JP2001207992A - Turbo dry pump - Google Patents

Turbo dry pump

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JP2001207992A
JP2001207992A JP2000016958A JP2000016958A JP2001207992A JP 2001207992 A JP2001207992 A JP 2001207992A JP 2000016958 A JP2000016958 A JP 2000016958A JP 2000016958 A JP2000016958 A JP 2000016958A JP 2001207992 A JP2001207992 A JP 2001207992A
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JP
Japan
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turbo
pump
rotor
housing
bearing
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Application number
JP2000016958A
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Japanese (ja)
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Koji Horikawa
浩司 堀川
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051Axial thrust balancing
    • F04D29/0513Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/16Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F04D17/168Pumps specially adapted to produce a vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008Regenerative pumps

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo dry pump which requires neither to upsize a dynamic pressure gas bearing nor to provide a cooling system for the bearing. SOLUTION: A communicating passage 7 is provided outside a pump housing 1 for communication between an inlet 1K and an outlet 1H of the turbo pump mechanism and is provided with an open/close valve 8 for opening and closing the passage. Fore and aft differential pressure of the turbo pump mechanism can be adjusted so as not to become equal to or higher than a specified pressure through the operation of this open/close valve 8. This open/close valve also serves as a regulating valve 8V, and a drive mechanism 16 is provided for driving the regulating valve 8V based on a signal output from an inverter circuit 11 controlling the rotation of a rotor 2, a main component of the turbo pump mechanism. Accordingly, the communicating passage is automatically opened and closed according to the rotational speed of the rotor 2, and an axial load on the rotor 2 can be adjusted to within an acceptable load of a foil bearing 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジング内にオ
イルを持ち込まず作動し、オイルフリーな環境が要求さ
れる用途に利用されるターボ形ドライポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo-type dry pump which operates without bringing oil into a housing and is used for applications requiring an oil-free environment.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のドライポンプは、円筒状のハウ
ジング内に動圧ガス軸受を介してロータを軸着するとと
もにこのロータと前記ハウジングの内周に形成したステ
ータとの間でガス圧縮のポンプ作用を行うターボ形ポン
プ機構を設け、ハウジングの軸方向一端側の吸気口から
のガスを圧縮しハウジングの軸方向他端側の排気口に排
出する。この円周流ポンプは非接触形でターボ形ポンプ
に属するものである。しかも、このターボ形ドライポン
プは大気圧の状態から排気が可能で真空域をつくること
ができる。このようなドライポンプにおける軸受として
は、機械的な玉軸受、磁気軸受、あるいは静圧軸受等が
採用されていたが、最近ではメンテナンスに便利であり
寿命も長く、しかもイニシャルコストやランニングコス
トを低減化できる動圧ガス軸受が提案されている。
2. Description of the Related Art In a dry pump of this type, a rotor is axially mounted in a cylindrical housing via a dynamic pressure gas bearing, and gas compression is performed between the rotor and a stator formed on the inner periphery of the housing. A turbo-type pump mechanism for performing a pumping operation is provided to compress gas from an intake port at one axial end of the housing and discharge the gas to an exhaust port at the other axial end of the housing. This circumferential pump is a non-contact type and belongs to a turbo type pump. In addition, this turbo type dry pump can evacuate from the state of atmospheric pressure and can create a vacuum region. Mechanical ball bearings, magnetic bearings, or hydrostatic bearings have been used as bearings in such dry pumps, but these days they are convenient for maintenance, have a long life, and reduce initial costs and running costs. Dynamic pressure gas bearings that can be developed have been proposed.

【0003】この動圧ガス軸受には、薄片すなわちフォ
イルを使用するフォイル軸受やティルティングパッドを
使用するティルティングパッド軸受、さらにはスパイラ
ル方式を採用するスパイラル軸受等がある。たとえばフ
ォイル軸受の場合、支持する支持面と支持される回転体
の面が近接対向された間にフォイルが片持ち状に設置さ
れ、フォイルによって回転方向に漸次狭小となる楔状の
隙間が形成される。そしてこの楔状隙間に気体(ガス)
を巻き込んで動圧を発生させ、回転体を基体面に対して
支承するものである。したがって玉軸受のようにオイル
を使用するというものではなく、完全なオイルフリー環
境(ドライ)が実現される。
The dynamic pressure gas bearing includes a foil bearing using a thin piece, ie, a foil, a tilting pad bearing using a tilting pad, and a spiral bearing employing a spiral system. For example, in the case of a foil bearing, the foil is installed in a cantilever shape while the supporting surface to be supported and the surface of the rotating body to be supported are closely opposed to each other, and the foil forms a wedge-shaped gap that gradually narrows in the rotation direction. . And gas (gas)
And generate a dynamic pressure to support the rotating body against the substrate surface. Therefore, a completely oil-free environment (dry) is realized instead of using oil like a ball bearing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】動圧ガス軸受は、回転
体の回転によって気流を生じさせ動圧を発生させること
から、その許容負荷量は回転体の回転速度(回転数)に
比例する状況にある。すなわち、回転体の回転数が大き
くなるにしたがい最大許容負荷容量は大きくなり、この
回転数と最大許容負荷容量との関係は図4に示す曲線L
のとおりである。たとえば、10000rpmでは負荷
容量は120であり、30000rpmでは300とな
る。ただし、この曲線Lに沿って排気を行うことは軸受
が限界状態で作動することになり、通常は破線曲線Aに
示す安全運転で排気作業が行われるようになっている。
Since the dynamic pressure gas bearing generates an air flow by the rotation of the rotating body to generate a dynamic pressure, the allowable load is proportional to the rotation speed (rotation speed) of the rotating body. It is in. That is, the maximum allowable load capacity increases as the rotation speed of the rotating body increases, and the relationship between this rotation speed and the maximum allowable load capacity is represented by a curve L shown in FIG.
It is as follows. For example, the load capacity is 120 at 10,000 rpm, and 300 at 30,000 rpm. However, exhausting along the curve L means that the bearing operates in a limit state, and the exhaust operation is normally performed in a safe operation indicated by a dashed curve A.

