épais- seur des aubes ont fait l'objet d'un compromis, qui détermine dans une large mesure les propriétés de la turbopompe moléculaire. Dans un autre type de turbopompes moléculaires, les roues à aubes sont produites uniquement par usinage de fentes obliques dans les zones périphériques des disques du rotor (cf. par exemple le brevet suisse n0 532 199). Un tel procédé de production évite certes sur les aubes des surfaces frontales à "angle d'incidence" incorrect, mais est beaucoup plus coûteux que le procédé du type précédemment décrit et auquel l'invention se rapporte éga- lement. L'invention a pour objet d'améliorer le procédé connu de production d'une roue à aubes pour le rotor d'une turbopompe moléculaire, dans lequel des fentes radiales sont usinées dans la zone périphérique d'un disque, puis les segments résultants subis- sent une torsion autour de leur axe radial pour former les aubes requises, de façon que les turbopompes moléculaires dont les rotors sont équipés de roues à aubes ainsi produites présentent des propriétés de pompage nettement meilleures. Selon une caractéris- tique essentielle de l'invention, le disque servant à la production d'une roue à aubes est usiné, avant le sciage des fentes radiales, de façon à présenter une épaisseur qui décroît radialement vers l'extérieur, continûment ou en gradins. Un rotor équipé de roues à aubes ainsi produites peut fonctionner à des vitesses de rotation nettement supérieures, c'est-à-dire avec des vitesses circonféren- tielles beaucoup plus élevées, car la masse des aubes décroît vers l'extérieur par suite de la décroissance radiale de leur masse vers l'extérieur. Une turbopompe moléculaire équipée d'un tel rotor pré- sente ainsi une capacité d'aspiration nettement meilleure et une compression plus élevée, en particulier dans le cas de gaz légers, tels que H2. L'épaisseur de l'aube et par suite la surface frontale gênante sont faibles dans les zones extérieures, o la vitesse cir- conférentielle t est particulièrement élevée, ce qui est également avantageux pour les propriétés de pompage. L'épaisseur de la roue à aubes dans la région du moyeu est de préférence de 5 à 15 fois supé- rieure à celle dans la zone périphérique. Une épaisseur décroissant d'environ 5 mm à environ 0,5 mm s'est révélée être avantageuse dans le cas d'un disque d'un diamètre d'environ 18 cm. Le rotor d'une turbopompe moléculaire comporte généralement plusieurs roues superposées, dont les aubes présentent fréquemment une longueur et/ou un angle d'incidence différents par étage et décroissant du côté vide poussé au côté vide préliminaire. Un rotor équipé de roues à aubes produites selon l'invention peut donc être réalisé par exemple en produisant d'abord des disques séparés avec les roues à aubes requises, puis en les assemblant dans l'ordre voulu. Il est toutefois particulièrement avantageux d'usiner un tel rotor dans la masse. Des évidements perpendiculaires à l'axe sont alors usinés dans un bloc cylindrique d'aluminium par exemple, de façon à permettre la production des roues à aubes à partir des nervures restantes. Cette phase de production des évidements par tournage par exemple peut s'effectuer simultanément de façon que les étages restants présentent une épaisseur qui décroit radiale- ment vers l'extérieur. Les aubes sont ensuite produites de façon connue par sciage et torsion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exemples de réalisation de disques à aubes et du dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente un disque de rotor dont l'épaisseur décroît continûment dans la zone périphérique; la figure 2 représente un disque de rotor dont l'épaisseur décroît radialement vers l'extérieur en trois gradins; la figure 3 est le plan partiel d'un disque ainsi produit; et la figure 4 représente un rotor usiné dans la masse et en cours de fabrication. Le disque 1 de rotor selon figure 1"présente une épaisseur qui décroit continûment dans la zone périphérique 2. L'épaisseur du moyeu 3 comprenant l'axe 4 est choisie de façon que la super- position et la fixation relatives de tels disques permettent de