KR20190107034A

KR20190107034A - 펌프 밀봉

Info

Publication number: KR20190107034A
Application number: KR1020197021516A
Authority: KR
Inventors: 알랜 어니스트 킨네어드 홀브룩; 데이비드 베드웰
Original assignee: 에드워즈 리미티드
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-09-18
Also published as: GB2558954B; TWI776844B; US20190376516A1; TW201835449A; CN110192035A; CN110192035B; EP3574216B1; KR102515384B1; US11255326B2; WO2018138475A1; GB201701179D0; GB2558954A; JP2020505553A; EP3574216A1; JP7028880B2

Abstract

펌프 어셈블리 및 방법이 개시되어 있다. 펌프는, 보어의 제1 부분을 규정하는 상기 제1 하우징부로서, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 하우징부 내에서 연장되고 회전자를 수용하도록 형상화되는, 상기 제1 하우징부; 및 상기 보어의 제2 부분을 규정하는 제2 하우징부로서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 하우징부 내에서 연장되고 상기 회전자를 수용하도록 형상화되는, 상기 제2 하우징부를 포함하고, 상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하기 위해 상기 보어의 제2 부분과 함께 상기 보어의 상기 제1 부분을 위치시키도록 상기 제2 하우징부의 대향하는 제2 면에 접할 수 있는 제1 면을 가지며, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 제1 원형 단면 부분을 갖고, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 일정 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 제2 원형 단면 부분을 갖는다. 이러한 방식으로, 감소된 크기의 보어가 제공되어 누출을 감소시키면서 회전자와 보어 간의 적절한 작동 간극을 또한 제공할 수 있다.

Description

펌프 밀봉

본 발명은 펌프 어셈블리에 관한 것이다.

압축기 및 진공 펌프가 알려져 있다. 진공 펌프는 일반적으로 장치를 진공 배기하기 위해 진공 시스템의 구성요소로서 채용된다. 또한, 이들 펌프는 예를 들어, 반도체의 생산에 사용되는 제조 설비를 진공 배기하는 데 사용된다. 단일 펌프를 사용하여 단일 단계에서 진공에서 대기압까지 압축을 실행하는 것보다는, 각 단에서 진공으로부터 대기압으로 전이하는 데 필요한 완전한 압축 범위의 일부를 실행하는 다단식 진공 펌프를 제공하는 것이 알려져 있다. 유사한 구조가 압축기에 존재한다.

그러한 압축기 및 진공 펌프가 장점을 제공하지만, 이들은 그들 자신의 결점을 또한, 갖는다. 따라서, 다단식 펌프용의 향상된 구조를 제공하는 것이 요구된다.

제1 양태에 따르면, 보어의 제1 부분을 규정하는 제1 하우징부로서, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 하우징부 내에서 연장되고 회전자를 수용하도록 형상화되는, 상기 제1 하우징부; 및 상기 보어의 제2 부분을 규정하는 제2 하우징부로서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 하우징부 내에서 연장되고 상기 회전자를 수용하도록 형상화되는, 상기 제2 하우징부를 포함하며, 상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하기 위해 상기 보어의 제2 부분과 함께 상기 보어의 제1 부분을 위치시키도록 상기 제2 하우징부의 대향하는 제2 면에 접할 수 있는 제1 면을 가지며, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 제1 원형 단면 부분을 갖고, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 일정 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 제2 원형 단면 부분을 갖는, 펌프가 제공된다.

