KR20030032046A - Turbomolecular vacuum pump with rows of rotor blades and rows of stator blades - Google Patents

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크리스티안 바이어
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라이볼트 바쿰 게엠베하
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Abstract

본 발명은 선택적인 받음각()에 의해 서로에 대해 번갈아 삽입되는 회전자 블레이드 열(3) 및 고정자 블레이드 열(4)을 갖는 터보 분자 진공 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 상기와 같은 펌프의 특성을 개선시키는데 있다. 이를 위해, 압력측에 배치된 블레이드 열(3 또는 4)의 블레이드(1 또는 2)의 적어도 일부는 그것의 압력측 에지 영역에서 두꺼워진다.The present invention provides an optional angle of attack ( To a turbomolecular vacuum pump having a rotor blade row 3 and a stator blade row 4 which are alternately inserted with respect to each other by An object of the present invention is to improve the characteristics of such a pump. For this purpose, at least part of the blades 1 or 2 of the blade row 3 or 4 arranged on the pressure side is thickened in its pressure side edge region.

Description

회전자 블레이드 열 및 고정자 블레이드 열을 갖는 터보 분자 진공 펌프 {TURBOMOLECULAR VACUUM PUMP WITH ROWS OF ROTOR BLADES AND ROWS OF STATOR BLADES}Turbomolecular vacuum pump with rotor blade row and stator blade row {TURBOMOLECULAR VACUUM PUMP WITH ROWS OF ROTOR BLADES AND ROWS OF STATOR BLADES}

본 발명은 선택적인 받음각에 의해 서로에 대해 번갈아 삽입되는 회전자 블레이드 열 및 고정자 블레이드 열을 갖는 터보 분자 진공 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a turbomolecular vacuum pump having rotor blade rows and stator blade rows alternated with respect to each other by an optional angle of attack.

터보 분자 진공 펌프의 이송 챔버의 흡입력은 회전하는 회전자 블레이드와 고정된 고정자 블레이드 열의 상호작용에 의해 생성된다. 통상적으로 블레이드의 받음각은 흡입측으로부터 송출측으로 가면서 더 낮아지고 블레이드 분할은 이 방향으로 더 작아진다.The suction force of the transfer chamber of the turbomolecular vacuum pump is created by the interaction of the rotating rotor blades with the stationary stator blade rows. Typically the angle of attack of the blade is lowered from the suction side to the discharge side and the blade splitting is smaller in this direction.

터보 분자 진공 펌프의 효과적인 흡입력(Seff)은The effective suction force (S eff ) of a turbomolecular vacuum pump is

Seff= Stheo- Srueck S eff = S theo -S rueck

으로 주어진다.Given by

또한 실제 흡입력(Seff)은 이론상의 흡입력(Stheo)과 동일하고, 존재하는 갭(갭 손실)에 의해 어쩔 수 없이 나타나는 역류 만큼 감소한다. 상기 역류는 압력이 높아지면서 점점 더 증가한다. 이는 특히 경질 가스에서 나타난다. 이송된 가스의 역류 가능성은 질량이 증가하면서 감소된다.In addition, the actual suction force S eff is equal to the theoretical suction force S theo and decreases by the inevitable countercurrent caused by the gap (gap loss) present. The backflow increases more and more as the pressure increases. This is particularly the case for light gases. The possibility of backflow of the conveyed gas is reduced with increasing mass.

본 발명의 목적은 서두에 언급한 방식의 터보 분자 진공 펌프의 펌프 특성을 개선시키는데 있다.It is an object of the present invention to improve the pump characteristics of a turbomolecular vacuum pump of the type mentioned at the outset.

본 발명에 따르면 상기 목적은, 송출측에 배치된 블레이드 열의 블레이드 중 적어도 일부가 송출측 에지 영역에서, 후속하는 회전자(고정자) 블레이드에 대해 길이가 긴 커버 섹션이 생성되도록 형성되므로, 역류에 대한 높은 밀봉 가능성이 주어짐으로써 달성된다. 그 결과, 압축측으로 가면서 블레이드가 두꺼워진다. 이러한 두꺼운 부분은, 한편으로는 블레이드의 두꺼워진 송출측 에지가 크게 축소되고 다른 한편으로는 이송 횡단면이 소량의 압축을 받도록 형성되어야만 한다. 이는 회전자 블레이드 및 고정자 블레이드에서 나타난다.According to the present invention the object is that at least some of the blades in the row of blades arranged on the delivery side are formed such that in the delivery side edge region a long cover section is created for the subsequent rotor (stator) blade, thus preventing This is achieved by giving a high sealing potential. As a result, the blade thickens while going to the compression side. This thick part must, on the one hand, be formed so that the thickened sending edge of the blade is greatly reduced and on the other hand the feed cross section is subjected to a small amount of compression. This is seen in the rotor blades and stator blades.

