Brevet FR2617543A1 — publié le 19890106

POUPE TURBOXOLECULAIRE L'invention concerne une pompe turbomoléculaire avec disques rotoriques et statoriques agencés en alternat les uns à la suite des autres, les disques statoriques étant séparés les uns des autres par des anneaux d'écartement. Les disques rotoriques et statoriques des pompes turbomoléculaires sont en général constitués chacun par un anneau porteur intérieur dont le côté extérieur est muni d'aubes. En coopération avec les aubes statoriques, les aubes des disques rotoriques qui tournent à grande vitesse produisent l'effet de pompage. Des anneaux d'écartement disposés sur le pourtour extérieur entre les disques statoriques maintiennent ces derniers écartés de manière que les disques rotoriques puissent tourner entre eux, sans contact. Les disques statoriques et les anneaux d'écartement constituent ainsi ensemble le stator qui est centré par la paroi intérieure du corps ou carter de polpe. L'espace qui est délimité, d'une part, par la 'paroi intérieure du corps de pompe et, d'autre part, par les disques statoriques et les anneaux d'écartement, constitue, dans le cas des poupes turbomoléculaires, une zone extrémement critique du point de vue du reflux. Conne, pendant la marche, un rapport de pression extrêmement élevé, de l'ordre de plusieurs puissances de 10 (par exemple 10- 1 0 ) s'établit entre le côté vide préliminaire et le côté vide poussé de la pompe, il suffit de très petites quantités de gaz pour réduire de plusieurs ordres de grandeur ce rapport de pression, et par conséquent le vide final de la pompe.](me si la paroi intérieure du corps de pompe et les surfaces extérieures des disques statoriques et des anneaux d'écartement sont usinées très soigneusement, à grand frais, on ne peut pas éviter que de petites quantités' de gaz parviennent au côté vide poussé en passant, dans le sens opposé au pompage, par les inévitables espaces intermédiaires résiduels. La demande de - brevet allemand DB-AS 25 23 390 décrit la structure d'un stator pour une pompe turbomoléculaire, constitué essentiellement par des disques statoriques et des anneaux d'écartement. Lors de la construction, des évidements sont aménagés dans les couronnes des tubes statoriques, qui se trouvent entre les anneaux d'écartement. Ces évidements sont traversés par der axes qui fixent l'intervalle des anneaux d'écartement voisins. Ainsi, l'espace entre la paroi intérieure du corps, d'une part, et les disques statoriques et les anneaux d'écartement, d'autre part, est relié, par les disques statoriques, à la chambre de pompe. De ce fait, le gaz s'écoulant dans le sens opposé au pompage, du côté vide préliminaire vers le côté vide poussé, peut être repompé avant d'atteindre le côté vide poussé. La construction représentée dans la demande de brevet allemand DE-AS 25 23 390 constitue une solution compliquée et onéreuse du problème de l'empilement précis des disques statoriques et anneaux d'écartement et de l'élimination simultanée du courant de reflux. Outre le fraisage des évidements dans les disques statoriques, au cours d'une opération d'usinage particulière, il faut par exemple que les axes fixant l'intervalle des anneaux d'écartement soient fabriqués avec une grande précision et soient disposés sur les anneaux d'écartement. Cela est d'autant plus critique que, lors de l'empilage, les imprécisions des axes et des anneaux d'écartement s'additionnent. Lors de la fixation des axes dans les trous des anneaux d'écartement, il se crée de très petites cavités dans lesquelles de petites quantités de gaz sont occluses sous haute pression et sont ultérieurement libérées lors du fonctionnement de la pompe' et dégradent le vide. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'au bord extérieur du stator, il y a toujours, en alternat, un disque statorique et un anneau d'écartement. Aux endroits o les disques statoriques sont adjacents à la paroi intérieure du corps, la conductance offerte au courant de reflux est particulièrement grande car ces disques ne s'appliquent pas étroitement sur toute leur surface contre la paroi intérieure du corps, comme le font les anneaux d'écartement. Par la demande de brevet allemand DE-OS 22 14 702, il est connu d'empêcher le reflux par des anneaux d'étanchéité qui sont agencés en différents endroits entre la paroi intérieure du corps de pompe et le stator. Pour produire un vide poussé ou extrême, cela constitue 261-7543 toutefois une solution inappropriée, car ces anneaux d'étanchéité dégagent des