JP4996486B2 - Holweck vacuum pump - Google Patents

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Abstract

The Holweck pump (10) has a pump rotor (16) with rotating tube (24) and a rotor vane disc (28) on the inlet side with a support ring (30) supporting the rotor pipe. The vanes (18) of the vane disc have on the rotor side shoulders (40) to support the supporting ring. The rotor pipe can cover the entire axial length of the support ring. The axial length of the vanes reduces radially inwards from the shoulder. The rotor pipe is made from a fibre-reinforced material such as chlorofluorocarbon .

Description

本発明は、回転する管を有したポンプロータを備えたホルウェック型（Ｈｏｌｗｅｃｋ）真空ポンプに関する。   The present invention relates to a Holweck vacuum pump having a pump rotor with a rotating tube.

ＷＯ２００４／０５５３７５Ａ１号特許明細書には２連のホルウェック型真空ポンプが開示されている。この真空ポンプは、ロータ管の半径方向内側及び外側にポンプステータを有しており、該ポンプステータはそれぞれ螺旋状のねじ山溝によって形成される。ポンプ特性を改善するために入口側に、ロータ管を支持する保持リングを有したロータ羽根車が設けられている。保持リングの軸方向の長さは、羽根車の羽根の軸方向の長さよりも大きいので、保持リングは羽根を貫通している。即ち羽根は半径方向で２つの区分に分割されている。保持リングの一部は軸方向でロータ羽根の平面から突出している。保持リングのカラー状に突出する部分にはロータ管が固定されていて、例えば、ロータ管が外側から保持リングに載置されている。保持リングとロータ管との間に作用する全ての力は直接的に羽根車の羽根に伝えられる。実験により、特に、遠心力により引き起こされる半径方向及び接線方向の力は羽根に対して、特に保持リングに対して著しい機械的負荷を与え、その耐用寿命を減じることがわかっている。   WO2004 / 055375A1 discloses a double Holweck type vacuum pump. This vacuum pump has a pump stator on the radially inner side and the outer side of the rotor tube, and each pump stator is formed by a helical thread groove. In order to improve pump characteristics, a rotor impeller having a retaining ring for supporting the rotor pipe is provided on the inlet side. Since the axial length of the retaining ring is greater than the axial length of the impeller blade, the retaining ring penetrates the blade. That is, the blade is divided into two sections in the radial direction. A part of the retaining ring protrudes from the plane of the rotor blade in the axial direction. A rotor tube is fixed to a portion of the retaining ring protruding in a collar shape. For example, the rotor tube is mounted on the retaining ring from the outside. All forces acting between the retaining ring and the rotor tube are transmitted directly to the impeller blades. Experiments have shown that radial and tangential forces, in particular caused by centrifugal forces, exert significant mechanical loads on the blades, in particular on the retaining ring, and reduce their useful life.

これに対して本発明の課題は、改善された羽根車耐用寿命を有した２列のホルウェック型真空ポンプを提供することである。   In contrast, an object of the present invention is to provide a two-row Holweck vacuum pump with improved impeller service life.

本発明によればこの課題は、請求項１の特徴により解決される。   According to the invention, this problem is solved by the features of claim 1.

本発明によるホルウェック型真空ポンプでは、羽根車の羽根が、ロータ側の近位側の段部を有しており、該段部に保持リングが支持されている。保持リングは羽根を越えてに軸方向に突出せず、相応の段状の段部によって羽根に半径方向内側で支持されている。即ち羽根は、保持リングの半径方向内側に、保持リングの半径方向外側よりも大きな軸方向の長さを有している。羽根の段部は、保持リングが半径方向外側で段部に載置されるように形成されている。これにより保持リングはほぼ軸方向の全長にわたって、羽根車の羽根によって支持される。保持リングを支持する羽根構造は著しく強化されるので、羽根と保持リングとの間に作用する力は、羽根へのより小さな点状の先端状の負荷となる。羽根によって支持された保持リングの部分に、半径方向外側からロータ管が被せ嵌められている。有利には極めて抗張性かつ軽量な材料から成るロータ管は、１０．０００回転／分以上の高い回転数の場合に生じる高い遠心力に抗して支持されるように保持リングを取り囲む。これにより、保持リングで生じる接線方向の力は、保持リングが相応に高い回転数に耐えうる程度に小さく維持される。   In the Holweck type vacuum pump according to the present invention, the blade of the impeller has a step portion on the proximal side on the rotor side, and the holding ring is supported by the step portion. The retaining ring does not protrude axially beyond the vane and is supported radially inward by the corresponding stepped step. That is, the vane has a larger axial length on the radially inner side of the retaining ring than on the radially outer side of the retaining ring. The step portion of the blade is formed such that the holding ring is placed on the step portion on the outer side in the radial direction. As a result, the retaining ring is supported by the blades of the impeller substantially over the entire length in the axial direction. Since the vane structure supporting the retaining ring is significantly strengthened, the force acting between the vane and the retaining ring results in a smaller point-like tip load on the vane. A rotor tube is fitted on the retaining ring portion supported by the blades from the outside in the radial direction. The rotor tube, which is preferably made of a highly tensile and lightweight material, surrounds the retaining ring so that it is supported against the high centrifugal forces that occur at high rotational speeds of 10.000 revolutions per minute or more. Thereby, the tangential force generated in the retaining ring is kept small enough to withstand the correspondingly high rotational speed.

