EP1443214A1 - Stator d'une pompe turbomoléculaire - Google Patents

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EP1443214A1
EP1443214A1 EP04290163A EP04290163A EP1443214A1 EP 1443214 A1 EP1443214 A1 EP 1443214A1 EP 04290163 A EP04290163 A EP 04290163A EP 04290163 A EP04290163 A EP 04290163A EP 1443214 A1 EP1443214 A1 EP 1443214A1
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EP
European Patent Office
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stator
fins
sectors
sector
turbomolecular pump
Prior art date
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EP04290163A
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German (de)
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EP1443214B1 (fr
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Laurent Maniglier
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Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel SA
Nokia Inc
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Publication date
Application filed by Alcatel SA, Nokia Inc filed Critical Alcatel SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/64—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps
    • F04D29/644—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to pumps turbomolecular, suitable for pumping gases and creating a vacuum pushed into an empty enclosure.
  • Turbomolecular pumps usually have a stator multistage device with fins engaged between fins of a multi-stage central rotor.
  • a multistage turbomolecular pump rotor includes a axial series of rotor stages each consisting of a crown central from which depart, in a substantially radial direction, rotor fins regularly distributed around the periphery of the central crown.
  • the assembly is rotatably mounted along an axis of rotation, and is driven by motor means.
  • the multistage stator is composed of an axial series of annular stators each forming a stator stage, each stage stator being formed of an annular rim from which depart, in substantially radial direction, inclined fins.
  • stator stage inclined fins come engage between the inclined fins of two rotor stages successive.
  • turbomolecular pumps include means for mounting and dismounting radial elements stator around the rotor.
  • stator After having produced a multi-stage monobloc rotor, we realizes the stator by gradually assembling around the rotor elements or sub-assemblies intended to constitute the stator.
  • a first known pump stator structure turbomolecular is illustrated in figure 1.
  • a rotor monobloc not shown in the figure, we just adapt gradually a plurality of fin stator sectors, on the one hand to form annular stator stages, on the other hand to form the plurality of staggered annular stator stages axially to make the successive stages of the stator.
  • annular spacer 5 is axially engaged, by movement according to arrow 6, the spacer 5 coming to bear on the periphery of the two stator sectors 1 and 3.
  • the spacer 5 has the dimension necessary to separate two successive stator stages according to the spacing of two corresponding successive rotor stages.
  • stator sectors 7 and 8 we position the two in a similar way following stator sectors 7 and 8, then an annular spacer 9, then two stator sectors 10 and 11 and a spacer annular 12, and so on depending on the number of stages of the stator.
  • Figure 2 illustrates a second known pump structure turbomolecular, with different means to solve the problem of the nesting of the stator fins in the fins of the rotor.
  • the rotor 13 has been illustrated, rotatably mounted around its axis of rotation I-I as illustrated by arrow 14, and comprising a series of rotor stages each having inclined fins.
  • rotor stages successive identified by the reference numerals 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h and 13i.
  • the stator 15 is formed of the assembly of two half-stators 15a and 15b, each half-stator 15a and 15b consisting of a half-shell 16a or 16b in the form of half cylinder from which radially inward stator fins such as fins 17a and 17b, arranged in a series of stator stages overlapping with the fins of the rotor stages 13a-13i.
  • two monoblock half-stators 15a and 15b allows for insertable pumps, intended to be housed directly into a customer's pre-defined housing or system.
  • each half-stator 15a or 15b monobloc is machined in a metal block to constitute the fins 17a or 17b. Because of the configuration and the convergent radial orientation of the fins, protruding from the concave inner face of the peripheral half-shell 16a or 16b, it is not possible to machine fins 17a or 17b whose radial length exceeds a maximum length determined by the possibility of passage of the milling tools of the fins.
  • this known pump structure turbomolecular limits the maximum flow rate of the pump turbomolecular, the flow limit being determined by the radial length of the fins.
  • the problem proposed by the present invention is to design a new turbomolecular pump structure which can be carried out at lower cost, avoiding the assembly of too much large number of parts or the production of complex parts, and which allows for insertable turbomolecular pumps whose flow is greater than that obtained by the structure of the figure 2.