제1 양태는 회전자와 그 고정자 내에 수용하는 보어 사이에 적절한 러닝 핏(running-fit)을 제공할 필요성으로 인해 펌프 내에서 누출이 발생할 수 있음을 인지한다. 특히, 제1 양태는 회전자가 고정자에 영향을 주지 않고 손상을 야기하지 않도록 하기 위해 회전자 대 고정자 내의 보어의 상대적인 크기 설정이 제조 허용 오차를 수용하는 것을 필요로 하는 것을 인지한다. 따라서, 펌프가 제공된다. 펌프는 진공 펌프 또는 압축기이다. 펌프는 제1 하우징부를 포함한다. 제1 하우징부는 그 하우징부 내에서 연장되고 회전자를 수용하도록 형상화되거나 크기 설정된 보어 또는 개구의 제1 부분을 규정하거나 제공한다. 펌프는 또한, 보어의 제2 부분을 규정하거나 제공하는 제2 하우징부를 포함한다. 보어의 제2 부분은 또한, 제2 하우징 내에서 연장되거나 제2 하우징 내에 제공되어 회전자를 수용하도록 형상화된다. 제1 하우징부는 회전자를 수용하도록 보어의 부분들을 위치시키거나 같은 장소에 배치하기 위해 제2 하우징부의 대향 면 또는 표면에 접할 수 있거나 결합할 수 있는 면 또는 표면을 갖는다. 보어의 제1 부분은 원형 단면 부분을 갖는다. 그 원형 단면 부분은 제1 면을 따라서 위치하는 그 중심선을 갖는다. 보어의 제2 부분은 또한, 원형 단면 부분을 갖는다. 그 원형 단면 부분의 중심선은 제2 면으로부터 오프셋되는 거리 또는 위치에 있는 제2 하우징부 내에 또는 안쪽으로 위치한다. 이 방법으로, 감소된 크기의 보어가 제공되어 누출을 감소시키면서 회전자와 보어 간의 적절한 작동 간극을 또한 제공할 수 있다.

일 실시예에서는, 상기 제1 원형 단면 부분 및 상기 제2 원형 단면 부분의 반경은, 내부에 수용 가능한 상기 회전자의 부분의 외부 반경과 일치한다. 따라서, 원형 단면 부분의 반경은 회전자의 부분의 외부 반경과 일치하거나 대응하도록 크기 설정될 수도 있다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 연장되는 세로축을 갖는 제1 반원통형 부분을 규정한다. 따라서, 반원통형 부분은 제1 면을 따라서 위치하는 연장되는 축을 갖고 제공될 수도 있다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에, 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 세로축을 갖는 제2 반원통형 부분을 규정한다. 따라서, 제2 반원통형 부분은 또한, 제2 면에 평행하지만 제2 하우징부로 공간적으로 오프셋되어 연장되는 연장 축에 의해 지향될 수도 있다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 원형 단면 부분에서 상기 제2 면까지 연장되는 연장 부분을 갖는다.

일 실시예에서는, 상기 연장 부분은 상기 제2 원형 단면 부분의 양 단부에서 상기 제2 면까지 접선 방향으로 연장된다.

일 실시예에서는, 상기 연장 부분은 상기 제2 면으로부터의 상기 거리와 일치하는 길이를 갖는다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 한 쌍의 교차하는 제1 원형 단면 부분을 포함한다. 따라서, 루츠형(roots-type) 챔버가 형성될 수도 있다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 연장되는 세로축을 갖는 한 쌍의 교차하는 제1 반원통형 부분을 규정한다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 한 쌍의 교차하는 제2 원형 단면 부분을 규정한다.

일 실시예에서는, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에, 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 세로축을 갖는 한 쌍의 교차하는 제2 반원통형 부분을 규정한다.

일 실시예에서는, 상기 연장 부분은 상기 제2 원형 단면 부분의 비-교차하는 양 단부(either non-intersecting end)에서 상기 제2 면까지 접선 방향으로 연장된다.

일 실시예에서는, 상기 거리는 상기 제1 하우징부의 제1 면의 위치 허용 오차까지를 포함한다. 따라서, 제2 원형 단면 부분의 중심선의 위치가 제1 하우징부의 제1 면의 위치 불확실성에 의해 제2 하우징부 내로 오프셋될 수도 있다.

일 실시예에서는, 상기 거리는 상기 회전자의 변위 허용 오차와 함께 상기 제1 하우징부의 제1 면의 위치 허용 오차까지를 포함한다. 따라서, 제2 원형 단면 부분의 중심선이 회전자의 변위 허용 오차에 관련된 추가의 거리만큼 제2 하우징부 내로 오프셋될 수도 있다.

일 실시예에서는, 상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하도록 형상화된 보어의 복수의 제1 부분을 규정하고, 상기 제2 하우징부는 상기 회전자를 수용하도록 형상화된 보어의 복수의 제2 부분을 규정한다.