역류 방지에 관련하여, 두꺼워진 블레이드의 송출측 에지가 회전자 블레이드의 회전축에 대해 수직인 평면에 놓일 경우에 특히 효과적이다. 이 경우 상기 두꺼운 부분은 상기 터보 분자 진공 펌프의 이송 횡단면을 10% 이상으로 축소시켜서는 안된다(한 단계의 압축력에 상응하여).Regarding backflow prevention, it is particularly effective when the outgoing edge of the thickened blade lies in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor blade. In this case, the thick portion should not reduce the transfer cross section of the turbomolecular vacuum pump to more than 10% (corresponding to the compression force of one step).

상기 두꺼운 부분은, 터보 분자 진공 펌프의 이송 특성을 너무 손상시키지 않도록 하기 위해서, 블레이드의 횡단면에서 송출측에 대해 원추형으로 증가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 송출측 방향으로 증가하는 두꺼운 부분은 블레이드 폭의 송출측 절반부에서 비로소 시작한다.The thick portion is preferably increased conically on the delivery side in the cross section of the blade in order not to damage the conveying properties of the turbomolecular vacuum pump too much. Preferably, the thick portion that increases in the discharge side starts only at the discharge side half of the blade width.

본 발명의 추가의 장점 및 세부사항은 도 1 내지 3에 도시된 실시예에 의해 설명될 것이다.Further advantages and details of the present invention will be explained by the embodiment shown in FIGS.

도 1은 회전자 블레이드 열 및 고정자 블레이드 열로 이루어진 소수의 블레이드의 전개된 단면도이고,1 is an exploded cross-sectional view of a few blades consisting of a rotor blade row and a stator blade row;

도 2 및 3은 본 발명에 따라 형성된 충전 단계의 펌프 표면이다.2 and 3 are pump surfaces of the filling stage formed according to the invention.

도 1은 회전자 블레이드 열(3) 및 고정자 블레이드 열(4)로 이루어진 블레이드(1, 2)의 단면도이다. 예로 도시된 블레이드의 받음각()은 대략 30°이다. 회전자 이동 방향, 이송 방향 및 역류 방향은 일반적으로 화살표(5, 6, 7)로 표시된다. 화살표(8)를 보면 블레이드(1, 2), 그리고 고정자 및 회전자의 벽으로 형성된 이송 채널이 존재함을 알 수 있다. 회전자 축은 도면 부호 9로 표시된다.1 is a cross-sectional view of the blades 1, 2 consisting of a rotor blade row 3 and a stator blade row 4. The angle of attack of the blade shown as an example ( ) Is approximately 30 °. The rotor movement direction, feed direction and counter flow direction are generally indicated by arrows 5, 6, 7. The arrow 8 shows that there are transport channels formed by the blades 1, 2 and the walls of the stator and the rotor. The rotor axis is indicated by reference numeral 9.

블레이드(1 및 2)의 송출측 에지는 송출측에서 두꺼워진다(두꺼운 부분 10). 가장자리면(11, 12)이 회전자 축(9)에 대해 수직인 평면에 놓임으로써, 비교적 큰 표면 섹션(11, 12)이 생성되고, 상기 표면 섹션(11, 12)은 역류하는 가스 분자(화살표 7)와 대립하고 있다.The sending side edges of the blades 1 and 2 become thick at the sending side (thick portion 10). By placing the edge surfaces 11, 12 in a plane perpendicular to the rotor axis 9, a relatively large surface section 11, 12 is produced, which surface sections 11, 12 produce a backflowing gas molecule ( It is opposed to arrow 7).

도 1에서는 두꺼운 부분(10)의 형태에 대한 상이한 변형예 중 두 개를 볼 수 있다. 회전자 블레이드(1)에서는 블레이드의 하부 절반부에서 두께(d)의 증가(원추형)가 시작된다. 이러한 증가는 이송 방향으로 선형적으로 이루어진다. 고정자 블레이드(2)에서는 상기 두께(d)의 증가가 선형적이지 않다; 두께의 변동도 마찬가지로 커진다.In FIG. 1 two of the different variants of the shape of the thick part 10 can be seen. In the rotor blade 1 an increase (conical) of the thickness d begins in the lower half of the blade. This increase is linear in the conveying direction. In the stator blade 2 the increase in thickness d is not linear; The variation in thickness also becomes large.