  • Another problem is also to avoid having to make component parts whose dimensions are very precise because it increases the production cost of the pump turbomolecular.
  • stator sectors to fins constitute individual elements which can be easily manufactured by machining metal parts, and the ease of machining makes it possible to produce stators with fins have a radial dimension greater than that which can be achieved in a structure of figure 2.
  • turbomolecular pump structure can be realized with less tight tolerances than the structural parts of the FIG. 1, because the peripheral shell sector achieves by itself, with the retaining means, a multi-stage spacer which individually positions the stator sectors with fins, so there is not a stack of multiple pieces put them one after the other.
  • the sectors of stator with fins include a single row of fins, each constituting a single-stage stator sector.
  • fin stator sectors comprising two or more rows of fins, each constituting a sector multi-stage finned partial stator, insofar as the machining of the fins allows this.
  • the stator sectors with fins can thus include at least one annular row of fins integral with a rim in crown sector shape.
  • the rim can connect the outer ends of the fins, and it's the rim that forms then the peripheral edge of the finned stator sector and which attaches to the concave inner face of the peripheral shell sector corresponding to form the multistage stator sector.
  • the rim connects the inner ends of the fins.
  • this structure achieves better performance efficiency empty, and the realization is facilitated by the fact that the machining of fins is made from outside the rim in the sector of crown, on fins in divergent radial orientations. This are then the outer ends of the fins which form the peripheral edge of the stator sector with fins and which are fixed to the concave inner face of the peripheral hull sector corresponding to form the multistage stator sector.
  • the means of restraint of the stator sectors with fins on the concave inner face of the peripheral shell sector can be of different kinds.
  • the concave inner face of the hull sector peripheral comprises a plurality of annular grooves, and the finned stator sectors each have at least one edge peripheral which is radially embedded in force in one annular grooves in the peripheral hull sector.
  • the edge (s) devices of the finned stator sectors are constituted by the outer ends of the fins of said stator sectors which are radially embedded in force in the grooves corresponding annulars of the peripheral hull sector.
  • stator sectors have a rim which connects the outer ends of the fins
  • edge (s) devices of the finned stator sectors are constituted by the rims themselves which fit into the grooves annulars of the peripheral hull sector.
  • the turbomolecular pump according to the invention comprises a multistage rotor 18, comprising a series rotor stages axially offset from each other and identified by the reference numbers 18a, 18b, 18c, 18d, 18th, 18f, 18g, 18h, 18i and 18d.
  • Each stage of the rotor 18 is formed of a inner crown such as crown 19 from which depart inclined fins such as the fin 18a oriented in substantially radial outward direction.
  • the rotor 18 is rotatably mounted around an axis of rotation I-I as indicated by arrow 20.
  • the stator is formed from the assembly of two sub-assemblies 21 and 22 each forming a multistage stator sector, which are reported radially around the rotor 18 as indicated by the respective arrows 23 and 23a.
  • Each sub-assembly 21 or 22 is formed from the assembly a respective peripheral hull sector 24 or 25 and a axial row of stator sectors with fins 26 or 27.
  • a first axial row of stator sectors to fins 26 formed by the stator sectors with fins 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f, 26g, 26h, 26i and 26j aligned parallel to the axis of rotation I-I.
  • a second row axial of finned stator sectors formed by the sectors of stator with fins 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i and 27j aligned parallel to the axis of rotation I-I.
  • the sectors stator with fins are of the inner rim type, as see better in Figure 5.
  • the sector stator of fins 26a includes an annular row of fins 126a integral with a rim 226a itself in the form of a sector of crowned. Rim 226a connects the inner ends of the fins of the annular row of fins 126a. The edge device 326a of the finned stator sector 26a is then formed by the outer ends of the row fins fin ring 126a.
  • the invention can also be applied to a second mode of realization of stator sector with fins illustrated in the figure 6.
  • Rim 226a connects the outer ends of the fins of the annular row of fins 126a.
  • the edge device 326a of the finned stator sector 26a is then constituted by the rim 226a itself.
  • each peripheral shell sector 24 or 25 comprises a plurality of annular grooves.
  • annular grooves 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g, 24h, 24i and 24d we can thus distinguish the annular grooves 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g, 24h, 24i and 24d.