일 실시예에서는, 각각의 보어의 제1 원형 단면 및 제2 원형 단면 부분의 반경은, 내부에 수용되는 상기 회전자의 부분의 외부 반경과 일치한다.

일 실시예에서는, 각각의 보어의 상기 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 제1 원형 단면을 갖고, 각각의 보어의 상기 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 제2 원형 단면 부분을 갖는다.

일 실시예에서는, 각각의 보어는 상기 제2 면으로부터 동일한 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 상기 제2 원형 단면 부분을 갖는다.

일 실시예에서는, 각각의 보어의 상기 제1 부분은 상기 제1 면으로부터 보어 위치 허용 오차 내에서 중심설정된다. 따라서, 각각의 보어의 중심선은 보어 위치 결정 허용 오차 내에 위치 결정될 수도 있다. 일반적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 보어 위치 결정 허용 오차는 위치 허용 오차 또는 변위 허용 오차보다 매우 작다.

일 실시예에서는, 각각의 보어의 상기 제1 부분은 상기 제1 면으로부터 상기 회전자의 변위 허용 오차와 함께 상기 보어 위치 허용 오차 내에서 중심설정된다.

제2 양태에 따르면, 회전자를 수용하도록 형상화되고 제1 하우징부 내에서 연장되는 보어의 제1 부분을 규정하는 단계; 상기 회전자를 수용하도록 형상화되고 제2 하우징부 내에서 연장되는 상기 보어의 제2 부분을 규정하는 단계로서, 상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하기 위해 상기 보어의 제2 부분과 함께 상기 보어의 제1 부분을 위치시키도록 상기 제2 하우징부의 대향하는 제2 면에 접할 수 있는 제1 면을 갖는, 상기 보어의 제2 부분을 규정하는 단계; 상기 제1 면을 따라서 제1 원형 단면 부분을 갖는 상기 보어의 제1 부분을 중심설정하는 단계; 및 상기 제2 면으로부터 일정 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서, 제2 원형 단면 부분을 갖는 상기 보어의 제2 부분을 중심설정하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제1 원형 단면 부분 및 상기 제2 원형 단면 부분의 반경을, 내부에 수용 가능한 상기 회전자의 일부분의 외부 반경과 일치시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제1 면을 따라서 연장되는 세로축을 갖는 제1 반원통형 부분을 상기 보어의 제1 부분으로서 규정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에, 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 세로축을 갖는 제2 반원통형 부분을 상기 보어의 제2 부분으로서 규정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제2 원형 단면 부분에서 상기 제2 면까지 연장되는 연장 부분을 제공하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 연장 부분을 상기 제2 원형 단면 부분의 양 단부에서 상기 제2 면까지 접선 방향으로 연장시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 연장 부분의 길이를 상기 제2 면으로부터의 상기 거리와 일치시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 한 쌍의 교차하는 제1 원형 단면 부분을 상기 보어의 제1 부분으로서 제공하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제1 면을 따라서 연장되는 세로축을 갖는 한 쌍의 교차하는 제1 반원통형 부분을 상기 보어의 제1 부분으로서 제공하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 한 쌍의 교차하는 제2 원형 단면 부분을 상기 보어의 제2 부분으로서 제공하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에, 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 세로축을 갖는 한 쌍의 교차하는 제2 반원통형 부분을 상기 보어의 제2 부분으로서 제공하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 연장 부분을 상기 제2 원형 단면 부분의 비-교차하는 양 단부에서 상기 제2 면까지 접선 방향으로 연장시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 거리는 상기 제1 하우징부의 제1 면의 위치 허용 오차까지를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 거리는 상기 회전자의 변위 허용 오차와 함께 상기 제1 하우징부의 제1 면의 위치 허용 오차까지를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 상기 제1 하우징부 내에 상기 회전자를 수용하도록 형상화된 보어의 복수의 제1 부분을 규정하는 단계 및 상기 제2 하우징부 내에 상기 회전자를 수용하도록 형상화된 보어의 복수의 제2 부분을 규정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 각각의 보어의 제1 원형 단면 및 제2 원형 단면 부분의 반경은, 내부에 수용되는 상기 회전자의 일부분의 외부 반경과 일치한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 각각의 보어의 상기 제1 부분으로서 제1 원형 단면을 상기 제1 면을 따라서 중심설정하는 단계, 및 각각의 보어의 상기 제2 부분으로서 제2 원형 단면 부분을, 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 각각의 제2 원형 단면 부분을, 상기 제2 면으로부터 동일한 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 각각의 보어의 상기 제1 부분을, 상기 제1 면으로부터 보어 위치 허용 오차 내에서 중심설정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서는, 상기 방법은 각각의 보어의 상기 제1 부분을, 상기 제1 면으로부터 상기 회전자의 변위 허용 오차와 함께 상기 보어 위치 허용 오차 내에서 중심설정하는 단계를 포함한다.