【0005】ところで、回転体のアキシャル(スラス
ト)方向を支承するスラスト軸受に加わる負荷は、ガス
圧縮前後の圧力差に大きく左右される。これは回転体に
各円周流ポンプが設けられている関係で、このポンプの
前後の圧力の差でアキシャル方向に負荷が作用し、回転
体が付勢されるからである。すなわち、吸気側の圧力が
低下する(真空になる)とスラスト軸受に加わる負荷が
大きくなる。そのため、このドライポンプによって排気
(真空引き)するチャンバーの容量が小さい場合は、ロ
ータの回転が定格の回転数に加速されるまでにチャンバ
ーが充分真空となる。したがって、曲線Aの安全運転を
行っていても、図4に示す破線曲線Bに示す排気特性と
なり、スラスト軸受の許容負荷をオーバーしてK点に達
することになる。このような状態での運転は、軸受に許
容負荷量をこえる負荷が加わって軸受の破損につなが
り、ポンプ機能が維持できなくなる。そのために、スラ
スト軸受の動圧ガス軸受を大形化して許容負荷を増大さ
せる必要がある。
Incidentally, the load applied to the thrust bearing that supports the axial (thrust) direction of the rotating body largely depends on the pressure difference before and after gas compression. This is because each circumferential pump is provided on the rotating body, and a load acts in the axial direction due to a pressure difference between before and after the pump, and the rotating body is urged. That is, when the pressure on the intake side decreases (becomes vacuum), the load applied to the thrust bearing increases. Therefore, when the capacity of the chamber evacuated (evacuated) by the dry pump is small, the chamber is sufficiently evacuated before the rotation of the rotor is accelerated to the rated rotation speed. Therefore, even when the safe driving of the curve A is performed, the exhaust characteristic becomes as shown by the broken line curve B shown in FIG. 4, and the load exceeds the allowable load of the thrust bearing and reaches the point K. In such a state, a load exceeding the permissible load is applied to the bearing, resulting in damage to the bearing, and the pump function cannot be maintained. Therefore, it is necessary to increase the allowable load by increasing the size of the hydrodynamic gas bearing of the thrust bearing.

【0006】しかしながら、軸受を大形化すると、軸受
での損失も増大することになり、発熱の増加という問題
が起こる。また、この発熱を防止するため、冷却ガスを
供給する系を設ける必要がある。したがって軸受部が大
形化することになるが、この軸受の大形化は必然的にポ
ンプの大形化を招くことにもなる。本発明はこのような
課題を解決するターボ形ドライポンプを提供せんとする
ものである。
[0006] However, when the size of the bearing is increased, the loss in the bearing increases, and the problem of increased heat generation occurs. In order to prevent this heat generation, it is necessary to provide a system for supplying a cooling gas. Therefore, the size of the bearing portion increases, but the increase in the size of the bearing inevitably leads to an increase in the size of the pump. An object of the present invention is to provide a turbo type dry pump which solves such a problem.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明が提供するターボ
形ドライポンプは、上記課題を解決するために、ターボ
形ポンプ機構の吸気口側と排気口側をポンプハウジング
の外方にて連通させる連通路を設けるとともに、この連
通路に通路を開閉する開閉弁を介設したものである。し
たがって、この開閉弁を作動させてターボ形ポンプ機構
前後の差圧が所定以上にならないよう調整され、動圧ガ
ス軸受はその許容負荷容量以内に維持されることにな
る。さらに本発明によるターボ形ドライポンプは上記開
閉弁を連通路が調節できる調節弁として構成するととも
に、ターボ形ポンプ機構の主体であるロータの回転数に
関連する信号を発生させる信号発生機構と、この信号発
生機構からの出力信号に基づいて前記調節弁を駆動させ
る駆動機構を設けたものである。したがって、回転体の
回転数に応じて連通路の開閉が自動的に調節され、回転
体へのアキシャル方向負荷を許容負荷以内に調整され安
全運転を継続することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, a turbo-type dry pump provided by the present invention connects an intake port side and an exhaust port side of a turbo-type pump mechanism outside a pump housing. A communication passage is provided, and an on-off valve for opening and closing the passage is provided in the communication passage. Therefore, by operating this on-off valve, the differential pressure before and after the turbo pump mechanism is adjusted so as not to exceed a predetermined value, and the dynamic pressure gas bearing is maintained within its allowable load capacity. Further, the turbo-type dry pump according to the present invention is configured such that the on-off valve is configured as a control valve whose communication path can be adjusted, and a signal generation mechanism for generating a signal related to the rotation speed of a rotor that is a main body of the turbo-type pump mechanism; A drive mechanism for driving the control valve based on an output signal from a signal generation mechanism is provided. Therefore, the opening and closing of the communication passage is automatically adjusted according to the rotation speed of the rotating body, the axial load on the rotating body is adjusted within the allowable load, and the safe driving can be continued.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるターボ形ドラ
イポンプを図面に示す実施例にしたがって説明する。図
1は本発明が第1に提供するターボ形ドライポンプDP
の基本的な構成を示す図で、ポンプ全体を縦断面して示
している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A turbo type dry pump according to the present invention will be described below with reference to an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a turbo-type dry pump DP firstly provided by the present invention.
FIG. 1 is a view showing a basic configuration of the present invention, and shows a longitudinal section of the entire pump.