有利には、保持リングは軸方向で羽根の段のない領域には突入しない。保持リングの軸方向の長さは、羽根の軸方向段部の軸方向の長さにほぼ相当する。保持リングは、羽根の極めて大きな部分をその全半径方向長さにわたって貫通しない。これにより、ロータ管と保持リングとの間に作用する力が、羽根段部の領域でだけ直接羽根に導入されるが、羽根の全軸方向の長さには導入されないことが保証される。保持リングの軸方向の延びを段部の軸方向の長さに制限することにより、保持リングがその全軸方向長さでロータ管によって外側から、高い遠心力に抗して支持されることが保証される。   Advantageously, the retaining ring does not penetrate into the stepless region in the axial direction. The axial length of the retaining ring substantially corresponds to the axial length of the axial step portion of the blade. The retaining ring does not penetrate a very large part of the vane over its entire radial length. This ensures that the force acting between the rotor tube and the retaining ring is introduced directly into the blade only in the region of the blade step, but not into the length of the blade in all axial directions. By restricting the axial extension of the retaining ring to the axial length of the step, the retaining ring can be supported against the high centrifugal force from the outside by the rotor tube at its full axial length. Guaranteed.

有利な構成によれば、羽根車の羽根は、吸込側（遠位側）でも段状の段部を有しており、該段部に支持リングが支持されている。支持リングを支持する段状段部は、即ち軸方向で、保持リングを支持する羽根の段状段部の反対側に位置しており、軸方向でこれらの間に位置する領域は段部なし、かつ保持リングなしに形成されている。ロータ管が保持リングに外側から被せ嵌められている場合、相応の支持リングによって、緊締されたロータ管によって羽根に加えられる不均一な負荷を補償することができる。支持リングはこのようにして、羽根に導入される力の対称性を改善する。   According to an advantageous configuration, the blades of the impeller have a stepped step on the suction side (distal side), and a support ring is supported on the step. The stepped step that supports the support ring is located on the opposite side of the stepped step of the blade that supports the retaining ring in the axial direction, and there is no stepped portion located between them in the axial direction. And without a retaining ring. If the rotor tube is fitted over the retaining ring from the outside, the corresponding support ring can compensate for uneven loads applied to the blades by the tightened rotor tube. The support ring thus improves the symmetry of the force introduced into the vane.

有利には、羽根の軸方向長さは段部から半径方向内側に向かって減少している。隣接する内側のポンプステータの輪郭は相応に適合されている。羽根の軸方向長さが半径方向内側に向かって減少していることによって、十分な羽根の安定性のもとでジオメトリが内部の流れ技術的にできるだけ最良に維持される。これにより、全体として高められた吸込性が実現される。   Advantageously, the axial length of the vanes decreases radially inward from the step. The contours of adjacent inner pump stators are adapted accordingly. By reducing the axial length of the vanes radially inward, the geometry is maintained as best as possible in terms of internal flow technology with sufficient vane stability. Thereby, the suction property improved as a whole is realized.

有利な構成によれば、ロータ管が繊維強化材料から成っている。このために特に非金属性の材料、例えばＣＦＫが適している。非金属性の繊維強化材料は高い機械的な安定性、特に高い抗張性を有していて比較的軽い。繊維強化材料から成るロータ管は、従って高い回転数で回転することができ、この場合、直径が著しく拡大することはない。このような状態は、ロータとステータとの間の小さなギャップを実現するために重要である。さらに高い抗張性により、ロータ管が支持リングをも、破壊的な接線方向の力に抗して支持することができることが保証される。   According to an advantageous configuration, the rotor tube consists of a fiber reinforced material. For this purpose, non-metallic materials such as CFK are particularly suitable. Non-metallic fiber reinforced materials have high mechanical stability, particularly high tensile properties and are relatively light. The rotor tube made of fiber reinforced material can therefore rotate at a high rotational speed, in which case the diameter does not increase significantly. Such a state is important for realizing a small gap between the rotor and the stator. The higher tensile strength ensures that the rotor tube can also support the support ring against destructive tangential forces.