장치 특징이 기능을 제공하도록 동작 가능한 것으로서 기재되어 있는 경우, 이것은 그 기능을 제공하는 또는 그 기능을 제공하도록 적응되거나 구성되는 장치 특징을 포함하는 것임을 이해할 것이다.

본 발명의 실시예들은 첨부하는 도면을 참조하여 이하에 더 설명할 것이다:
도 1은 클램셀(clamshell)의 형태로 제조되어 조립된 다단식 루츠(roots) 또는 클로(claw) 펌프의 주요 구성요소를 도시하는 개략도이다.
도 2는 간략화한 회전자의 사시도이다.
도 3은 제1 및 제2 하프 셀(half-shell) 고정자 구성요소의 개략적인 단면 엔드온 도면(end-on view)이다.
도 4는 개구의 크기 설정을 위한 종래의 기술을 예시하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따르는 개구의 크기 설정을 도시하는 도면이다.

실시예들을 더욱 상세하게 논의하기 전에, 먼저 개요를 제공할 것이다. 실시예들은 회전자와 그 고정자 사이에 향상된 러닝 핏(running-fit)을 제공하는 고정자 개구 배치를 제공하여, 누출을 감소시키고 펌프의 성능을 향상시킨다. 내부에 회전자가 유지되는 개구 또는 보어(bore)는 반원 부분을 가지며, 반원 부분의 적어도 하나는 보어를 한정하는 2부분의 고정자의 대향 면의 위치의 제조 허용 오차까지인 거리만큼 오프셋되어 있다. 이 배치는 종래의 방법들에 비해 감소된 크기의 보어를 제공한다. 이 감소된 크기의 보어는 적절한 작동 간극을 여전히 유지하지만, 회전자와 보어 사이의 간극 갭 내에서 유체 누출을 감소시킨다.

고정자

도 1은 클램셀의 형태로 제조되어 조립된 다단식 루츠 또는 클로 펌프의 주요 구성요소를 도시하는 개략도이다. 그러한 펌프의 고정자는 복수의 펌핑 챔버(pumping chamber)(106, 108, 110, 112, 114, 116)를 함께 규정하는 제1 및 제2 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)를 포함한다. 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)의 각각은 함께 피팅될 때 다른 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)의 각각의 길이 방향으로 연장되는 면들과 서로 맞물리는 제1 및 제2 길이 방향으로 연장되는 면들을 갖는다. 하프 셀 고정자 구성요소(102)의 2개의 길이 방향으로 연장되는 면들(118, 120)만 볼 수 있다. 조립하는 동안, 2개의 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)는 화살표(R)로 도시된 횡방향 또는 반경방향으로 함께 결합된다.

고정자(100)는 제1 및 제2 단부 고정자 구성요소(122, 124)를 더 포함한다. 2개의 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)가 함께 피팅되었을 때 제1 및 제2 단부 고정자 구성요소(122, 124)가 화살표(L)로 도시된 통상적으로 축방향 또는 길이 방향으로 결합된 2개의 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)의 각각의 단부 면(126, 128)에 피팅된다. 제1 및 제2 단부 고정자 구성요소(122, 124)의 내부 면(130, 132)은 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)의 각각의 단부 면(126, 128)과 서로 맞물린다.