  • Each annular groove 24a-24j is arranged and shaped to receive the peripheral edge of one of the stator sectors 26a-26j, and to thereby hold said positions individually stator sectors 26a-26j.
  • peripheral shell sector 25 which receives and retains the finned stator sectors 27a-27j.
  • the hull sectors peripheral such as the peripheral shell sector 25 can if necessary, include holes such as hole 29, to favor the degassing of the space located on the periphery of the sectors peripheral hulls 24 and 25.
  • the stator is made by assembling two half-stators multistage 21 and 22 each consisting of a 180 ° sector.
  • each peripheral shell sector 24 or 25 is a half-cylinder
  • each fin stator sector 26a-26j and 27a-27j is a half ring.
  • stator is a radial assembly of a single stage of multi-stage sectors of stator 21 and 22.
  • each peripheral shell sector 24 or 25 covers the entire length of the stator of the turbomolecular pump.
  • the stator can be an assembly of several stages of multistage stator sectors.
  • a first stator stage as illustrated on the FIG. 3, to which a second coaxial stage of stator with similar structure, possibly with structures different fins and different diameters.
  • the stator is then an assembly of several floors of multi-level sectors of stator.
  • a pump can be produced. insertable turbomolecular, i.e. adapted to be inserted in a housing or customer system such as a vacuum enclosure.
  • the pump is then installed as close as possible to the application and optimizes pumping performance.
  • the sectors of shell 24 and 25 allow the pump elements to be enclosed turbomolecular, to form a possibly held whole by means of temporary assembly, which can be removed during the introduction of the pump into the customer's system.
  • the hull sectors 24 and 25 must preferably fit with little play in the housing or the system of the customer, to ensure between hull sectors 24 and 25 and the housing or customer system a good contact that promotes heat exchanges.
  • the turbomolecular pump structure according to the invention authorizes all possible fin geometries in terms inclination, inside diameter, outside diameter, floor height and thickness.
  • This system also simplifies the stacking of spacers and stators, and to get rid of the chain of ratings of these different elements.
  • this structure improves the heat exchange between the rotor and the environment, via hull areas, promoting thermal contact between the stator fins and hull sectors, then between the hull sectors and the peripheral casing or shell of the pump, and reducing the number of transmission discontinuities thermal thanks to the monobloc character of the hull sectors multistage.
  • This structure makes it possible to offer an insertable version for higher flow rate vacuum pumps.

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Abstract

Selon l'invention, le stator est réalisé par l'assemblage radial d'au moins deux secteurs de stator (21, 22) autour d'un rotor (18). Chaque secteur de stator (21, 22) comprend un secteur de coque périphérique (24, 25) muni de gorges annulaires internes (24a-24j) dans lesquelles viennent s'engager individuellement des secteurs de stator à ailettes (26a-26j). On facilite ainsi le montage et la réalisation des sous-ensembles constituant la pompe turbomoléculaire.

Description

La présente invention concerne les pompes turbomoléculaires, adaptées pour pomper des gaz et créer un vide poussé dans une enceinte à vide.
Les pompes turbomoléculaires ont généralement un stator périphérique multiétagé à ailettes engagées entre des ailettes d'un rotor central multiétagé.
Un rotor multiétagé de pompe turbomoléculaire comprend une série axiale d'étages rotors constitués chacun d'une couronne centrale de laquelle partent, en direction sensiblement radiale, des ailettes de rotor réparties régulièrement en périphérie de la couronne centrale. L'ensemble est monté rotatif selon un axe de rotation, et est entraíné par des moyens moteurs.
Le stator multiétagé est composé d'une série axiale de stators annulaires formant chacun un étage stator, chaque étage stator étant formé d'une jante annulaire de laquelle partent, en direction sensiblement radiale, des ailettes inclinées.
Les ailettes inclinées d'un étage stator viennent s'engager entre les ailettes inclinées de deux étages rotors successifs.
On comprend donc que la présence des ailettes imbriquées les unes dans les autres empêche tout mouvement axial du rotor par rapport au stator, soit pour le montage de la pompe turbomoléculaire, soit pour son démontage.