【0009】このドライポンプDPの主体は、円筒状の
ハウジング1とこのハウジング1の内方で後述するガス
動圧軸受にて回転自在に軸着された回転体(以下ロータ
という)2で構成されている。ハウジング1は具体的に
は図示のとおり有底形となっていて、軸方向一端の上方
開口部が吸気口1Kであり、中段には軸方向他端側とし
て排気口1Hが設置されている。そしてロータ2の円周
部とハウジング1の内周に形成されたステータとの組み
合わせにより円周流ポンプが構成されている。この円周
流ポンプはロータ2の軸方向に複数段、すなわち多段に
設けられている。
The main part of the dry pump DP is composed of a cylindrical housing 1 and a rotating body (hereinafter referred to as a rotor) 2 rotatably mounted on the inside of the housing 1 by a gas dynamic pressure bearing described later. ing. Specifically, the housing 1 has a bottomed shape as shown in the drawing, and an upper opening at one end in the axial direction is an intake port 1K, and an exhaust port 1H is provided in the middle stage as the other end in the axial direction. A circumferential pump is constituted by a combination of a circumferential portion of the rotor 2 and a stator formed on the inner circumference of the housing 1. The circumferential flow pump is provided in a plurality of stages, that is, in a plurality of stages in the axial direction of the rotor 2.

【0010】以下この構成を詳述すると、まずハウジン
グ1の内周上段にはねじ溝1Mが刻設されていて、この
ねじ溝1Mに近接すべくロータ2における上段の円筒部
2Pが対向している。このねじ溝1Mとロータ2の円筒
部2Pの組み合わせによって、いわゆるねじ溝ポンプ機
構NPが構成され、ロータ2の回転によって気体の粘性
流域の分子を圧縮し下方へと圧送する。
In the following, this structure will be described in detail. First, a thread groove 1M is formed in the upper part of the inner periphery of the housing 1, and the upper cylindrical part 2P of the rotor 2 is opposed to the thread groove 1M so as to approach the thread groove 1M. I have. A combination of the screw groove 1M and the cylindrical portion 2P of the rotor 2 constitutes a so-called screw groove pump mechanism NP. The rotation of the rotor 2 compresses the molecules in the viscous flow region of the gas and sends it downward.

【0011】さらに、ハウジング1の内周中段には、ス
テータ部1Tが多段、具体的には7段、軸方向に積設さ
れている。他方ロータ2には、その中段から下方にこれ
ら各ステータ1T間に挿入されるロータ円周部2Bが対
向して設けられている。この両者はもちろん非接触であ
るが、その組み合わせによって円周流ポンプが形成され
る。この多段の円周流ポンプ(以下ターボ形ポンプ機構
という)TPの作動によって、ねじ溝ポンプ機構NPに
て圧送されたガスは、さらに圧縮されて下方へと圧送さ
れ排気路1Rを経て排気口1Hに排気されることにな
る。すなわち、各段の円周流ポンプはその円周でガスを
圧縮し、終端で流路1Nを経て次段の円周流ポンプにガ
スを送り出し、これを各段順次行って排気していくもの
である。
Further, a plurality of stator units 1T, specifically, seven stages, are stacked in the middle of the inner periphery of the housing 1 in the axial direction. On the other hand, the rotor circumferential portion 2B, which is inserted between the stators 1T, is provided facing the rotor 2 from the middle to the lower side. The two are, of course, non-contact, but the combination forms a circumferential pump. By the operation of the multi-stage circumferential flow pump (hereinafter referred to as a turbo pump mechanism) TP, the gas pressure-fed by the screw groove pump mechanism NP is further compressed and pressure-fed downward, and is discharged through the exhaust path 1R to the exhaust port 1H. Will be exhausted. That is, each stage of the circumferential flow pump compresses the gas on its circumference, sends out the gas to the next stage of the circumferential flow pump through the flow path 1N at the end, and sequentially performs exhaust at each stage. It is.