펌핑 챔버(106, 108, 110, 112, 114, 116)의 각각은 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)의 횡방향 벽들(134) 사이에 형성된다. 하프 셀 고정자 구성요소(102)의 횡방향 벽(134)만 도 1에서 볼 수 있다. 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)가 조립될 때, 횡방향 벽(134)은 하나의 펌핑 챔버와 인접하는 펌핑 챔버 사이, 또는 펌핑 챔버(106, 116)와 단부 고정자 구성요소(122, 124) 사이에 축방향의 분리를 제공한다.

2개의 길이 방향으로 연장되는 회전자(도시 생략)의 샤프트는 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)가 함께 피팅될 때 횡방향 벽(134) 내에 형성된 개구(136) 내에 위치한다. 조립하기 전에, 로브(lobes)(도시 생략)가 샤프트에 피팅되어 2개의 로브가 각각의 펌핑 챔버(106, 108, 110, 112, 114, 116) 내에 위치한다. 이 간략화된 도면에 도시되어 있지 않지만, 단부 고정자 구성요소(122, 124)는 각각 샤프트가 통과하여 연장되는 2개의 개구를 갖는다. 샤프트는 단부 고정자 구성요소(122, 124) 내의 베어링(도시 생략)에 의해 지지되고 모터 및 기어 메커니즘(도시 생략)에 의해 구동된다.

회전자

도 2는 간략화한 회전자(50)의 사시도이다. 이 예에서, 회전자는 2 쌍의 로브를 갖는 것으로 예시되지만, 2 이상의 쌍이 제공될 수도 있다는 것을 이해할 것이다(6쌍이 도 1에 도시된 펌프에 필요하고, 각 펌핑 챔버(106, 108, 110, 112, 114, 116)에 한 쌍이 필요하다). 또한, (3 또는 4개의 로브와 같은) 더 많은 쌍의 로브가 샤프트에 제공될 수도 있고, 로브가 루츠, 클로 또는 다른 유형의 것일 수도 있다. 상술한 바와 같이, 회전자(50)는 맞물림 쌍의 로브(meshing pairs of lobes)를 이용하는 포지티브 변위(positive displacement) 용적형 로브 펌프에 사용되는 유형의 회전자이다. 회전자(50)는 회전 가능한 샤프트에 대해 대칭적으로 형성된 한 쌍의 로브를 갖는다. 각각의 로브(55)는 교호하는 접선 방향 곡면 부분에 의해 규정된다. 이 예에서, 회전자(50)는 단일 금속 성분으로부터 기계 가공된 일체형이고, 질량을 감소시키기 위해 원통형의 공극(voids)이 로브(55)를 통해 연장된다.

샤프트의 제1 축방향 단부(60)는 단부 고정자 구성요소에 의해 제공되는 베어링 내에 수용되고, 인접한 펌핑 챔버 내에 수용되는 제1 회전 베인 부분(90A)으로부터 연장된다. 중간 축방향 부분(80)이 제1 회전 베인 부분(90A)으로부터 연장되어 개구(136) 내에 수용된다. 개구(136)는 중간 축방향 부분(80)의 표면 상에 클로즈 핏(close fit)을 제공하지만 베어링으로서 작용하지는 않는다. 추가의 회전 베인 부분이 각각의 펌핑 챔버에 제공되며, 각각 중간 축방향 부분에 의해 분리된다. 마지막 회전 베인 부분(90B)이 중간 축방향 부분(80)으로부터 축방향으로 연장되어 마지막 펌핑 챔버 내에 수용된다. 제2 축방향 단부(70)가 마지막 회전 베인 부분(90B)으로부터 축방향으로 연장된다. 제2 축방향 단부(70)는 단부 고정자 구성요소 내에 베어링에 의해 수용된다.

다단식 진공 펌프는 펌핑 챔버 내에서 대기압보다 낮고 잠재적으로는 10^-3mbar 만큼 낮은 압력에서 동작한다. 따라서, 대기압과 펌프의 내부 사이에 압력차가 존재할 것이다. 펌프로의 그리고 각 펌핑 챔버(106, 108, 110, 112, 114, 116) 간의 주변 가스의 누출이 최소화될 필요가 있다.

도 3은 제1 및 제2 하프 셀 고정자 구성요소(102, 104)의 개략적인 단면 엔드온 도면(end-on view)이다. 개구(136)가 로브(55)가 내부에서 연장되는 개구(138)와 함께 예시되어 있다. 면(118, 120)은 상술한 바와 같이 개구(136, 138)를 제공하기 위해 면(119, 121)에 접하거나 맞물린다.