有利には、ねじ山溝のねじ山は、即ちそのねじ山底部は半径方向で入口から出口に向かって減径している。これにより、ねじ山溝の深さおよび横断面は入口から出口へと減少している。これにより、両ホルウェック段もしくは列の入口横断面は比較的大きく、これによりホルウェック段の吸込能力は改善されている。   Advantageously, the thread of the thread groove, i.e. its thread bottom, is radially reduced in diameter from the inlet to the outlet. This reduces the thread groove depth and cross-section from the inlet to the outlet. Thereby, the inlet cross section of both Holweck stages or rows is relatively large, thereby improving the suction capacity of the Holweck stages.

以下に図面につき本発明の２つの実施例を詳しく説明する。   In the following, two embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１及び図２にはそれぞれ１つのホルウェック型真空ポンプ１０，５０が示されている。これらのポンプは２つの平行なホルウェックポンプ段１２，１４を有している。入口側で、両ホルウェック型真空ポンプ１０，５０はそれぞれ１つのロータ羽根車２８，２８′を有しており、この羽根車はそれぞれ多数の羽根１８，５８を有している。   1 and 2 show one Holweck type vacuum pump 10, 50, respectively. These pumps have two parallel Holweck pump stages 12,14. On the inlet side, both Holweck vacuum pumps 10, 50 each have one rotor impeller 28, 28 ', which has a number of blades 18, 58, respectively.

両ホルウェックポンプ段１２，１４は主として、それぞれ１つの半径方向外側のポンプステータ２０と、半径方向内側のポンプステータ２２と、両ステータ２０，２２の間の回転するロータ管２４とから成っている。内側のポンプステータ２２および外側のポンプステータ２０はそれぞれ１つの螺旋状のねじ山溝２１，２３を有している。その溝底面は出口に向かってそれぞれ半径方向で減径している。   Both Holweck pump stages 12, 14 mainly comprise a radially outer pump stator 20, a radially inner pump stator 22, and a rotating rotor tube 24 between the stators 20, 22. Yes. The inner pump stator 22 and the outer pump stator 20 each have one spiral thread groove 21, 23. The bottom surface of the groove is reduced in diameter in the radial direction toward the outlet.

ポンプロータ１６は主として、転がり軸受及び／又は磁石軸受によって支承された軸２６と、ハブ２７と、羽根１８と、保持リング３０と、ロータ管２４とから成っている。図２の真空ポンプ５０のポンプロータ５６はさらに、もう１つの第２の支持リング６０を有している。ハブ２７、羽根１８、保持リング３０、場合によっては支持リング６０は一体的に互いに結合されていて、アルミニウムから成っているが、個々に製造し、一緒に組み付けることもできる。特に支持リング６０は別個に製造することができ、羽根５８に接続して組み付けることができる。ロータ管２４は繊維強化された材料、例えばＣＦＫから成っている。   The pump rotor 16 mainly comprises a shaft 26 supported by a rolling bearing and / or a magnet bearing, a hub 27, a blade 18, a holding ring 30, and a rotor tube 24. The pump rotor 56 of the vacuum pump 50 of FIG. 2 further has another second support ring 60. The hub 27, vane 18, retaining ring 30, and optionally the support ring 60 are integrally joined together and are made of aluminum, but can be manufactured individually and assembled together. In particular, the support ring 60 can be manufactured separately and connected to the blades 58 and assembled. The rotor tube 24 is made of a fiber reinforced material, such as CFK.

羽根１８，５８はロータ側に段状の段部４０を有していて、その段部に保持リング３０が支持されている。軸方向の段長さは、保持リング３０の軸方向長さとほぼ同じである。保持リング３０は軸方向で、ポンプ入口の方向で、羽根１８内には突入していないので、段部４０の外側の羽根１８の間の半径方向中間室は半径方向で一貫している。保持リング３０は円筒状であって、ロータ管２４を支持していて、ロータ管２４は保持リング３０上に緊締またはプレス嵌めされている。   The blades 18 and 58 have a stepped step portion 40 on the rotor side, and the holding ring 30 is supported by the stepped portion. The axial step length is substantially the same as the axial length of the retaining ring 30. Since the retaining ring 30 is axial, in the direction of the pump inlet, and does not penetrate into the vane 18, the radial intermediate chamber between the vanes 18 outside the step 40 is consistent in the radial direction. The retaining ring 30 is cylindrical and supports the rotor tube 24, and the rotor tube 24 is fastened or press-fitted onto the retaining ring 30.

羽根１８の軸方向の長さは、段部４０から半径方向内側に向かって減少している。しかしながら、ハブ近傍の羽根１８の軸方向の長さは、段部４０もしくは保持リング３０の半径方向外側の羽根１８の軸方向の長さよりも大きい。   The axial length of the blade 18 decreases from the step portion 40 toward the inside in the radial direction. However, the axial length of the blade 18 in the vicinity of the hub is larger than the axial length of the blade 18 on the radially outer side of the stepped portion 40 or the retaining ring 30.

