JP2012525534A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
腐食性の流体をポンピングするための複数段の真空ポンプであって、第1の流路の材料は、この第1の流路の下流の第2の流路の材料よりも耐腐食性に劣る材料である。
【選択図】 図1A multi-stage vacuum pump for pumping corrosive fluid, wherein the material of the first flow path is less corrosion resistant than the material of the second flow path downstream of the first flow path. Material.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は真空ポンプに関し、特に腐食性の流体をポンピングするのに適した真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump, and more particularly to a vacuum pump suitable for pumping corrosive fluid.
ポンピング機構52を有する従来の真空ポンプ50を図7に示している。このポンピング機構は、高真空度の流体のための入口58と低真空度から大気圧ほどの流体のための出口60の間の流体流路56に沿った複数のポンピング段54を有する。5段のポンピング段54が示されている。モーター62は各ポンピング段54内で、ステーターSに対してローターRを回転駆動する。
A
くみ出される流体がフッ素のような腐食剤を含む場合、ポンピング機構52が腐食する。時間が経過すると、ポンピング機構の部材表面に腐食層が成長し、ポンピング段54のローターRとステーターSとの間の運転隙間が減少してしまう。長時間にわたるポンプ動作が続くと、腐食によってポンプ段のローターとステーターが接触するようになり、ポンプが故障してしまう。
If the pumped fluid contains a corrosive agent such as fluorine, the
耐腐食性の材料でポンピング機構を製造することにより、真空ポンプ内の腐食を減らすことが可能であるが、一般的にそのような材料は高価である。 While it is possible to reduce the corrosion in the vacuum pump by manufacturing the pumping mechanism with a corrosion resistant material, such materials are generally expensive.
本発明は、腐食性の流体をポンピングするための真空ポンプであって、高真空度の流体の入口と低真空度の流体の出口の間の流体流路に沿った複数のポンピング段を有するポンピング機構を備え、前記流路の第1のセクションにおける前記ポンピング機構の材料は、前記第1のセクションの下流側の前記流路の第2のセクションにおける前記ポンピング機構の材料よりも耐腐食性に劣った材料である。 The present invention is a vacuum pump for pumping corrosive fluid having a plurality of pumping stages along a fluid flow path between a high vacuum fluid inlet and a low vacuum fluid outlet And the material of the pumping mechanism in the first section of the flow path is less resistant to corrosion than the material of the pumping mechanism in the second section of the flow path downstream of the first section. Material.
本発明のその他の好ましい及び/又は任意的な態様は付随する特許請求の範囲で定義されている。 Other preferred and / or optional aspects of the invention are defined in the appended claims.
本発明がより理解されるよう、あくまでも例示にすぎない本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。 For better understanding of the present invention, embodiments of the present invention that are merely examples will be described with reference to the drawings.
図1に腐食性の流体をポンピングするための複数段の真空ポンプ10を示している。ポンピング機構12は、高真空度の流体のための入口18と低真空度から大気圧ほどの流体のための出口20の間の流体流路16に沿った、流体をポンピングするための複数のポンピング段14を有している。この例では5段のポンピング段が示されている。モーター22は各ポンピング段14内で、ステーターSに対してローターRを回転駆動する。
FIG. 1 shows a
本発明に至るまでに、図7に示しているような従来技術の解析が行われ、図2に従来のポンプについて、ポンプ参照温度に対する、時間経過(この例では10000時間である)による腐食層の成長をプロットしたグラフを示している。グラフ中の第1の線は流路56に沿った中間部のポンピング段のローター及びステーターの表面の成長を示し、第2の線は流路56に沿った最終ポンピング段のローター及びステーターの表面の成長を示している。この例における中間ポンピング段は第3段である。腐食層の成長はミクロン単位で測定され、温度はセ氏温度で測定されている。グラフ中で使用されている温度は最終ポンピング段で測定されたポンプ参照温度である。中間ポンピング段における温度はグラフに示された温度より低いが、簡略化のために示されていないことがわかる。ポンプ参照温度は動作中に上昇し、この上昇は吸引される流体のタイプやポンプにより実行される仕事、といった多くの要素に依存する。
Prior to the present invention, the prior art analysis as shown in FIG. 7 was performed, and FIG. 2 shows the corrosion layer of the conventional pump over time with respect to the pump reference temperature (10,000 hours in this example). The graph which plotted the growth of is shown. The first line in the graph shows the growth of the intermediate pumping stage rotor and stator along the