종래의 개구 구성

도 4는 개구(136)의 크기 설정을 위한 종래의 기술을 예시하는 도면이다. 제조 허용 오차로 인해, 고정자 구성요소(102) 상의 고정자 구성요소(104)의 위치는 위치 허용 오차(t)까지만큼 수직으로 변할 수 있다. 즉, 면(118, 120)의 위치는 위치 허용 오차(t)까지만큼 수직으로 변할 수 있다.

따라서, 이 위치 허용 오차는 최악의 경우의 조건 하에서 개구(136)와 회전자 사이의 접촉을 방지하기 위해 개구(136) 및 중간 축방향 부분(80)의 반경(R')에 가산된다. 작동 간극을 필요로 하는 모든 개구가 동일한 방식으로 크기 설정된다는 것을 이해할 것이다.

변형된 개구 구성

도 5는 일 실시예에 따르는 개구(136')의 크기 설정을 도시하는 도면이다. 이 실시예에서, 개구(136')는 불연속적이거나 불규칙적이다. 통상적으로, 개구(136')는 감소된 반경을 갖는 한 쌍의 수직으로 변위된 반원 개구 부분(136A, 136B)에 의해 형성된다. 도시되어 있는 실시예에서, 고정자 구성요소(102) 내에 형성된 개구(136')의 부분(136A)은 반경(R')을 갖는 반원이고 위치 허용 오차(t)를 포함하지 않는다. 개구(136')의 부분(136A)의 중심선은 면(118, 120)을 따라서 이어진다. 고정자 구성요소(104) 내의 개구(136')의 부분(136B)은 반원이지만, 위치 허용 오차(t)만큼 고정자 구성요소(104)로의 그 중심 오프셋을 갖는다. 다시, 개구(136')의 이 개구 부분(136B)은 위치 허용 오차(t)를 포함하지 않는 반경(R')을 갖는다. 이 실시예에서, 부분(136C)은 부분(136A 및 136B) 사이에서 접선 방향으로 연장되는 직선이다. 그러나, 부분은 직선일 필요는 없고 대신에 원형 또는 타원형일 수도 있음을 이해할 것이다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 이 배치는 개구(136)에 비해 감소된 크기의 개구(136')를 제공하는 한편, 개구(136')와 중간 축방향 부분(80) 사이에 작동 간극을 여전히 제공한다. 이 감소된 크기의 개구(136')가 회전자(50)와 개구(136') 간의 누출을 감소시키고 펌프의 성능을 향상시킨다.

개구(138)와 같이 작동 간극이 필요한 각각의 개구에 대해 동일한 크기 설정 방법이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 고정자 구성요소(102)의 면 상의 개구 부분(136A)의 위치와 고정자 구성요소(104) 내의 개구 부분(136B)의 위치는 일반적으로 위치 허용 오차(t)보다 매우 작은 위치 결정 허용 오차 내에 있을 것임을 이해할 것이다.

예를 들어, 회전자(50)의 진동 왜곡이나 온도에 의해 야기되는 회전자의 변위를 처리하기 위해 추가의 변위 허용 오차가 필요한 배치에 대해, 추가의 허용 오차가 위치 허용 오차(t)에 가산될 수도 있다.

변형 개구 구성을 사용하여 펌프 압력 및 파워의 향상을 계산하기 위해 시뮬레이션이 행해졌고 그 결과는 표 1에 도시되어 있다.

예측된 성능 이득		공칭 펌프		최악의 경우의 펌프
		입구 압력	파워	입구 압력	파워
		mbar	W	mbar	W
0 slm (극한)	종래의 보어	0.007	197	0.024	214
	변형된 보어	0.004	193	0.012	203
	차이	-0.003	-4	-0.012	-11
20 slm	종래의 보어	12.3	594	15.8	675
	변형된 보어	11.7	557	14.6	628
	차이	-0.6	-37	-1.2	-47

공칭 입구 압력은 궁극적으로 (0.007 mbar에서 0.004 mbar로) 상당히 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, 공칭 샤프트 파워는 20 slm에서 상당히 감소되며(37 와트 감소), 이것이 10 mbar를 광범위하게 초과하는 어플리케이션에 대해 상당한 절약이 된다.평균 간극보다 더 큰 간극을 가지는 펌프 내에 더 큰 이득이 존재하며, 이는 '최악의 경우' 수치들로 표현된다. 더욱 극단적인 펌프 구조(pump builds)는 0.024 mbar에서 0.012 mbar까지의 극한 압력의 향상을 가질 것이다. 이것이 생산 수율을 크게 향상시킬 것이며 제조 비용을 감소시킬 것이다.