図２のホルウェック型真空ポンプ５０では、羽根５８が入口側で第２の段部６２を有していて、該第２の段部６２は支持リング６０を支持している。入口側の領域でも、羽根５８の軸方向の長さはハブ２７に向かって徐々に減少する。   In the Holweck type vacuum pump 50 of FIG. 2, the blade 58 has a second step portion 62 on the inlet side, and the second step portion 62 supports the support ring 60. Even in the region on the inlet side, the axial length of the blade 58 gradually decreases toward the hub 27.

羽根１８に段部４０を設けることにより、保持リング３０は、ロータ管２４を支持する領域で最良に支持される。これにより入口側の領域における羽根１８への進入を回避することができるので、ロータ管２４と保持リング３０と段部４０との間で伝えられる力の導入は著しく減じられる。さらに、保持リング３０における接線方向の力の形成が著しく減じられる。何故ならば、保持リング３０が軸方向の全長にわたって半径方向でロータ管２４によって遠心力に抗して支持されているからである。   By providing the stepped portion 40 on the blade 18, the retaining ring 30 is best supported in the region where the rotor tube 24 is supported. This avoids entry into the blades 18 in the region on the inlet side, so that the introduction of force transmitted between the rotor tube 24, the retaining ring 30 and the step 40 is significantly reduced. Furthermore, the formation of tangential forces in the retaining ring 30 is significantly reduced. This is because the retaining ring 30 is supported against the centrifugal force by the rotor tube 24 in the radial direction over the entire axial length.

ホルウェック型真空ポンプを保持リングを備えた羽根車とともに示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the Holweck type vacuum pump with the impeller provided with the holding ring. ホルウェック型真空ポンプを保持リングと支持リングを備えた羽根車とともに示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the Holweck type vacuum pump with the impeller provided with the holding ring and the support ring.

Claims (7)

ホルウェック型真空ポンプ（１０）であって、
ポンプロータ（１６）を有していて、該ポンプロータは回転するロータ管（２４）と、該ロータ管（２４）を保持する保持リング（３０）を備えた入口側のロータ羽根車（２８）とを備えており、
前記ロータ管（２４）の半径方向内側および外側にそれぞれ１つのポンプステータ（２０，２２）を有していて、該ポンプステータは螺旋状のねじ山溝（２１，２３）を有している形式のものにおいて、
羽根車（２８）の羽根（１８）がロータ側の段部（４０）を有していて、該段部に保持リング（３０）が支持されていることを特徴とする、ホルウェック型真空ポンプ。A Holweck type vacuum pump (10),
An inlet rotor impeller (28) having a pump rotor (16), the pump rotor having a rotating rotor pipe (24) and a retaining ring (30) for holding the rotor pipe (24) And
The rotor pipe (24) has one pump stator (20, 22) on each of the radially inner side and the outer side, and the pump stator has a spiral thread groove (21, 23). In things,
Impeller (28) vanes (18) of have stepped portion of the rotor side (40), characterized in that the retaining ring stepped portion (30) is supported, Holweck vacuum pump. 保持リング（３０）が軸方向で、羽根（１８）の段のない領域に突入しない、請求項１記載のホルウェック型真空ポンプ。  The Holweck vacuum pump according to claim 1, wherein the retaining ring (30) is axial and does not enter a stepless region of the blade (18). ロータ管（２４）が、保持リング（３０）の軸方向の長さ全体をカバーしている、請求項２記載のホルウェック型真空ポンプ。  The Holweck vacuum pump according to claim 2, wherein the rotor tube (24) covers the entire axial length of the retaining ring (30). 羽根車（２８′）の羽根（５８）が、入口側でも段部（６２）を有しており、該段部に支持リング（６０）が支持されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のホルウェック型真空ポンプ。  The blade (58) of the impeller (28 ') has a step portion (62) on the inlet side, and a support ring (60) is supported by the step portion. A Holweck type vacuum pump according to claim 1. 羽根（１８，５８）の軸方向の長さが段部（４０，６２）から半径方向内側に向かって減少している、請求項１から４までのいずれか１項記載のホルウェック型真空ポンプ。  The Holweck type vacuum pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the axial length of the blade (18, 58) decreases radially inward from the step (40, 62). ロータ管（２４）が繊維強化材料から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載のホルウェック型真空ポンプ。Rotor tube (24) is made fiber reinforced materials or al, Holweck vacuum pump according to any one of claims 1 to 5. ステータねじ山溝（２１，２３）が入口から出口に向かって半径方向で減径している、請求項１から６までのいずれか１項記載のホルウェック型真空ポンプ。  7. The Holweck type vacuum pump according to claim 1, wherein the stator thread groove (21, 23) is radially reduced in diameter from the inlet toward the outlet.
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