Par conséquent, les pompes turbomoléculaires comprennent des moyens permettant le montage et le démontage radial d'éléments du stator autour du rotor.
Après avoir réalisé un rotor monobloc multiétagé, on réalise le stator en assemblant progressivement autour du rotor des éléments ou sous-ensembles destinés à constituer le stator.
Une première structure connue de stator de pompe turbomoléculaire est illustrée sur la figure 1. Autour d'un rotor monobloc, non représenté sur la figure, on vient adapter progressivement une pluralité de secteurs de stator à ailettes, d'une part pour former des étages stators annulaires, d'autre part pour former la pluralité d'étages stators annulaires décalés axialement pour réaliser les étages successifs du stator.
Si l'on considère un rotor orienté avec son axe de rotation vertical, on vient positionner un premier secteur de stator à ailettes 1 entre deux étages rotors successifs à ailettes, par déplacement radial illustré par la flèche 2, et l'on engage un deuxième secteur de stator 3 par déplacement radial opposé selon la flèche 4 pour l'engager entre les mêmes deux étages rotors à ailettes, les deux secteurs de stator 1 et 3 formant un étage stator annulaire.
Ensuite, on engage axialement une entretoise annulaire 5, par mouvement selon la flèche 6, l'entretoise 5 venant en appui sur la périphérie des deux secteurs de stator 1 et 3. L'entretoise 5 a la dimension nécessaire pour écarter deux étages stators successifs selon l'écartement de deux étages rotors successifs correspondants.
On positionne ensuite de manière similaire les deux secteurs de stator suivants 7 et 8, puis une entretoise annulaire 9, puis deux secteurs de stator 10 et 11 et une entretoise annulaire 12, et ainsi de suite en fonction du nombre d'étages du stator.
On comprend que le montage d'une telle structure est fastidieux, et qu'il nécessite de prévoir des composants dont les dimensions sont déterminées de façon suffisamment précise pour que le cumul des tolérances éventuelles de dimension des composants soit inférieur à la tolérance dimensionnelle axiale du rotor, afin d'éviter le contact entre les ailettes du rotor et les ailettes du stator en cours de fonctionnement de la pompe. Il en résulte un coût de réalisation relativement élevé que l'on pourrait trouver avantage à réduire.
La figure 2 illustre une seconde structure connue de pompe turbomoléculaire, comportant des moyens différents pour résoudre le problème de l'imbrication des ailettes du stator dans les ailettes du rotor.
Dans cette structure connue, on a illustré le rotor 13, monté rotatif autour de son axe de rotation I-I comme illustré par la flèche 14, et comportant une série d'étages rotors ayant chacun des ailettes inclinées. On distingue ainsi les étages rotors successifs repérés par les références numériques 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h et 13i. Le stator 15 est formé de l'assemblage de deux demi-stators 15a et 15b, chaque demi-stator 15a et 15b étant constitué d'une demi-coque 16a ou 16b en forme de demi-cylindre et de laquelle partent radialement vers l'intérieur des ailettes de stator telles que les ailettes 17a et 17b, agencées en une série d'étages stators s'imbriquant avec les ailettes des étages rotors 13a-13i.
La présence des deux demi-stators 15a et 15b monoblocs permet de réaliser des pompes insérables, destinées à se loger directement dans un carter ou un système prédéfini du client.
Dans cette structure, chaque demi-stator 15a ou 15b monobloc est usiné dans un bloc de métal pour constituer les ailettes 17a ou 17b. A cause de la configuration et de l'orientation radiale convergente des ailettes, dépassant de la face intérieure concave de la demi-coque périphérique 16a ou 16b, il n'est pas possible d'usiner des ailettes 17a ou 17b dont la longueur radiale excède une longueur maximale déterminée par les possibilités de passage des outils de fraisage des ailettes.
Il en résulte que cette structure connue de pompe turbomoléculaire limite le débit maximal de la pompe turbomoléculaire, la limite de débit étant déterminée par la longueur radiale des ailettes.
En outre, la réalisation des demi-stators 15a et 15b par usinage est relativement complexe et onéreuse, de sorte que l'intérêt de cette structure de pompe est limité.
Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de pompe turbomoléculaire qui puisse être réalisée à moindre coût, évitant l'assemblage d'un trop grand nombre de pièces ou la réalisation de pièces complexes, et qui permette de réaliser des pompes turbomoléculaires insérables dont le débit est supérieur à celui obtenu par la structure de la figure 2.
Un autre problème est également d'éviter d'avoir à réaliser des pièces constitutives dont les dimensions sont très précises, car cela augmente le coût de production de la pompe turbomoléculaire.
Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose une pompe turbomoléculaire ayant un stator périphérique multiétagé à ailettes engagées entre des ailettes d'un rotor central multiétagé, dans laquelle :
  • le stator comporte plusieurs secteurs de stator à ailettes assemblés autour du rotor,
  • les secteurs de stator à ailettes sont répartis en plusieurs rangées axiales de secteurs annulaires de stator à ailettes,
  • chaque rangée axiale de secteurs de stator à ailettes est solidaire d'un secteur de coque périphérique et forme ainsi un secteur multiétagé de stator,
  • les secteurs de stator à ailettes constituent chacun un élément individuel,
  • les secteurs de stator à ailettes d'une même rangée axiale de secteurs de stator à ailettes sont rapportés et solidarisés à la face interne concave du secteur de coque périphérique correspondant, pour former le secteur multiétagé de stator,
  • la face interne concave du secteur de coque périphérique comprend des moyens de retenue pour retenir individuellement en position les secteurs de stator à ailettes.
Dans une telle structure, les secteurs de stator à ailettes constituent des éléments individuels qui peuvent être aisément fabriqués par usinage de pièces métalliques, et la facilité d'usinage permet de réaliser des stators dont les ailettes ont une dimension radiale supérieure à celle qui peut être réalisée dans une structure de la figure 2.
Simultanément, le nombre de pièces à assembler lors du montage d'une pompe turbomoléculaire est réduit par rapport à la structure connue de la figure 1.
Et simultanément, les pièces constitutives d'une telle structure de pompe turbomoléculaire peuvent être réalisées avec des tolérances moins strictes que les pièces de la structure de la figure 1, car le secteur de coque périphérique réalise par lui-même, avec les moyens de retenue, une entretoise multiétagée qui positionne individuellement les secteurs de stator à ailettes, de sorte qu'il n'y a pas un empilement de plusieurs pièces mises les unes à la suite des autres.
Selon un mode de réalisation avantageux, les secteurs de stator à ailettes comprennent une seule rangée d'ailettes, constituant chacun un secteur de stator monoétagé.
On pourra toutefois, sans sortir du domaine de l'invention, imaginer des secteurs de stator à ailettes comprenant deux ou plusieurs rangées d'ailettes, constituant chacun un secteur de stator partiel à ailettes multiétagé, dans la mesure où l'usinage des ailettes le permet.
Les secteurs de stator à ailettes peuvent ainsi comprendre au moins une rangée annulaire d'ailettes solidaires d'une jante en forme de secteur de couronne.
Selon une première possibilité, la jante peut relier les extrémités extérieures des ailettes, et c'est la jante qui forme alors le bord périphérique du secteur de stator à ailettes et qui se fixe à la face interne concave du secteur de coque périphérique correspondant pour former le secteur multiétagé de stator.
Toutefois, on pourra trouver avantage à prévoir que la jante relie les extrémités intérieures des ailettes. En effet, cette structure réalise une meilleure efficacité des performances vide, et la réalisation est facilitée par le fait que l'usinage des ailettes se fait depuis l'extérieur de la jante en secteur de couronne, sur des ailettes en orientations radiales divergentes. Ce sont alors les extrémités extérieures des ailettes qui forment le bord périphérique du secteur de stator à ailettes et qui se fixent à la face interne concave du secteur de coque périphérique correspondant pour former le secteur multiétagé de stator.
Les moyens de retenue des secteurs de stator à ailettes sur la face interne concave du secteur de coque périphérique peuvent être de différentes sortes. Selon un mode de réalisation avantageux, la face interne concave du secteur de coque périphérique comprend une pluralité de gorges annulaires, et les secteurs de stator à ailettes comportent chacun au moins un bord périphérique qui vient s'encastrer radialement en force dans l'une des gorges annulaires du secteur de coque périphérique.