상술한 바와 같이, 현재의 클램셀 펌프 디자인에서, 양 클램 내의 고정자 보어 크기는 최악의 경우 고정자 정렬을 수직 및 수평의 양 방향으로 수용하도록 설계된다. 각 펌핑 단(pumping stage) 및 각 관통 보어(through bore) 에서의 회전자와 고정자의 반경방향 간극은 2개의 클램 사이의 경계면(interface)의 위치 가변성을 허용하도록 확대된다. 모든 단 선두(stage leads)에서의 이러한 간극 증가는 펌프 성능 및 수명에 부정적인 영향을 미친다.

현재의 클램셀 고정자 보어 디자인은 하부 클램의 상부 면의 잠재적인 오프셋에 대한 허용량을 포함한다. 반대로, 본 발명의 실시예들은 더 작은 반경 간극을 대부분의 반경 방향으로 전달하도록 상부 클램 내의 오프셋 보어 및 더 작은 보어 크기를 채용한다. 본 발명의 실시예들의 상부 고정자 보어의 단면은 하부 면에서 시작하여 일반적인 반원 부분이 뒤따르는 매우 짧은 평행한 부분을 갖는다. 평행한 부분의 길이는 다월 홀(dowel hole)에서 하부 클램의 상부 면까지의 허용 오차의 절반과 동일하다. 다양한 현재의 제품에 대한 이 치수의 값은 0.05 ㎜, 0.025 ㎜ 및 0.04 ㎜를 포함한다.

본 발명의 실시예들의 방법은 클램 내의 모든 펌프 단 및 관통 보어에 도입될 수 있다. 극한 압력 및 파워에 관하여 펌프 성능은 클램을 생산하기 위한 비용 또는 시간에 어떠한 영향도 없이 향상될 수 있다. 동일한 공구(tooling)가 보어를 기계 가공하는 데 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 하부 면으로부터 오프셋되는 위치에 상부 클램 보어의 중심을 위치시킨다. 본 발명의 실시예들은 고정자들 사이에 축방향의 분할선을 갖는 임의의 회전 머신에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 다단식 루츠 펌프 및 압축기를 포함한다.

본 발명의 실시예들이 측면 상에 예를 들어, 반전된 등과 같은 임의의 방향으로 고정자 보어를 갖는 배치를 제공하는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 상세히 개시되어 있지만, 본 발명이 바로 실시예에만 한정되지 않고 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 정해지는 것과 같은 발명의 범위를 벗어남이 없이 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 여러 가지 변형 및 수정이 유효하게 될 수 있음을 이해할 것이다.

50 : 회전자
55 : 로브
60, 70 : 축방향 단부
80 : 중간 축방향 부분
90A, 90B : 회전 베인 부분
102, 104 : 고정자 구성요소
106, 108, 110, 112, 114, 116 : 펌핑 챔버
118, 120 : 면
122, 124 : 단부 고정자 구성요소
126, 128 : 단부 면
130, 132 : 내부 면
134 : 횡방향 벽
136, 136', 138 : 개구
L : 길이 방향
R : 반경 방향
R' : 반경
t : 위치 허용 오차