図7において、ポンピング機構の材料は、比較的耐腐食性に劣るものである。このような材料の例として、球状黒鉛鉄(SG iron)がある。図2から分かるように、最終段の腐食層の成長は中間のポンピング段の成長よりも相当大きく、ポンプ参照温度が200℃のとき特に大きい。この参照温度において、中間段の腐食層の成長が50μmあまりにすぎないのに対し、最終段の腐食層の成長はちょうど400μmに満たない程になっている。 In FIG. 7, the material of the pumping mechanism is relatively inferior in corrosion resistance. An example of such a material is spheroidal graphite iron (SG iron). As can be seen from FIG. 2, the growth of the last stage corrosion layer is much larger than the growth of the intermediate pumping stage and is particularly large when the pump reference temperature is 200 ° C. At this reference temperature, the growth of the intermediate stage corrosion layer is only 50 μm, whereas the growth of the final stage corrosion layer is just less than 400 μm.
図3には、図2に示されたグラフと同等のものであるが、ポンプの材料が比較的耐腐食性に優れている場合を示している。このような材料の例としてニッケルリッチの球状黒鉛鉄(Ni−rich SG iron)がある。図3において、中間ポンピング段および最終ポンピング段のどちらにおいても腐食層の成長が減少しているが、中間ポンピング段における成長が約30μm減少して約20μmとなったのにすぎないのに対し、最終ポンピング段における成長は約300μm減少して、ちょうど100μmを下回る程度になっている。 FIG. 3 is equivalent to the graph shown in FIG. 2, but shows a case where the pump material is relatively excellent in corrosion resistance. An example of such a material is nickel-rich spheroidal graphite iron (Ni-rich SG iron). In FIG. 3, the growth of the corrosion layer is reduced in both the intermediate pumping stage and the final pumping stage, while the growth in the intermediate pumping stage is reduced by about 30 μm to only about 20 μm. The growth in the final pumping stage has decreased by about 300 μm, just below 100 μm.
図7に示されたポンプでは、流路56に沿った流体の圧力は、典型的には流路に沿ってひとつのポンピング段から次のポンピング段へと圧縮比が上がっていくような各ポンピング段54によって流体が圧縮されるため、入口58から出口60にかけて上昇していく。流体とポンピング機構の温度もまた流路に沿って上昇していく。
In the pump shown in FIG. 7, the pressure of the fluid along the
このため、くみ出される流体がフッ素のような腐食剤を含む場合、ポンピング機構52に生じる腐食の量は、温度や圧力が上昇するため、流路56に沿って増加する。圧力上昇によって、ポンピング機構を腐食する腐食性分子の量は増加し、温度上昇によって腐食性の反応が増加する。従って、腐食層の成長は中間のポンピング段よりも最終ポンピング段の方がより大きくなる。このため、成長が最大になるポンピング機構の最終段で運転隙間が減少し、ポンプの故障が発生してしまう。図3に示しているように耐腐食性が向上する一方で、ポンピング機構の最終段でしばしば故障が発生する。
For this reason, when the pumped fluid contains a corrosive agent such as fluorine, the amount of corrosion generated in the
図1に示しているポンプにおいて、ポンピング機構は第1のセクション24と第2のセクション26とを有している。第2のセクション26は第1のセクション24の下流にある。動作の間、下流のセクション26の温度と圧力は上流のセクション24の温度と圧力よりも高くなっている。従って、腐食性の流体をポンピングするとき、セクション24の腐食はセクション26の腐食よりも少ない。セクション24のローターとステーター上への腐食層の成長はセクション26よりも少ないため、第1のセクション24は第2のセクション26よりも耐腐食性に劣ったものにする。このため、第2のセクションの材料よりも相対的に安価な材料で第1のセクションを製造することができる。
In the pump shown in FIG. 1, the pumping mechanism has a
第1のセクション24と第2のセクション26はそれぞれ複数のポンピング段14を有している。第1のセクションは流体流路に沿って第2のセクションと隣接している。図1では、第1のセクションは第1、第2、第3のポンピング段を有し、第2のセクションは第4、第5のポンピング段を有している。他の配置では、第1のセクションと第2のセクションの一方を単一のポンピング段にしてもよい。例えば、第1のセクションが第1ないし第4のポンピング段を有するようにして、第2のセクションが第5のポンピング段を有するようにしてもよい。第1ないし第4段は耐腐食性に劣った材料で製造してもよいが、最終の下流ポンピング段において温度と圧力は最大となるため、この段は耐腐食性の材料で作るのが望ましい。代替として、第1のセクションが第1のポンピング段を有し、第2のセクションが第2ないし第5のポンピング段を有するようにしてもよい。
Each of the