【0012】以上がターボ形ドライポンプの基本的な原
理とその作動であるが、ロータ2は図面に示すとおり断
面がH形をなしていて、その中央部が回転駆動機構に連
結されるとともに軸着されている。すなわち、3は回転
駆動軸でハウジング1の軸芯上に配置されている。この
回転駆動軸3には中段に軸受のためのフランジ部3Fが
顎設され、さらにその下方に電動機(モータ)4が一体
的に設置されている。この電動機4は電機子に相当する
ハウジング1の内周に設置された電機子巻線4Mと回転
子に相当する回転駆動軸3に設置された回転子巻線3M
との組み合わせによって構成され、外部からの電気エネ
ルギー9の供給によって回転駆動軸3を高速回転させる
ものである。なお、図において3Sは回転駆動軸3の上
端のねじ部でナット3Nと協働し、ロータ2をこの回転
駆動軸3に固着するものである。
The basic principle of the turbo-type dry pump and its operation have been described above. The rotor 2 has an H-shaped cross section as shown in the drawing, and its center is connected to the rotary drive mechanism and the shaft is Is being worn. That is, reference numeral 3 denotes a rotary drive shaft which is arranged on the axis of the housing 1. The rotary drive shaft 3 is provided with a flange portion 3F for a bearing at a middle stage, and an electric motor (motor) 4 is integrally installed below the flange portion 3F. The electric motor 4 includes an armature winding 4M provided on the inner periphery of the housing 1 corresponding to the armature and a rotor winding 3M provided on the rotary drive shaft 3 corresponding to the rotor.
The rotation driving shaft 3 is rotated at a high speed by the supply of electric energy 9 from the outside. In the drawing, reference numeral 3S denotes a screw portion at the upper end of the rotary drive shaft 3 which cooperates with the nut 3N to fix the rotor 2 to the rotary drive shaft 3.

【0013】このような回転体すなわちロータ2は、動
圧ガス軸受からなる軸受機構によってハウジング1に軸
着されている。すなわち、図示例の動圧ガス軸受はフォ
イル形軸受で、具体的にはフランジ部3Fとハウジング
1との上下隙間にはスラスト軸受としてのスラスト用フ
ォイル軸受5が周囲均等に複数個設置されている。フラ
ンジ部3Fの上下に設置されることで強力なスラスト力
にも対応できるようになっている。他方、回転駆動軸3
の上下には、ハウジング1の円筒部1Eとの隙間に上下
2段にてラジアル用フォイル軸受6が設置されている。
これら両方のフォイル軸受5、6によってロータ2が非
接触でかつ円滑に軸受されている。
The rotating body, that is, the rotor 2 is mounted on the housing 1 by a bearing mechanism composed of a dynamic pressure gas bearing. That is, the dynamic pressure gas bearing in the illustrated example is a foil type bearing, and more specifically, a plurality of thrust foil bearings 5 as thrust bearings are uniformly arranged around the upper and lower gaps between the flange portion 3F and the housing 1. . By being installed above and below the flange portion 3F, it is possible to cope with a strong thrust force. On the other hand, the rotary drive shaft 3
Above and below, radial foil bearings 6 are installed in two upper and lower stages in a gap with the cylindrical portion 1E of the housing 1.
The rotor 2 is smoothly and non-contacted by these two foil bearings 5 and 6.

【0014】なお、図1において1Fは冷却ガスの供給
口で、ここから供給された冷却ガスによって上記両フォ
イル軸受5、6の冷却が行われる。
In FIG. 1, reference numeral 1F denotes a cooling gas supply port, and the cooling gas supplied from the cooling port cools the two foil bearings 5, 6.

【0015】以上の構成は従来より実施されているター
ボ形ドライポンプの構成であって、本発明はこれらの構
成において、この動圧ガス軸受の機能を維持すべく新た
な機構を付加したものである。すなわち、本発明は吸気
口1K側と排出口1H側との大きな差圧による動圧ガス
軸受への負荷の増大を防止するために、ターボ形ポンプ
機構における吸気側と排気側をハウジング1の外方で連
通される連通路(バイパス路)を設けたものであり、図
において7がその連通路の主体となる連通管である。こ
の連通管7は、図示例では排気口1Hの部分も一体的に
兼ねた部材として形成されているが、中段に連通路の開
閉を行う開閉弁8が介設されている。
The above configuration is a configuration of a conventional turbo-type dry pump, and the present invention has a configuration in which a new mechanism is added in order to maintain the function of the dynamic pressure gas bearing. is there. That is, in order to prevent the load on the dynamic pressure gas bearing from increasing due to a large differential pressure between the intake port 1K side and the discharge port 1H side, the present invention provides the turbo type pump mechanism with the intake side and the exhaust side outside the housing 1. A communication path (bypass path) communicated with the communication path is provided. In the figure, reference numeral 7 denotes a communication pipe which is a main body of the communication path. In the illustrated example, the communication pipe 7 is formed as a member that also serves as an exhaust port 1H, but an opening / closing valve 8 that opens and closes the communication path is provided in the middle stage.

【0016】この連通路7の上方端側は、ターボ形ポン
プ機構TPの上端すなわち吸気口側にて穿設された連通
孔1Sの出口側開口部に接続され、他方下方端側は同じ
ターボ形ポンプ機構TPの下端すなわち排気口側におけ
る連通孔として機能する排気路1Rの開口部すなわち排
気口1Hに直接的に接続されている。したがって、開閉
弁8の開閉作動によってターボ形ポンプ機構TPにおけ
る吸気口側と排気口側とを、ハウジング1の外にて連通
させ、あるいは遮断することができる。
The upper end of the communication passage 7 is connected to the upper end of the turbo-type pump mechanism TP, that is, the outlet side opening of the communication hole 1S formed at the intake port side, while the lower end is the same turbo-type pump mechanism TP. It is directly connected to the lower end of the pump mechanism TP, that is, the opening of the exhaust path 1R that functions as a communication hole on the exhaust port side, that is, the exhaust port 1H. Accordingly, the opening and closing operation of the on-off valve 8 allows the intake port side and the exhaust port side of the turbo pump mechanism TP to communicate with each other outside the housing 1 or to shut off.