Claims

펌프에 있어서,
보어의 제1 부분을 규정하는 제1 하우징부로서, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 하우징부 내에서 연장되고 회전자를 수용하도록 형상화되는, 상기 제1 하우징부; 및
상기 보어의 제2 부분을 규정하는 제2 하우징부로서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 하우징부 내에서 연장되고 상기 회전자를 수용하도록 형상화되는, 상기 제2 하우징부를 포함하며,
상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하기 위해 상기 보어의 제2 부분과 함께 상기 보어의 제1 부분을 위치시키도록 상기 제2 하우징부의 대향하는 제2 면에 접할 수 있는 제1 면을 가지며,
상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 제1 원형 단면 부분을 갖고, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 일정 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 제2 원형 단면 부분을 갖는, 펌프.
제1항에 있어서, 상기 제1 원형 단면 부분 및 상기 제2 원형 단면 부분의 반경은, 내부에 수용 가능한 상기 회전자의 부분의 외부 반경과 일치하는, 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 연장되는 세로축을 갖는 제1 반원통형 부분을 규정하는, 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에, 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 세로축을 갖는 제2 반원통형 부분을 규정하는, 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 원형 단면 부분에서 상기 제2 면까지 연장되는 연장 부분을 갖는, 펌프.
제5항에 있어서, 상기 연장 부분은 상기 제2 원형 단면 부분의 양 단부에서 상기 제2 면까지 접선 방향으로 연장되는, 펌프.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 연장 부분은 상기 제2 면으로부터의 상기 거리와 일치하는 길이를 갖는, 펌프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 한 쌍의 교차하는 제1 원형 단면 부분을 포함하는, 펌프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어의 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 연장되는 세로축을 갖는 한 쌍의 교차하는 제1 반원통형 부분을 규정하는, 펌프.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 한 쌍의 교차하는 제2 원형 단면 부분을 규정하는, 펌프.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어의 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에, 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 세로축을 갖는 한 쌍의 교차하는 제2 반원통형 부분을 규정하는, 펌프.
제11항에 있어서, 상기 연장 부분은 상기 제2 원형 단면 부분의 비-교차하는 양 단부에서 상기 제2 면까지 접선 방향으로 연장되는, 펌프.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리는 상기 제1 하우징부의 제1 면의 위치 허용 오차까지를 포함하는, 펌프.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리는 상기 회전자의 변위 허용 오차와 함께 상기 제1 하우징부의 제1 면의 위치 허용 오차까지를 포함하는, 펌프.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하도록 형상화된 보어의 복수의 제1 부분을 규정하고, 상기 제2 하우징부는 상기 회전자를 수용하도록 형상화된 보어의 복수의 제2 부분을 규정하는, 펌프.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 보어의 제1 원형 단면 및 제2 원형 단면 부분의 반경은, 내부에 수용되는 상기 회전자의 부분의 외부 반경과 일치하는, 펌프.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 보어의 상기 제1 부분은 상기 제1 면을 따라서 중심설정된 제1 원형 단면을 갖고, 각각의 보어의 상기 제2 부분은 상기 제2 면으로부터 상기 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 제2 원형 단면 부분을 갖는, 펌프.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 보어는 상기 제2 면으로부터 동일한 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서 중심설정된 상기 제2 원형 단면 부분을 갖는, 펌프.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 보어의 상기 제1 부분은 상기 제1 면으로부터 보어 위치 허용 오차 내에서 중심설정되는, 펌프.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 보어의 상기 제1 부분은 상기 제1 면으로부터 상기 회전자의 변위 허용 오차와 함께 상기 보어 위치 허용 오차 내에서 중심설정되는, 펌프.
회전자를 수용하도록 형상화되고 제1 하우징부 내에서 연장되는 보어의 제1 부분을 규정하는 단계;
상기 회전자를 수용하도록 형상화되고 제2 하우징부 내에서 연장되는 상기 보어의 제2 부분을 규정하는 단계로서,
상기 제1 하우징부는 상기 회전자를 수용하기 위해 상기 보어의 제2 부분과 함께 상기 보어의 제1 부분을 위치시키도록 상기 제2 하우징부의 대향하는 제2 면에 접할 수 있는 제1 면을 갖는, 상기 보어의 제2 부분을 규정하는 단계;
상기 제1 면을 따라서 제1 원형 단면 부분을 갖는 상기 보어의 제1 부분을 중심설정하는 단계; 및
상기 제2 면으로부터 일정 거리에 있는 상기 제2 하우징부 내에서, 제2 원형 단면 부분을 갖는 상기 보어의 제2 부분을 중심설정하는 단계를 포함하는, 방법.