図2および図3に示したグラフと同等のグラフを図4に示している。このグラフは図1に示したポンプにおけるポンプ参照温度に対して腐食層の成長をプロットしたものである。図4によると、200℃においてポンピング機構の最終段の腐食層の成長が、図2に示されていた約400μmから、図3に示した耐腐食性ポンプの場合と同様にちょうど100μmを下回る程度にまで減少している。しかしながら、図4においては、中間のもしくは第3段の腐食層の成長が、図2に示した非耐腐食性のポンプについてのものと同様となっている。この点について、中間段が非耐腐食性の材料(例えば球状黒鉛鉄)で製造され、最終段が耐腐食性の材料(例えばニッケルリッチの鉄)で製造されていながらも、中間段の腐食層の成長が最終段のものよりも小さい約50μmとなっている。従って、ポンピング機構の第1のセクションと第2のセクションをともに耐腐食性の材料で製造することには利点がなく、このようにするとポンプの無用のコスト増を招くことになる。 A graph equivalent to the graphs shown in FIGS. 2 and 3 is shown in FIG. This graph plots the growth of the corrosion layer against the pump reference temperature in the pump shown in FIG. According to FIG. 4, at 200 ° C., the growth of the corrosion layer in the final stage of the pumping mechanism is less than about 100 μm from about 400 μm shown in FIG. 2 as in the case of the corrosion-resistant pump shown in FIG. It has decreased to. However, in FIG. 4, the growth of the intermediate or third stage corrosion layer is similar to that for the non-corrosion resistant pump shown in FIG. In this regard, the intermediate stage is made of a non-corrosion resistant material (eg spheroidal graphite iron) and the final stage is made of a corrosion resistant material (eg nickel-rich iron), but the intermediate stage corrosion layer The growth is about 50 μm, which is smaller than that of the final stage. Therefore, it is not advantageous to manufacture both the first and second sections of the pumping mechanism with a corrosion-resistant material, which incurs unnecessary cost increases for the pump.
第1のセクションと第2のセクションの材料は、第1のセクションにおける腐食層の成長が第2のセクションにおける腐食層の成長と等しいか、それよりも小さくなるように選択するべきである。腐食性ガスをポンピングする間の各段における腐食層の成長が、各段の間で互いにほぼ等しくなるように選択された材料で、前記ポンピング段の部材が製造されるのが好ましい。このようにすると、様々なポンピング段のための材料をコスト効率よく選択することができ、同時に耐腐食性も受容できる水準を維持できる。 図1では、第2のセクション26の各ポンピング段14のローターRとステーターSはニッケルリッチ鉄で製造され、第1のセクション24の各ポンピング段14のローターRとステーターSは球状黒鉛鉄(SG iron、spheroidal graphite iron)で製造されている。
The material of the first section and the second section should be selected such that the growth of the corrosion layer in the first section is equal to or less than the growth of the corrosion layer in the second section. Preferably, the pumping stage members are made of materials selected such that the growth of the corrosive layer at each stage during pumping of the corrosive gas is approximately equal to each other between stages. In this way, materials for various pumping stages can be selected cost-effectively while maintaining acceptable levels of corrosion resistance. In FIG. 1, the rotor R and stator S of each pumping
これらの材料の例を図5に示しているが、要求に応じて他の材料を選択することも可能である。例えば、ニッケルはフッ素に対する耐性があるが、くみ出される流体が他の腐食剤を含んでいるときは、適切な耐性材料を選択することが望ましい。さらに、ポンピング機構の第1のセクションは球状黒鉛鉄以外の材料で製造してもよい。 Examples of these materials are shown in FIG. 5, but other materials can be selected according to demand. For example, nickel is resistant to fluorine, but when the fluid being pumped contains other corrosive agents, it is desirable to select an appropriate resistant material. Furthermore, the first section of the pumping mechanism may be made of a material other than spheroidal graphite iron.