Dans le cas où les secteurs de stator ont une jante qui relie les extrémités intérieures des ailettes, le ou les bords périphériques des secteurs de stator à ailettes sont constitués par les extrémités extérieures des ailettes desdits secteurs de stator qui viennent s'encastrer radialement en force dans les gorges annulaires correspondantes du secteur de coque périphérique.
Dans le cas où les secteurs de stator ont une jante qui relie les extrémités extérieures des ailettes, le ou les bords périphériques des secteurs de stator à ailettes sont constitués par les jantes elles-mêmes qui viennent s'encastrer dans les gorges annulaires du secteur de coque périphérique.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
  • la figure 1 est une vue éclatée en perspective illustrant une première structure de stator de pompe turbomoléculaire connue dans l'état de la technique ;
  • la figure 2 illustre en perspective une vue éclatée d'une seconde structure de pompe turbomoléculaire connue dans l'état de la technique ;
  • la figure 3 est une vue en perspective éclatée montrant la structure générale d'une pompe turbomoléculaire selon un mode de réalisation de la présente invention ;
  • la figure 4 est une vue en perspective illustrant le montage successif des secteurs de stator à ailettes sur les secteurs de coque périphérique correspondants selon l'invention ; et
  • les figures 5 et 6 illustrent deux modes de réalisation de secteurs de stator à ailettes selon l'invention.
Les structures connues de pompes turbomoléculaires des figures 1 et 2 ont été décrites précédemment.
On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 illustrant la structure d'une pompe turbomoléculaire selon un mode de réalisation de la présente invention.
Sur la figure 3, la pompe turbomoléculaire selon l'invention comprend un rotor 18 multiétagé, comportant une série d'étages rotors axialement décalés les uns par rapport aux autres et repérés par les références numériques 18a, 18b , 18c, 18d, 18e, 18f, 18g, 18h, 18i et 18j. Chaque étage du rotor 18 est formé d'une couronne intérieure telle que la couronne 19 de laquelle partent des ailettes inclinées telles que l'ailette 18a orientée en direction sensiblement radiale vers l'extérieur.
Le rotor 18 est monté rotatif autour d'un axe de rotation I-I comme indiqué par la flèche 20.
Le stator est formé de l'assemblage de deux sous-ensembles 21 et 22 formant chacun un secteur de stator multiétagé, qui sont rapportés radialement autour du rotor 18 comme indiqué par les flèches respectives 23 et 23a.
Chaque sous-ensemble 21 ou 22 est formé de l'assemblage d'un secteur de coque périphérique respectif 24 ou 25 et d'une rangée axiale de secteurs de stator à ailettes 26 ou 27.
On distingue ainsi, dans le mode de réalisation représenté, une première rangée axiale de secteurs de stator à ailettes 26 formée par les secteurs de stator à ailettes 26a ,26b, 26c, 26d, 26e, 26f, 26g, 26h, 26i et 26j alignés parallèlement à l'axe de rotation I-I. De même, on distingue une seconde rangée axiale de secteurs de stator à ailettes formée par les secteurs de stator à ailettes 27a ,27b, 27c, 27d, 27e, 27f, 27g, 27h, 27i et 27j alignés parallèlement à l'axe de rotation I-I.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, les secteurs de stator à ailettes sont du type à jante intérieure, comme on le voit mieux sur la figure 5. Dans ce mode de réalisation, le secteur de stator à ailettes 26a comprend une rangée annulaire d'ailettes 126a solidaires d'une jante 226a elle-même en forme de secteur de couronne. La jante 226a relie les extrémités intérieures des ailettes de la rangée annulaire d'ailettes 126a. Le bord périphérique 326a du secteur de stator à ailettes 26a est alors formé par les extrémités extérieures des ailettes de la rangée annulaire d'ailettes 126a.
L'invention peut également s'appliquer à un second mode de réalisation de secteur de stator à ailettes illustré sur la figure 6. Dans ce cas, on retrouve une jante 226a et une rangée annulaire d'ailettes 126a. La jante 226a relie les extrémités extérieures des ailettes de la rangée annulaire d'ailettes 126a. Le bord périphérique 326a du secteur de stator à ailettes 26a est alors constitué par la jante 226a elle-même.