상기 두꺼운 부분은 실질적으로는 한면에만 형성되는데, 밀링 절삭(milling)에 의해 간단한 방식으로 형성될 수 있다. 횡단면으로 도시된 회전자 블레이드(1)의 경계선은 두 개의 직선 선형 섹션(1', 1'')으로 이루어지며, 상기 두 개의 섹션(1', 1'') 사이에는 변동점(14)이 형성된다. 고정자 블레이드(2)에서는 회전자 이동에 관련하여 후측인 경계선은 직선 섹션(2') 및 예컨대 곡선(2'')으로 형성된다.The thick portion is substantially formed on only one side, and can be formed in a simple manner by milling. The boundary of the rotor blade 1, shown in cross section, consists of two straight linear sections 1 ′, 1 ″, with a point of change 14 between the two sections 1 ′, 1 ″. Is formed. In the stator blade 2, the boundary line, which is the rear side in relation to the rotor movement, is formed by a straight section 2 ′ and a curve 2 ″, for example.

이송 채널(화살표 8)의 이송 특성을 실질적으로 유지시키기 위해, 상기 두꺼운 부분은 단지 블레이드(1, 2)의 송출측 절반부에만 형성되어야 한다. 상기 경계선(1'' 및 2'')이 변동점(14)에서 연결선(15)과 형성하는 각()은 특히 90°이상이어야 하며, 이때 상기 연결선(15)은 맞은편에 있는 각각의 블레이드의 하부 단부와 상기 변동점(14)을 연결시킨다. 이러한 처리에 의해, 블레이드 간의 간격(a)으로 주어진 이송 횡단면(두 개의 인접한 블레이드에서 수직으로 서 있는 선형 섹션)이 두꺼운 부분(10)에 의해 제한되지 않도록 보장되어야만 한다.In order to substantially maintain the conveying properties of the conveying channel (arrow 8), the thick portion should only be formed in the outgoing half of the blades 1, 2. Angles formed by the boundary lines 1 ″ and 2 ″ with the connection line 15 at the variation point 14 ( ) Should be above 90 °, in which case the connecting line 15 connects the lower end of each blade opposite and the point of change 14. By this process, it must be ensured that the feed cross section (linear section standing vertically in two adjacent blades) at the spacing a between blades is not limited by the thick portion 10.

WO 99/15793에는 터보 분자 펌프단과 분자 펌프단 사이에 충전단이 제공된다는 것이 공지되어 있으며, 상기 충전단은 원심단으로서 형성되고 실질적으로는 방사방향 외측으로 연장되는 브릿지를 포함한다. 본 발명에 따라 변동된 이러한 방식의 충전단은 도 2, 3에서 평면도로 도시된다.It is known from WO 99/15793 that a packed stage is provided between a turbo molecular pump stage and a molecular pump stage, which comprises a bridge formed as a centrifugal stage and extending substantially radially outward. This type of charging stage, which is varied according to the invention, is shown in plan view in FIGS.

도면들에서 상기 충전단은 도면 부호 21, 분자 펌프의 링형 이송 채널은 도면 부호 22, 본 발명에 따라 변동된 브릿지는 도면 부호 23, 그리고 주변으로 개방된 포켓은 도면 부호 24로 표시된다. 도 2에 따른 충전단(21)에서 쐐기형 브릿지(23)는 방사 방향으로 연장되고, 상기 브릿지(23)는 도 3에 따른 충전단에서 회전 방향(화살표 5)에 대해 뒤쪽으로 기울어진다.In the figures the filling stage is indicated by reference numeral 21, the ring-shaped conveying channel of the molecular pump by reference numeral 22, the bridge changed according to the present invention by reference numeral 23, and the pocket opened to the perimeter by reference numeral 24. The wedge-shaped bridge 23 extends in the radial direction at the filling end 21 according to FIG. 2, and the bridge 23 is inclined backward with respect to the direction of rotation (arrow 5) at the filling end according to FIG. 3.

상기 브릿지(23)의 폭이 바깥에서 안쪽으로 가면서 증가하기 때문에, 이송된 가스량 분할에 상응하여 주변으로 개방된 포켓(24)의 폭은 안쪽으로 가면서 감소한다. 이를 통해, 역류하는 분자에 대립하는 브릿지(23)의 가장자리면 및 축방향 밀봉면은 증가한다.Since the width of the bridge 23 increases from the outside to the inside, the width of the pocket 24 opened to the periphery corresponding to the conveyed gas amount division decreases toward the inside. This increases the edge face and the axial seal face of the bridge 23 opposite to the countercurrent molecules.