gaz. En outre, on rencontre alors des problèmes aux températures élevées car les pompes turbomoléculaires sont en règle générale étuvées pour obtenir un vide de qualité. L'invention a pour but de réaliser le stator d'une pompe turbomoléculaire de manière qu'il satisfasse aux impératifs d'une marche fiable et précise du roter et assure une réduction efficace du courant de reflux. En outre, par rapport à l'état de la technique, les anneaux d'écartement et disques statoriques devront être plus simples' et plus économiques à fabriquer, et le montage de l'ensemble de la pompe devra être réalisable sans complication. Ces buts sont atteints par le fait que les anneaux d'écartement présentent, sur une ou deux faces frontales, des gorges longeant le périmètre extérieur, lesquelles ont pour effet d'établir des canaux entre anneaux d'écartement et côté intérieur du corps de pompe, et par le fait que des évidements sont prévus en direction radiale, sur au moins l'une des deux faces frontales des anneaux d'écartement, ces évidements établissant une communication entre les canaux et la chambre de pompe. Parmi les différentes formes de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment que.: - a) les anneaux d'écartement présentent, sur une face frontale ou sur leurs deux faces frontales, des gorges longeant le périmètre intérieur, lesquelles reçoivent les disques statoriques par l'extrémité extérieure de leurs aubes; - b) les disques statoriques sont maintenus, par leur bord extérieur, entre les surfaces frontales des anneaux d'écartement;. - c) la zone de transition d'un disque statârique, comprise entre le bord extérieur et les aubes réalisées pleines, pénètre dans les gorges longeant le périmètre intérieur des anneaux d'écartement; - d) les disques statoriques sont maintenus, à l'endroit du plus grand diamètre des aubes réalisées pleines, dans les gorges que les anneaux d'écartement comportent le long de leur périmètre intérieur. Des anneaux d'écartement ainsi constitués ont pour effet que les disques statoriques sont fixés avec un intervalle défini avec 2 6 1 7 5 4 3 précision, de sorte que les disques rotoriques peuvent tourner entre eux de manière fiable et précise. Les canaux selon l'invention qui, après l'assemblage, se trouvent sur le pourtour du stator, entre celui- ci et la paroi intérieure du corps de pompe, servent de volumes dans lesquels le gaz refluant s'accumule. Les évidements radiaux selon l'invention ont pour effet que le gaz parvient dans la chambre de pompe, entre disques statoriques et rotoriques, et peut ainsi être transporté de nouveau vers le côté vide préliminaire. La conductance globale offerte au reflux est réduite puisque les surfaces extérieures des anneaux d'écartement ne sont pas séparées alternativement par la partie des disques statoriques formée par les aubes qui sont la cause d'une conductance élevée pour le reflux dans cette région. Ces anneaux avec les gorges et les évidements radiaux peuvent être fabriqués à partir dM'un tube, avec les outils nécessaires, avec un seul montage sur un tour. Avec le stator réalisé cormme décrit plus haut en a), les disques statoriques sont maintenus dans les gorges longeant le périmètre intérieur des anneaux d'écartement. Ainsi, le rayon des disques statoriques peut. être légèrement plus petit que le rayon des gorges intérieures, ce qui est avantageux dans le cas d'une dilatation thermique du stator. Dans ce cas, la construction statorique classique. est une cause de difficulté, car les disques statoriques doivent s'étendre de façon à être en contact direct avec la paroi intérieure du corps de pompe, afin de réduire le courant de reflux. Les formes de réalisation mentionnées plus haut en b), c) et d) se rapportent à une construction dans laquelle des disques statoriques, par exemple réalisés par découpage à la presse, possèdent un mince anneausupport sur leur périphérie extérieure et sont maintenus entre les anneaux d'écartement. Pour réduire le courant de reflux entre disques rotoriques et statoriques, dans la région entre le bord extérieur des disques statoriques et les aubes statoriques réalisées pleines, cette région pénètre, conmme indiqué en c), dans des gorges longeant le périmètre intérieur des anneaux d'écartement. En outra, les disques statoriques peuvent être fixés dans cette région, entre les ann-eaux d'écartement, aux fins de positionnement et de stabilisation, coame indiqué plus haut en d). Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant au dessin annexé dont les figures représentent: - la figure 1, un agencement selon l'invention, dans lequel les disques statoriques sont maintenus dans des gorges des annux d'écartement; - la figure 2, un agencement selon l'invention, dans lequel les disques statoriques sont maintenus entre les surfaces frontales des anneaux d'écartement; - la figure 3, une vue en plan d'un anneau d'écartement; et - la figure 4, un anneau d'écartement en coupe et en vue latérale. Les figures 1 et 2 montrent, à gauche en coupe et à droite en élévation, une vue partielle de l'intérieur d'une pompe turbomoléculaire. Les disques rotoriques sont désignés par la référence 1 et les disques statoriques par la référence 2. Les disques statoriques sont séparés par des anneaux d'écartement 3 selon l'invention. Les disques statoriques et les anneaux d'écartement forment ainsi ensemble le stator qui est centré sur la paroi intérieure 4 du corps ou carter de pompe. Les anneaux d'écartement possèdent, sur une face frontale ou sur les deux, des gorges 5 longeant le périmètre extérieur. Ces gorges forment, entre les anneaux d'écartement et la paroi intérieure du corps de pompe, des canaux qui communiquent avec la chambre de poupe 8 par des évidements radiaux 6. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1,;on utilise des disques stetoriques 2 qui ont été' réaliss par - exemple par fraisage, et leurs aubes vont Jusqu'au bord extérieur. Ces disques sont fixés axialement et radialement au pourtour intérieur des anneaux d'écartement 3 par des gorges 7. Un interstice 12 subsiste entre le diamètre intérieur des garges et le diamètre extérieur des disques statoriques, pour absorber les dilatations thermiques. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, on utilise des disques statoriques 2 qui ont été réalisés par exemple à 2 6 1 7 5 4 3 partir de tôle mince, par découpage à la presse. Ils sont entourés par un bord plat extérieur 9 et par une zone de transition 10 entre eux et les aubes qui sont réalisées pleines. Ce bord plat extérieur est maintenu entre les faces frontales des anneaux d'écartement 3. La zone de transition 10 déborde dans les gorges 7 longeant le périmètre intérieur des anneaux d'écartement. Les disques statoriques 2 peuvent en outre être fixés à l'emplacement du plus grand diamètre 11 des aubes réalisées pleines. Les gorges 5 et 7 qui suivent le périmètre extérieur et le périmètre intérieur sont représentées dans les exemples considérés, avec une section droite rectangulaire et les évidements radiaux 6 avec une section droite triangulaire. Les gorges 5 et 7 et les évidements 6 peuvent toutefois présenter tout aussi bien n'importe quelle autre forme de section droite. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIOIS: 1. Pompe turbomoléculaire avec rotor et disques statoriques agencés en alternat les uns à la suite des autres, les disques statoriques étant séparés les uns des autres par des anneaux d'écairtement, caractérisée par le fait que les anneaux d'écartement (3) présentent, sur une ou deux faces frontales, des gorges (5) longeant le périmètre extérieur, lesquelles ont pour effet d'établir des canaux entre anneaux d'écartement et côté intérieur (4) du corps de pompe, et par le fait que des évidements (6) sont prévus en direction radiale, sur au moins l'une des deux faces frontales des anneaux d'écartement, ces évidements (6) établissant une communication entre les canaux et la chambre de pompe (8). 2. Pompe turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les anneaux d'écartement présentent, sur une face frontale ou sur leurs deux faces frontales, des gorges (7) longeant le périmètre intérieur, lesquelles reçoivent les disques statoriques par l'extrémité extérieure de leurs aubes. 3. Pompe turbonoléculaire selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les disques statoriques sont maintenus, par leur bord extérieur (9), entre les surfaces frontales des anneaux d'écartement. 4. Pompe turbomoléculaire selon les revendications 1 & 3, caractérisée par le fait que la zone de transition (10) d'un disque statorique, comprise entre le bord extérieur et les aubes réalisées pleines, pénètre dans les gorges longeant le périmètre intérieur des anneaux d'écartement. 5. Pompe turbomoléculaire selon les revendications 1. A 4, caractérisée par le fait que les disques statoriques sont maintenus, à l'endroit du plus grand diamètre (11) des aubes réalisées pleines, dans les gorges que les anneaux d'écartement comportent le long de leur périmètre intérieur.