【0017】本発明が提供するターボ形ドライポンプは
以上のような構成であるから、つぎのとおり作動する。
すなわち、モータ4に外部からの回転命令が出されると
電気エネルギー9が供給されて駆動を開始し、ロータ2
が低速回転から次第に高速回転、たとえば数万rpmの
高速回転へと駆動される。すると、ねじ溝ポンプ機構N
Pにて吸気口1Kからの気体が圧送され、そしてターボ
形ポンプ機構TPにてさらに圧縮され、排気口1H側へ
と排気される。
Since the turbo type dry pump provided by the present invention has the above-described configuration, it operates as follows.
That is, when an external rotation command is issued to the motor 4, the electric energy 9 is supplied to start driving and the rotor 2 is driven.
Is gradually driven from low-speed rotation to high-speed rotation, for example, high-speed rotation of tens of thousands of rpm. Then, the thread groove pump mechanism N
At P, the gas from the intake port 1K is pumped, and is further compressed by the turbo-type pump mechanism TP and exhausted to the exhaust port 1H side.

【0018】この場合、高速回転されるとしても図4に
示す曲線の安全運転においては、高速回転にて吸気口1
K側は低圧(真空)となり、他方排気口1H側は高圧
(大気圧)となるので両者間に大きな圧力差が生じ、ロ
ータ2は下方側より上方側にむけたアキシャル(スラス
ト)力の負荷を受けることになるものの、これらはフォ
イルスラスト軸受5にて受け入れられることになる。
In this case, even if the intake port 1 is rotated at a high speed, the safe operation of the curve shown in FIG.
The K side has a low pressure (vacuum), while the exhaust port 1H has a high pressure (atmospheric pressure), so that a large pressure difference is generated between the two, and the rotor 2 is loaded with an axial (thrust) force directed upward from below. However, they will be received by the foil thrust bearing 5.

【0019】ところで、このターボ形ドライポンプにお
いては、運転開始時すなわち起動時および停止時の低速
回転時には、連通管7上の開閉弁8を開いておき、連通
孔1Sと排気路1Rが連通されて吸気側と排気側の圧力
が同圧の状態で排気動作が行われる。したがって、起動
時は吸気口1K側と排気口1H側がハウジング1の外方
にて連通されることにより圧力差が生ぜず、すなわちガ
ス圧縮が行われないのでスラスト力は発生しない。ロー
タ2の回転数が上昇して排気速度が高まるにしたがい、
開閉弁8を閉じて圧縮の仕事を行わせることにより排気
が進行する。
In the turbo-type dry pump, when the operation is started, that is, at the time of low-speed rotation at the time of start-up and stop, the on-off valve 8 on the communication pipe 7 is opened so that the communication hole 1S and the exhaust passage 1R are connected. The exhaust operation is performed in a state where the pressures on the intake side and the exhaust side are the same. Therefore, at the time of startup, the pressure difference does not occur because the intake port 1K side and the exhaust port 1H side are communicated outside the housing 1, that is, gas compression is not performed, so that no thrust force is generated. As the rotation speed of the rotor 2 increases and the exhaust speed increases,
The exhaust proceeds by closing the on-off valve 8 and performing the work of compression.

【0020】この場合、被排気室の容量が小さい場合
は、排気の進行にしたがい吸気口1K側と排気口1H側
との差圧が急激に大きくなり、安全運転曲線AからB曲
線になろうとするが、開閉弁8の開成により、ロータ2
のスラスト力の発生を許容負荷量以内に抑えられる。ま
た、必要によっては開閉弁8の開度を排気の進行に関係
なく調節し、差圧による負荷の値を所定値以下に調整す
ることも可能である。
In this case, when the capacity of the chamber to be exhausted is small, the differential pressure between the intake port 1K and the exhaust port 1H increases rapidly as the exhaust gas progresses, and the safe operation curve A tends to change from the safe operation curve A to the curve B. However, by opening the on-off valve 8, the rotor 2
Generation of the thrust force can be suppressed within the allowable load amount. If necessary, the degree of opening of the on-off valve 8 can be adjusted irrespective of the progress of the exhaust, and the value of the load due to the differential pressure can be adjusted to a predetermined value or less.

