NL8303081A - Magnetisch gelagerde turbomoleculairpomp met trillingsdemping. - Google Patents

Description

jr

H.0. 32008 J

Magnetisch gelagerde turbomoleculairpomn met trillingsdemuing.

een

De uitvinding heeft ‘betrekking' opvturbomoleculairpomp met passieve, radiale magneetlagers en met mechanische of elektromagnetische axiaallagers.

Yoor smeermiddelvrije lagering van de rotors van turbomole-5 culairpompen worden verschillende uitvoeringsvormen van magneetlagers gebruikt. In het DAS 23 49 033 en ia het Ih^ans octrooi-schrift 14 75 7^5 worden turhomoleculairpompen met actieve, elektronisch geregelde magneetlagers beschreven. In het DAS 28 25 551 is een turbomoleculairpomp met hybridelagering weergegeven. Hierbij 10 wordt de rotor radiaal door passieve magneetlagers vastgehouden, terwijl in axiale richting mechanische ondersteuningslagers aanwezig zijn.

Dij beide soorten van lagering gedragen de rotors zich als elastisch vastgehouden tollen. Daardoor zijn verschillende tril-15 lingsmogelijkheden aanwezig. De trillingen kunnen van buiten af door schokken worden opgewekt of zoals bijv. bij de constructie beschreven in het DAS 28 25 551 door wrijvingskrachten in axiale mechanische ondersteuningslagers ontstaan. De volgende soorten rotortrillingen zijn in verschillende frequentiegebieden mogelijk: 20 1. Precessietrillingen met een frequentie van ongeveer 0,1 Hz tot 10 Hz. De frequentie is afhankelijk van het toerental, de traagheidsmomenten en de veerconstanten van de lagers van de rotor.

2. Paralleltrillingen van de rotor loodrecht op de draaias.

25 De frequenties van deze trillingen worden door veerconstanten van de magneetlagers en door de massa van de rotor bepaald en liggsatussen 30 Hz en 100 Hz.

5. ÏTutatietrillingen, die afhankelijk zijn van het toerental en van de verhouding van de traagheidsmomenten langs en 30 dwars op de rotoras. Deze treden op in de gebieden van 300 Hz tot 1500 Hz.

Om de mogelijke trillingen te vermijden, kunnen actief geregelde magneetlagers elektronisch worden gedempt. Passieve magneet-lageringen, bijvoorbeeld volgens de inleiding van de eerste conclu-35 sie en in de DAS 28 25 551 neigen bij sterke schokken tot trillen op een of meer van de bovengenoemde wijzen. In het bijzonder kunnen wrijvingskrachten bij het aanwezig zijn van mechanische ondersteuningslagers nutatietrillingen opwekken. Als de trillingsamplituden 2 1 in de magneetlagers de aanwezige vrije speling overschrijden, moet de rotor door de aanwezige vanglagers weer in zijn uitgangspositie worden teruggeleid, hetgeen een sterke afremming en een slijtage van de vanglagers tot gevolg heeft, hit geldt voor alle cj rotors met passieve radiale magneetlagers ongeacht de soort van axiale lagering.

he uitvinding heeft tot doel aan turbomoleculairpompen met passieve radiale magneetlagers een trillingsdemping aan te brengen, waardoor de van buitenaf en door de pomp zelf opgewekte tril-.jQ lingen effektief worden gedempt en een trillingsarm, veilig en stabiel bedrijf van de pomp bij alle frequenties tot aan het nominale toerental wordt gewaarborgd.

hit doel wordt volgens de kenmerkende maatregelen van conclusie 1 bereikt door een combinatie van twee verschillende dem-^ pingsinrichtingen. Een direkte dempingsinrichting voor de hogere frequentie werkt als wervelstroomdemping. heze bestaat uit ringen uit koper of een ander goed elektrisch geleidend materiaal, over de stators van de magneetlagers van de radiale magneetlagers zijn getrokken. In deze ringen ontstaan bij trillingen verande-20 ringen van het magnetisch veld, die wervelstromen met dempende krachten opwekken.

heze dempende krachten zijn evenredig met de frequentie van de optredende trillingen en daardoor bijzonder geschikt voor het dempen van de trillingen met hoge frequenties.

2^ Voor trillingen met lage frequenties is een dempingsinrich ting aangebracht, die bestaat uit een een stator van de magneet-lager dragend platform, dat is opgehangen in veren, die bewegingen alleen loodrecht op de asrichting van de pomp toelaten. Het platform is via trillingsdempers verbonden met het rustende huis. haar-jq bij is de rotor via het radiale magneetlager gekoppeld met het platform, hit magneetlager draagt ook de dempende krachten op de rotor over, he constructie is zodanig gemaakt, dat voor lage frequenties een voldoende demping aanwezig is. In het gebied van de eigen frequentie van het platform, dat wordt bepaald door de massa ^ van het platform met inbegrip van de stator van het magneetlager en de veerconstanten van de veren, heeft de demping een maximum.