réaliser un rotor de turbopompe moléculaire. L'épaisseur du disque de rotor selon figure 2 ne décroît pas radialement vers l'extérieur de façon continue, mais en trois gradins 5, 6 et 7. La figure 3 est le plan partiel d'un disque 1 ainsi produit. Elle représente en outre quelques fentes radiales 9, réalisées par sciage par exemple. Les segments 10 obtenus entre les fentes 9 subissent une torsion autour de leur axe radial pour former les aubes requises. Des aubes de longueur et angle d'incidence ou lar- geur différents peuvent être souhaitables selon la position du disque par rapport au côté vide poussé. La longueur ou la profon- deur et l'écartement des fentes 9 permettent de déterminer la longueur et la largeur des aubes. Des angles d'incidence diffé- rents sont obtenus par une torsion différente. Un écartement aussi grand que possible des aubes peut enfin être souhaitable, en parti- culier du côté vide poussé d'un rotor. Des lames plus larges pour le sciage des fentes 9 permettent d'obtenir ce résultat. La figure 4 représente un rotor Il selon l'invention, usiné dans la masse et en cours de fabrication. Des évidements radiaux 12 ont été usinés sur un bloc d'aluminium cylindrique, avec une profondeur et un écartement tels que les aubes peuvent être produites 1S selon l'invention à partir des parties 13 restantes. L'épaisseur des parties 13 est diminuée radialement vers l'extérieur, soit par tournage pendant l'usinage des évidements 12, soit ultérieurement par tournage au cours d'une phase opératoire distincte. Une épais- seur des roues à aubes décroissant en gradins a de nouveau été adoptée dans l'exemple de réalisation représenté. Le sciage et la torsion des zones extérieures des parties 13 s'effectuent ensuite de la façon précédemment décrite pour les figures 2 et 3, de façon qu'un rotor 11 monobloc est produit. Un rotor selon l'invention pour une turbopompe moléculaire peut fonctionner à une vitesse de rotation supérieure de 40 % a celle d'un rotor selon l'art antérieur, c'est-à-dire équipé d'aubes d'épaisseur constante. Un rotor en aluminium, dimensionné par exemple pour 42 000 tr/mn selon l'art antérieur, peut fonc- tionner à 59 000 tr/mn environ quand il est produit selon l'inven- tion. Il en résulte un accroissement notable des valeurs de com- pression et une amélioration du débit d'aspiration, en particulier dans le cas de gaz légers. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de production d'une roue à aubes pour le rotor d'une turbopompe moléculaire, dans lequel des fentes radiales sont usi- nées dans la zone périphérique d'un disque, puis les segments résultants subissent une torsion autour de leur axe radial pour former les aubes requises, ledit procédé étant caractérisé en ce que le disque 1, 13 servant à la production d'une roue à aubes est usiné, avant le sciage des fentes radiales 9, de façon à pré- senter une épaisseur qui décroSt radialement vers l'extérieur, con- tinûment ou en gradins. 2. Procédé de production d'un rotor avec des roues à aubes pro- duites par le procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que les disques 1 des roues A aubes sont d'abord produits indivi- duellement, puis assemblés pour former un rotor. 3. Procédé de production d'un rotor avec des roues à aubes pro- duites par le procédé selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il est tourné dans la masse, au moins par étages & plusieurs roues & aubes. 4. Rotor pour turbopompe moléculaire produit par un procédé selon une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les aubes constituant les roues présentent une épaisseur qui décroît radia- lement vers l'extérieur, continûment ou en gradins. 5. Rotor selon revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur des aubes dans la région du moyeu est de 5 à 15 fois supérieure à celle dans la zone périphérique. 6. Rotor selon une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il est monobloc. 7. Rotor selon une quelconque des revendications 4 à 6, caracté- risé par un entraxe, une largeur, une longueur et un angle d'inci- dence différents des aubes des diverses roues.