【0021】さらに本発明は、連通路の開閉を自動的に
調節するターボ形ドライポンプを提供する。すなわち、
吸気口1K側と排気口1H側の差圧によるロータ2に発
生するスラスト力を、許容負荷量以内に自動的に調節さ
せるものである。具体的には、開閉弁をその開度を自動
的に制御できる開閉制御弁として構成するとともに、ロ
ータ2の回転速度に対応してこの開閉制御弁を駆動させ
ることにより、上記安全運転を自動的に維持するように
したものである。これはロータ2の回転数に応じ、開閉
制御弁閉の時の到達圧力(各々回転数での軸受負荷最大
量)は決まることから、各々の回転数における軸受許容
負荷容量以内になるよう、回転数毎に制御弁の開度を決
めておけることにより可能となる。このことにより差圧
が急激に生じても安全運転が保障される。
Further, the present invention provides a turbo-type dry pump for automatically adjusting the opening and closing of the communication passage. That is,
The thrust force generated in the rotor 2 due to the pressure difference between the intake port 1K side and the exhaust port 1H side is automatically adjusted within the allowable load amount. Specifically, the on-off valve is configured as an on-off control valve capable of automatically controlling the opening thereof, and the safe operation is automatically performed by driving the on-off control valve in accordance with the rotation speed of the rotor 2. Is to be maintained. This is because the ultimate pressure (the maximum amount of the bearing load at each rotation speed) is determined according to the rotation speed of the rotor 2 when the open / close control valve is closed. This becomes possible by determining the opening of the control valve for each number. As a result, safe driving is ensured even when the pressure difference suddenly occurs.

【0022】図2、図3は、この自動制御形のターボ形
ドライポンプの構成を示す図である。すなわち、図2は
モータへの電気エネルギー9をインバータ回路にて制御
し、高速運転化していくインバータ方式の構成を示す図
であり、また図3はロータ2の回転速度を検出し、ロー
タ2の回転速度により連通管7の通路の開度を自動的に
制御する回転速度検出方式の構成を示す図である。ま
ず、連通管7には、その連通路の開度を調節できる調節
弁8Vが開設されているとともに、この調節を電気的信
号により作動させる駆動アクチュエータ12が設置され
ている。この駆動アクチュエータ12には、インバータ
回路11から電気信号が入力されるよう構成されてい
る。
FIGS. 2 and 3 show the structure of the automatic control type turbo dry pump. That is, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an inverter system in which the electric energy 9 to the motor is controlled by an inverter circuit to perform high-speed operation, and FIG. 3 detects the rotation speed of the rotor 2 and It is a figure showing composition of a rotation speed detection system which controls automatically the opening of the passage of communication pipe 7 according to rotation speed. First, the communication pipe 7 is provided with a control valve 8V capable of adjusting the degree of opening of the communication path, and a drive actuator 12 for operating the adjustment by an electric signal. The drive actuator 12 is configured to receive an electric signal from the inverter circuit 11.

【0023】まずインバータ方式においては、モータ4
への電気エネルギー9を供給する制御部10にインバー
タ回路11が設けられている。インバータ回路11はモ
ータ4の回転速度制御パターンにしたがってモータ4へ
の電気エネルギーの供給量を制御するが、同時にインバ
ータ回路11からはこのモータの回転数に相応する信
号、すなわち出力周波数の信号を駆動アクチュエータ1
2に供給する。このことにより連通路の開閉が自動的に
制御されることになる。この方式は構成がきわめて簡略
である。図3は回転速度検出方式の実施例を示し、ロー
タ2と一体の回転駆動軸3の回転を検出する機構のみを
示す要部拡大図である。図において13は回転駆動軸3
の下端に埋設された検出体で、回転中心から偏心した周
辺位置に1個設けられている。14はこの検出体13の
近接を検出する高周波磁界発生器で、検出体13が一定
距離内に近接したとき検出体13内部に生じる渦電流損
失によってその内部に設けた発振回路が影響を受け信号
を出力する。すなわちこの検出体13と高周波磁界発生
器14とによっていわゆる近接スイッチが構成されてい
るが、これは検出体13が回転駆動軸3の回転により巡
回されることで、回転検出器として機能する。この回転
検出器としての出力信号Sが図3に示すモータ4の制御
部10に入力される。
First, in the inverter system, the motor 4
An inverter circuit 11 is provided in a control unit 10 for supplying electric energy 9 to the control unit 10. The inverter circuit 11 controls the amount of electric energy supplied to the motor 4 in accordance with the rotation speed control pattern of the motor 4. At the same time, the inverter circuit 11 drives a signal corresponding to the number of rotations of the motor, that is, a signal of the output frequency. Actuator 1
Feed to 2. As a result, the opening and closing of the communication passage is automatically controlled. This method has a very simple structure. FIG. 3 shows an embodiment of the rotation speed detection system, and is an enlarged view of a main part showing only a mechanism for detecting the rotation of the rotation drive shaft 3 integrated with the rotor 2. In the figure, reference numeral 13 denotes a rotary drive shaft 3
And one detecting body is provided at a peripheral position eccentric from the center of rotation. Reference numeral 14 denotes a high-frequency magnetic field generator for detecting the proximity of the detector 13. The oscillating circuit provided therein is affected by an eddy current loss generated inside the detector 13 when the detector 13 approaches within a predetermined distance. Is output. That is, the detector 13 and the high-frequency magnetic field generator 14 constitute a so-called proximity switch. The proximity switch functions as a rotation detector when the detector 13 is circulated by the rotation of the rotary drive shaft 3. The output signal S as the rotation detector is input to the control unit 10 of the motor 4 shown in FIG.