Comme on le voit en relation avec le secteur de coque périphérique 24 de la figure 3, la face interne concave de chaque secteur de coque périphérique 24 ou 25 comprend une pluralité de gorges annulaires. On distingue ainsi les gorges annulaires 24a ,24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g, 24h, 24i et 24j.
Chaque gorge annulaire 24a-24j est disposée et conformée pour recevoir le bord périphérique de l'un des secteurs de stator 26a-26j, et pour tenir ainsi individuellement en position lesdits secteurs de stator 26a-26j.
Il en est de même du secteur de coque périphérique 25 qui reçoit et retient les secteurs de stator à ailettes 27a-27j.
Au montage, on commence par engager les secteurs de stator à ailettes 26a-26j et 27a-27j par engagement radial de leur bord périphérique (tel que le bord périphérique 326a du secteur de stator à ailettes 26a) dans les gorges annulaires correspondantes 24a-24j des secteurs de coque périphérique respectifs 24 et 25, comme illustré par exemple par les flèches 28 et 28a. On réalise ainsi les deux secteurs de stator multiétagés 21 et 22, que l'on peut ensuite assembler radialement sur le rotor 18 comme illustré par les flèches 23 et 23a de la figure 3.
On remarquera également que les secteurs de coque périphérique tels que le secteur de coque périphérique 25 peuvent si nécessaire comporter des trous tels que le trou 29, pour favoriser le dégazage de l'espace situé en périphérie des secteurs de coque périphériques 24 et 25.
Dans la réalisation illustrée sur les figures 3 et 4, le stator est réalisé par l'assemblage de deux demi-stators multiétagés 21 et 22 constitués chacun d'un secteur de 180°. Dans ce cas, chaque secteur de coque périphérique 24 ou 25 est un demi-cylindre, et chaque secteur de stator à ailettes 26a-26j et 27a-27j est un demi-anneau.
Selon l'invention, en fonction des conformations d'ailettes, on pourra trouver avantage à prévoir un stator réalisé par l'assemblage de trois secteurs multiétagés de stator de 120° chacun, ou de quatre secteurs multiétagés de stator de 90° chacun, ou encore de secteurs multiétagés de stator d'angles différents.
Toutefois, la structure illustrée minimise le nombre de pièces à assembler, ce qui peut s'avérer avantageux.
Egalement, dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, le stator est un assemblage radial d'un seul étage de secteurs multiétagés de stator 21 et 22. Autrement dit, dans ce cas, chaque secteur de coque périphérique 24 ou 25 couvre toute la longueur du stator de la pompe turbomoléculaire.
En alternative, le stator peut être un assemblage de plusieurs étages de secteurs multiétagés de stator. On peut par exemple imaginer un premier étage de stator tel qu'illustré sur la figure 3, auquel on raccorde axialement un second étage coaxial de stator à structure similaire, avec éventuellement des structures d'ailettes différentes et des diamètres différents. Le stator est alors un assemblage de plusieurs étages de secteurs multiétagés de stator.
Après avoir réalisé l'assemblage de la pompe turbomoléculaire telle qu'illustrée sur la figure 3, l'ensemble doit être inséré dans un carter, pour réaliser une pompe turbomoléculaire fonctionnellement complète. On peut alors prévoir un carter spécifique, avec des moyens de fixation à une enceinte à vide.
Toutefois, selon l'invention, on peut réaliser une pompe turbomoléculaire insérable, c'est-à-dire adaptée pour être insérée dans un carter ou un système du client tel qu'une enceinte à vide. La pompe est alors installée au plus près de l'application et permet d'optimiser les performances de pompage. Les secteurs de coque 24 et 25 permettent d'enfermer les éléments de la pompe turbomoléculaire, pour constituer un ensemble éventuellement tenu par des moyens d'assemblage provisoire, que l'on peut ôter lors de l'introduction de la pompe dans le système du client.
Dans tous les cas, les secteurs de coque 24 et 25 doivent de préférence s'insérer à faible jeu dans le carter ou le système du client, pour assurer entre les secteurs de coque 24 et 25 et le carter ou système du client un bon contact qui favorise les échanges thermiques.