설명된 처리는 충전단(21)에 의해 앞에 연결된 분자 펌프단이 있든 없든 간에, 전체적으로 압축의 증가 및 터보 분자 진공 펌프의 흡입력을 증가시킨다. 이는 특히 경질 가스에 해당된다. 본 발명에 따른 펌프 작용면의 형성은 예컨대 밀링 절삭에 의해 간단하게 이루어질 수 있다. 설명된 처리는 압축 영역에서 비교적 작은 받음각()(< 30°)에 의해 구현될 경우에 특히 효과적이다.The described process increases the compression and the suction force of the turbomolecular vacuum pump as a whole, whether or not there is a molecular pump stage connected in advance by the filling stage 21. This is especially true for light gases. The formation of the pump working surface according to the invention can be made simply by, for example, milling cutting. The described process results in a relatively small angle of attack ( ) ( Particularly effective when implemented by <30 °).

Claims (8)

선택적인 받음각()에 의해 서로에 대해 번갈아 삽입되는 회전자 블레이드 열(3) 및 고정자 블레이드 열(4)을 갖는 터보 분자 진공 펌프에 있어서,Optional angle of attack ( In a turbomolecular vacuum pump having a rotor blade row 3 and a stator blade row 4 inserted alternately with respect to each other by 송출측에 배치된 블레이드 열(3 또는 4)로 이루어진 블레이드(1 또는 2)의 적어도 일부가 송출측 에지 영역에서 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 터보 분자 진공 펌프.A turbomolecular vacuum pump, characterized in that at least part of the blades (1 or 2) consisting of blade rows (3 or 4) arranged on the delivery side thicken in the delivery side edge region. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 두꺼워진 블레이드(1, 2)의 송출측을 형성하는 표면(11, 12)은 각각 상기 회전자의 회전축(9)에 대해 수직인 평면 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 터보 분자 진공 펌프.Turbo molecular vacuum pump, characterized in that the surfaces (11, 12) forming the delivery side of the thickened blades (1, 2) are each situated in a plane perpendicular to the axis of rotation (9) of the rotor. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 두꺼운 부분(10)이 상기 블레이드(1, 2)의 횡단면에서 송출측에 대해 원추형으로 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 분자 진공 펌프.Turbo molecular vacuum pump, characterized in that the thick portion (10) is formed to increase conically with respect to the delivery side in the cross section of the blade (1, 2). 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 송출측 방향으로 증가하는 두꺼운 부분(10)이 상기 블레이드(1, 2) 폭의 송출측 절반부에서 시작하는 것을 특징으로 하는 펌프.A pump, characterized in that the thick portion (10) which increases in the discharge side direction starts at the discharge side half of the width of the blades (1, 2). 제 3항 또는 제 4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 두꺼운 부분(10)이 상기 블레이드(1, 2)의 양 측면에서 또는 단지 한 측면에서 제공되는 것을 특징으로 하는 펌프.Pump, characterized in that the thick part (10) is provided on either side or only one side of the blade (1, 2). 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 두꺼운 부분(10)이 변동점(14)에서 시작하고, 상기 블레이드(1, 2)의 경계선(1', 1''; 2', 2'')의 송출측 섹션(1'', 2'')이 연결선(15)과 형성하는 각()이 90°이상이고, 상기 연결선(15)이 맞은편에 있는 각각의 블레이드의 하부 에지와 상기 변동점(14)을 형성하는 것을 특징으로 하는 펌프.The thick portion 10 starts at the point of change 14 and the outgoing section 1 '', 2 of the boundary lines 1 ′, 1 ″; 2 ′, 2 ″ of the blades 1, 2. Angle formed by the connecting line 15 Pump is characterized in that it is greater than 90 ° and the connecting line (15) forms the lower edge of each blade opposite and the shift point (14). 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 펌프는 방사 방향 단으로서 형성된 충전단(21)을 갖는 것을 특징으로 하는 펌프.Said pump having a filling end (21) formed as a radial end. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 방사 방향 단은 외측으로 연장되는 브릿지(23)를 포함하고, 상기 브릿지(23)의 폭은 바깥으로 가면서 감소하는 것을 특징으로 하는 펌프.The radial stage includes a bridge (23) extending outwardly, the width of the bridge (23) decreases as it goes outward.
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