【0024】したがって、ロータ2の回転数(回転速
度)に応じて制御部10からその旨の信号が駆動アクチ
ュエータ12に入力され、調節弁8Vが連通路の開度を
調節すべく作動する。すなわち、高速化につれて軸受の
許容負荷容量は増大していくので調節弁8は連通路を徐
々に閉じるべく作動する。このような作動によりロータ
2へのスラスト力が許容負荷量以内に抑えられることに
なる。このようにしてターボ形ポンプ機構の吸気口1K
側と排気口1H側の差圧によるロータ2へのスラスト力
の発生は、動圧ガス軸受の許容負荷量以内に設定される
ことになる。
Accordingly, a signal to that effect is input from the control unit 10 to the drive actuator 12 in accordance with the rotation speed (rotation speed) of the rotor 2, and the control valve 8V operates to adjust the opening of the communication passage. That is, as the allowable load capacity of the bearing increases as the speed increases, the control valve 8 operates to gradually close the communication passage. By such an operation, the thrust force on the rotor 2 is suppressed within the allowable load amount. In this way, the intake port 1K of the turbo-type pump mechanism
The generation of the thrust force on the rotor 2 due to the pressure difference between the pressure side and the exhaust port 1H side is set within the allowable load amount of the dynamic pressure gas bearing.

【0025】本発明が提供するターボ形ドライポンプ
は、以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例
に限定されるものではなく、種々の変形例を包含するも
のである。まず、本発明における基本的な構成である連
通路については、ハウジング外方に設置することが条件
であるが、このハウジング外方とは、ポンプ室内以外と
いうことであり、したがってハウジングより外方に物理
的に離れた位置に設けることに限定されるものではな
い。それは差圧が発生するのはポンプ室内の問題であ
り、これを解消するためにはポンプ室以外を連通させれ
ばよいからである。したがって、連通路を図示例のよう
にハウジング1の外方に設けることではなく、ハウジン
グ1のポンプ室内に連通しない肉厚内に設けても目的は
達成される。ハウジング1の肉厚部に連通管を挿設して
もよいし、ハウジング1の肉厚内にパイプ状の通路を形
成してもよい。そしてこれらハウジング1の肉厚部にお
ける連通路に開閉弁を設けるのである。
The turbo type dry pump provided by the present invention has been described in detail above, but is not limited to the above and illustrated examples, but includes various modifications. First, the communication path, which is a basic configuration in the present invention, is required to be installed outside the housing. However, the outside of the housing means other than the pump chamber, and therefore, the outside of the housing. The present invention is not limited to being provided at a physically distant position. This is because the generation of the differential pressure is a problem in the pump chamber, and it is only necessary to connect the parts other than the pump chamber to solve the problem. Therefore, the object is achieved even if the communication passage is not provided outside the housing 1 as in the illustrated example, but is provided in a thickness that does not communicate with the pump chamber of the housing 1. A communication pipe may be inserted into the thick portion of the housing 1, or a pipe-shaped passage may be formed within the thickness of the housing 1. Then, an on-off valve is provided in the communication path in the thick portion of the housing 1.

【0026】また、連通路を設置する位置については、
ターボ形ポンプ機構の領域内であることは前提である
が、図示例のようにこの領域の両端位置に設置すること
に限定されるものではない。たとえば連通路の吸気側部
をターボ形ポンプ機構TPの中間段領域位置に設置して
もよい。この場合、バイパスしていない中間段位置より
上方のターボ形ポンプ機構TPは圧縮の仕事をしている
が、圧縮比の低下で軸受への負荷は軽減される。開閉弁
についても玉形弁、仕切弁、あるいはニードル弁など各
種の形式の弁を採用することができる。
Regarding the position where the communication passage is installed,
It is premised that it is within the area of the turbo pump mechanism, but it is not limited to being installed at both ends of this area as in the illustrated example. For example, the intake side of the communication passage may be provided at an intermediate stage region position of the turbo pump mechanism TP. In this case, the turbo-type pump mechanism TP above the intermediate stage position which is not bypassed performs compression work, but the load on the bearing is reduced due to the decrease in the compression ratio. Various types of valves, such as a globe valve, a gate valve, and a needle valve, can be used for the on-off valve.