La structure de pompe turbomoléculaire selon l'invention autorise toutes les géométries d'ailettes possibles en termes d'inclinaison, de diamètre intérieur, de diamètre extérieur, de hauteur d'étage et d'épaisseur.
Ce système permet de simplifier également l'empilement des entretoises et des stators, et de s'affranchir de la chaíne de cotes de ces différents éléments.
En outre, cette structure améliore l'échange thermique entre le rotor et le milieu ambiant, par l'intermédiaire des secteurs de coque, en favorisant le contact thermique entre les ailettes du stator et les secteurs de coque, puis entre les secteurs de coque et le carter ou enveloppe périphérique de la pompe, et en réduisant le nombre des discontinuités de transmission thermique grâce au caractère monobloc des secteurs de coque multiétagés.
Cette structure permet de proposer une version insérable pour des pompes à vide à plus grand débit.
Le nombre de pièces précises est réduit par rapport à un assemblage classique. Le coût de production de la pompe est ainsi fortement diminué.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations qui sont à la portée de l'homme du métier.

Claims (11)

  1. Pompe turbomoléculaire ayant un stator périphérique multiétagé à ailettes engagées entre des ailettes d'un rotor central multiétagé (18), dans laquelle :
    le stator comporte plusieurs secteurs de stator à ailettes (26a-26j ; 27a-27j) assemblés autour du rotor (18),
    les secteurs de stator à ailettes (26a-26j ; 27a-27j) sont répartis en plusieurs rangées axiales de secteurs de stator à ailettes (26, 27),
    chaque rangée axiale de secteurs de stator à ailettes (26, 27) est solidaire d'un secteur de coque périphérique (24, 25) et forme ainsi un secteur multiétagé de stator,
    caractérisée en ce que :
    les secteurs de stator à ailettes (26a-26j ; 27a-27j) constituent chacun un élément individuel,
    les secteurs de stator à ailettes d'une même rangée axiale de secteurs de stator à ailettes (26, 27) sont rapportés et solidarisés à la face interne concave du secteur de coque périphérique correspondant (24, 25), pour former le secteur multiétagé de stator,
    la face interne concave du secteur de coque périphérique (24, 25) comprend des moyens de retenue (24a-24j) pour retenir individuellement en position les secteurs de stator à ailettes (26a-26j).
  2. Pompe turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les secteurs de stator à ailettes (26a-26j ; 27a-27j) comprennent une seule rangée d'ailettes, constituant chacun un secteur de stator monoétagé.
  3. Pompe turbomoléculaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les secteurs de stator à ailettes (26a-26j ; 27a-27j) comprennent au moins une rangée annulaire d'ailettes (126a) solidaires d'une jante (226a).
  4. Pompe turbomoléculaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que la jante (226a) relie les extrémités intérieures des ailettes de la rangée annulaire d'ailettes (126a).
  5. Pompe turbomoléculaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que la jante (226a) relie les extrémités extérieures des ailettes de la rangée annulaire d'ailettes (126a).
  6. Pompe turbomoléculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que :
    la face interne concave du secteur de coque périphérique (24, 25) comprend une pluralité de gorges annulaires (24a-24j),
    les secteurs de stator à ailettes (26a-26j) comportent chacun au moins un bord périphérique (326a) qui vient s'encastrer radialement en force dans l'une des gorges annulaires (24a-24j) du secteur de coque périphérique (24).
  7. Pompe turbomoléculaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que les bords périphériques (326a) des secteurs de stator à ailettes (26a-26j) sont constitués par les extrémités extérieures des ailettes desdits secteurs de stator (26a-26j).
  8. Pompe turbomoléculaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que les bords périphériques (326a) des secteurs de stator à ailettes (26a-26j) sont constitués par des jantes (226a) qui relient les extrémités extérieures des ailettes desdits secteurs de stator à ailettes (26a-26j).
  9. Pompe turbomoléculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le stator est un assemblage radial d'un seul étage de secteurs multiétagés de stator (21, 22).
  10. Pompe turbomoléculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le stator est un assemblage de plusieurs étages de secteurs multiétagés de stator.
  11. Pompe turbomoléculaire selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que les secteurs multiétagés de stator (21, 22) sont des secteurs de 180°.
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