このポンプが特に腐食性の強い流体をポンピングするのに用いられる場合、第1のセクションをニッケルリッチ球状黒鉛鉄のような耐腐食性の材料で製造してもよく、第2のセクションを鋳造ステンレス鋼やニッケル合金などの更に耐腐食性に優れた材料で製造してもよい。 If this pump is used to pump a particularly corrosive fluid, the first section may be made of a corrosion resistant material such as nickel-rich spheroidal graphite iron and the second section is cast stainless steel. You may manufacture with the material which was further excellent in corrosion resistance, such as steel and a nickel alloy.
球状黒鉛鉄とニッケルリッチ球状黒鉛鉄の例をそれぞれ3例ずつ、図5に示している。第1のセクションの材料と第2のセクションの材料として、線膨張係数が同様の材料を選ぶのが好ましい。この点について、Ni−res D−5Sは、その線膨張係数が12.6m/mKと、球状黒鉛鉄の係数12.5m/mKと似ているため、好ましい耐腐食材料である。 FIG. 5 shows three examples each of spheroidal graphite iron and nickel-rich spheroidal graphite iron. It is preferable to select a material having a similar linear expansion coefficient as the material of the first section and the material of the second section. In this regard, Ni-res D-5S is a preferred corrosion resistant material because its linear expansion coefficient is 12.6 m / mK, which is similar to the coefficient of 12.5 m / mK for spheroidal graphite iron.
ニッケルリッチ球状黒鉛鉄材料の組成で、良好な耐腐食性を示すとともに、高温度条件下で良好な強度と剛性を示すものを図6に示している。このような材料において、ニッケルの組成は24ないし32重量%と相対的に高いことがわかる。 FIG. 6 shows a composition of nickel-rich spheroidal graphite iron material that shows good corrosion resistance and good strength and rigidity under high temperature conditions. It can be seen that in such materials, the composition of nickel is relatively high, from 24 to 32% by weight.
部材が異なる熱膨張率を有することに伴う問題を避けるため、各セクションのローターRとステーターSに、同一の又は類似した材料を用いるのが好ましい。 In order to avoid problems with the members having different coefficients of thermal expansion, it is preferred to use the same or similar materials for the rotor R and stator S of each section.
真空ポンプ10が図1に簡略化された形で示されている。真空ポンプはクロータイプのポンピング機構を有してもよく、ルートタイプのポンピング機構やその他のタイプのドライポンピング機構、特に効率向上のためにポンピング機構の部材間の運転隙間を小さくする必要のあるポンピング機構を有するようにしてもよい。
A
Claims (9)
高真空度の流体の入口と低真空度の流体の出口の間の流体流路に沿った複数のポンピング段を有するポンピング機構を備え、
前記流路の第1のセクションにおける前記ポンピング機構の材料は、前記第1のセクションの下流側の前記流路の第2のセクションにおける前記ポンピング機構の材料よりも耐腐食性に劣る材料である、真空ポンプ。 A vacuum pump for pumping corrosive fluid,
A pumping mechanism having a plurality of pumping stages along a fluid flow path between a high vacuum fluid inlet and a low vacuum fluid outlet;
The material of the pumping mechanism in the first section of the flow path is a material that is less resistant to corrosion than the material of the pumping mechanism in the second section of the flow path downstream of the first section. Vacuum pump.
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