【0027】さらに、本発明が第2に提供するターボ形
ドライポンプ、すなわち連通路の開閉をロータ2の回転
数に応じて自動的に制御する構成についても種々の変形
例を挙げることができる。たとえば、ロータ2の回転を
検出する方式を採用する場合、図示例のような近接スイ
ッチによる方式に限定されるものではなく広く知られて
いる多くの回転検出機構を採用できることは言うまでも
ない。また図示例ではターボ形ポンプ機構の前段にねじ
溝ポンプを設置した実施例であるが、このねじ溝ポンプ
の併設は必ずしも必要ではない。本発明は、これらすべ
ての変形実施例を包含するものである。
Further, various modifications can be given to the turbo-type dry pump secondly provided by the present invention, that is, a configuration in which the opening and closing of the communication passage is automatically controlled in accordance with the rotation speed of the rotor 2. For example, when a method of detecting the rotation of the rotor 2 is employed, it is needless to say that the invention is not limited to the method using the proximity switch as shown in the illustrated example, but may employ many widely known rotation detecting mechanisms. Further, in the illustrated example, the screw groove pump is installed in the preceding stage of the turbo type pump mechanism, but it is not always necessary to provide this screw groove pump. The present invention covers all these modified embodiments.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明が提供するターボ形ドライポンプ
は、以上詳述したとおりであるから、ポンプの起動時あ
るいは停止時におけるターボ形ポンプ機構の吸気口側と
排気口側との圧力差が大きくなることが解消され、動圧
ガス軸受の許容負荷量以内にすることができる。したが
って、これらの軸受を大形化する必要なく、すなわち小
形化でき高速回転における軸受の損失を低減することが
できる。そして、結果としてモータ動力の省力化が図ら
れ、また軸受も小形で発熱も小さく従来のように軸受部
を冷却する手段を必要とせず、ポンプ全体の小形化、簡
略化そしてコストダウン化が図られ、経済的なドライポ
ンプを提供する。
The turbo-type dry pump provided by the present invention is as described in detail above. Therefore, when the pump is started or stopped, the pressure difference between the intake side and the exhaust side of the turbo-type pump mechanism is reduced. The increase in size is eliminated, and the load can be kept within the allowable load amount of the dynamic pressure gas bearing. Therefore, it is not necessary to increase the size of these bearings, that is, the bearings can be reduced in size, and bearing loss at high speed rotation can be reduced. As a result, the power consumption of the motor is reduced, and the bearings are small and generate little heat.This eliminates the need for conventional means for cooling the bearings, thus reducing the size, simplification and cost of the entire pump. And provide an economical dry pump.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるターボ形ドライポンプの構成を示
す図である。
FIG. 1 is a view showing a configuration of a turbo type dry pump according to the present invention.

【図2】本発明に第2に提供するターボ形ドライポンプ
の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a turbo type dry pump provided secondly to the present invention.

【図3】本発明に第2に提供するターボ形ドライポンプ
の要部を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a main part of a turbo type dry pump provided secondly to the present invention.

【図4】ターボ形ドライポンプの特性を示す図である。FIG. 4 is a graph showing characteristics of a turbo type dry pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……ハウジング 1K……吸気口 1H……排気口 2……ロータ 3……回転駆動軸 4……モータ 5……フォイルスラスト軸受 6……ラジアル用フォイル軸受 7……連通管 8……開閉弁 8V……調節弁 9……電気エネルギー 10……制御部 11……インバータ回路 12……駆動アクチュエータ 13……検出体 14……高周波磁界発生器 TP……ターボ形ポンプ機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing 1K ... Inlet 1H ... Exhaust port 2 ... Rotor 3 ... Rotary drive shaft 4 ... Motor 5 ... Foil thrust bearing 6 ... Radial foil bearing 7 ... Communication pipe 8 ... Open / close Valve 8V ... Control valve 9 ... Electrical energy 10 ... Control unit 11 ... Inverter circuit 12 ... Drive actuator 13 ... Detector 14 ... High frequency magnetic field generator TP ... Turbo pump mechanism

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒状のハウジング内に動圧ガス軸受を
介して回転体を軸着するとともにこの回転体の円周部と
前記ハウジングの内周に形成したステータとの間でガス
圧縮のポンプ作用を行う円周流ポンプを前記回転体の軸
方向に多段に設け、ハウジングの軸方向一端側の吸気口
からのガスを圧縮しハウジングの軸方向他端側の排気口
に排出するようにしたターボ形ドライポンプにおいて、
前記多段の円周流ポンプにおける前記吸気口側と排気口
側を前記ハウジングの外方にて連通させる連通路を設け
るとともに、この連通路に通路を開閉する開閉弁を介設
したことを特徴とするターボ形ドライポンプ。
1. A pump for gas compression, wherein a rotating body is axially mounted in a cylindrical housing via a dynamic pressure gas bearing and between a circumferential portion of the rotating body and a stator formed on an inner circumference of the housing. Circumferential flow pumps are provided in multiple stages in the axial direction of the rotating body to compress the gas from the intake port at one axial end of the housing and discharge the gas to the exhaust port at the other axial end of the housing. In turbo type dry pumps,
A communication passage for communicating the intake port side and the exhaust port side of the multi-stage circumferential pump outside the housing is provided, and an on-off valve for opening and closing the passage is provided in the communication passage. Turbo type dry pump.
【請求項2】 開閉弁を連通路の開度を調節できる調節
弁で構成するとともに、ロータの回転数に関連する信号
を発生する信号発生機構と、この信号発生機構からの信
号により前記調節弁の開閉作動を駆動する駆動機構を設
け、回転体の回転速度に応じて連通路の開度を調節する
ようにしたことを特徴とするターボ形ドライポンプ。
2. An on-off valve comprising a control valve capable of adjusting an opening degree of a communication passage, a signal generating mechanism for generating a signal relating to a rotation speed of a rotor, and the control valve based on a signal from the signal generating mechanism. A turbo-type dry pump characterized in that a drive mechanism for driving the opening / closing operation of the motor is provided, and the opening degree of the communication passage is adjusted according to the rotation speed of the rotating body.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009257213A (en) * 2008-04-17 2009-11-05 Ebara Corp Turbo vacuum pump
JP2010138741A (en) * 2008-12-10 2010-06-24 Edwards Kk Vacuum pump
WO2022189201A1 (en) * 2021-03-10 2022-09-15 Putzmeister Engineering Gmbh Method for operating a construction-material and/or viscous-material pump for conveying construction material and/or viscous material, and construction-material and/or viscous-material pump for conveying construction material and/or viscous material

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