Bij hogere frequenties neemt die demping af.

In het diagram (Eig. 2) zijn de dempende krachten in afhankelijkheid van de trillingsfrequenties uitgezet. Curve A geeft het verloop weer van de dempingskraehten van de direkte demping, ςj 4r 5 de curve B geeft het verloop weer van de dempingskrachten van de indirekte demping. Met curve C zijn de dempingskrachten van de gecombineerde dempingsinrichting bestaande uit direkte demping, en indirekte demping als functie van de trillingsfrequentie uit-5 gezet. Met deze combinatie wordt over het gehele gebied van de optredende trillingen een effektieve demping verkregen. Een effektie-ve direkte demping kan ten gevolge van de bepesfcte ruimte in de luchtspleet van het magneetlager alleen voor hoge frequenties tot stand worden gebracht.

tO Be indirekte demping is bij kleine frequenties enige tienden machten groter dan de direkte demping.

Om optimale omstandigheden te bereiken, wordt de veer-constante,. van de veren, waarin het platform is opgehangen, aangepast aan de veerconstante:. van het bijbehorende magneetlager.

15 Het is ook mogelijk, de indirekte demping slechts aan een van de beide magneetlagers, bij voorkeur aan de voorvacuumzijde van de pomp, aan te brengen.

Be uitvinding zal thans nader worden uiteengezet aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld een uitvoerings-20 vorm van de constructie volgens de uitvinding is weergegeven.

FIg. 1 geeft een uitvoeringsvoorbeeld weer van de constructie volgens de uitvinding.

Fig. 2 geven dempingskrachten in afhankelijkheid van de tril-lingsfrequentie weer.

25 Be constructie volgens de uitvinding wordt weergegeven in het uitvoeringsvoorbeeld volgens Fig. 1. Met 1 is de rotor en met 2 zijn de rotorschijven van een turbomoleculairpomp aangeduid.

Afwisselend tussen de rotorschijven 2 bevinden zich de stator-schijven 3. He radiale magneetlagers bestaan uit de magneetlager-30 rotoren 4 41 en uit de magneetlager-stators 5 en 5'. In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld is de axiale lagering gevormd door mechanische axiale ondersteuningslagers 7 en 7’. Als axiale lagering kan ook een elektromagnetische inrichting dienen. Over de stators 5 en 5* van de magneetlagers zijn ringen 6 en 6* uit koper 35 of een ander goed elektrisch geleidend materiaal getrokken. Bij optredende storingen wekken veranderingen van het magneetveld wervelstromen in deze ringen op, die met de frequentie evenredige dempingskrachten opwekken.

Bij de indirekte demping voor lage frequenties worden be-40 wegingen van hefcop vertikaal staande veren (9) geplaatste plat- , "· -· - - i ·„*-» i r *» 4 form (8), die worden opgewekt door rotortrillingen, door de aangekoppelde op zichzelf bekende vloeistofdempers (10) effektief onderdrukt. De veren (9) geleiden het platform (8) in axiale richting, maar laten daarop staande loodrechte bewegingen toe.

5 In 3Pig. 2 is het verloop van de dempingskrachten logarit misch in afhankelijkheid van de trillingsfrequentie uitgezet. De curve A geeft het verloop weer van de direkte dempingskrachten, die evenredig aan de frequentie zijn en daardoor eerst bij hogere frequenties effektief worden. Met curve B zijn de indirekte 10 dempingskrachten weergegeven, die bij lage frequenties in het gebied van de eigen frequentie van het platform hun grootste werking hebben. De curve C geeft de resultante van de beide curven A en B weer. Hiermede wordt een effektieve demping voor alle optredende trillingsfrequenties bereikt.

n ' -- " · C ... i

Claims (1)

1. 2. Turbomoleculairpomp volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de indirekte dempingsinrichting zich aan beide magneetlager-stators (5, 5') bevindt terwijl de veerconstante van de veren (9)> waarin het platform (8) is opgehangen, telkens ge- 20 lijk is aan de radiale veerconstante. van het bijbehorende magneet-lager. 3. iPurbomoleculairpomp volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat zich bij een lagerplaats slechts een direkte dempingsinrichting bevindt terwijl aan de andere lagerplaats zowel 25 een direkte alsook een indirekte dempingsinrichting aanwezig is, waarbij de veerconstante van de veren (9)» waarin het platform (8) is opgehangen, gelijk is aan de radiale veerconstanten van het bij beho rende magne e tlager. - ' - — - -·» ?