TW200925429A - Turbomolecular pump - Google Patents

Description

200925429 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種渦輪分子泵’其包括—泵殼與複數個 分離之環狀定子輪葉盤，該等分離之環狀定子輪葉盤結合 組成一環狀盤組（pack of annular disks)。 【先前技術】 渦輪分子泵通常運轉於每分鐘數萬轉（rpm)的作業旋轉 ©速度。因此，當在其作業旋轉速度工作，其轉子產生高動 能，萬一轉子發生撞毀或爆裂，將產生相當大的破壞力。 實務上，此等破壞力是如此之大，以至於可能破壞該泵殼， 導致設備的巨大損害以及人體實際的危險與最#之致命傷 害。 從歐洲專利文件 EP 1 030 062 A2，已知一種渦輪分子 泵，其中的環狀盤組係以一分離之環狀盤殼（annular-disk housing)收容住。環狀盤殻配置成相對於泵殼爲可旋轉。在 〇 環狀盤殻與栗殻間，安置一吸收元件，如果一轉子發生撞 毀或爆裂，一部份動能將轉換爲環狀盤殼的旋轉運動，而 且藉由吸收元件的塑性變形而耗散。此種渦輪分子栗的結 構設計相當複雜。 【發明內容】 本發明之目的，有鑑於上述說明諸多缺失，在於提供一 種結構設計簡單的渦輪分子泵，而且提供數種結構以吸收 撞毀或爆裂能量。 200925429 根據本發明，藉由申請專利範圍第1項定義之諸特徵達 成上述目標。 本發明之渦輪分子栗包括一柱形摩擦襯套緊接地裝設於 該環狀盤組與該栗殻間。因此’該摩擦襯套相對於軸線至 少局部地環繞該環狀盤組。在該環狀盤組與泵殻間’至少 在環狀盤組的一個軸端提供一軸向間隙’以便支承該組相 對於泵殼轉動。根據本發明一較佳實施例，可以在該環狀 盤組與該泵殼間提供一軸向拉力元件’以便藉著該施加的 拉力，該環狀盤組在軸向收容在一起。因此，在泵殼內或 在一分離之環狀盤殼內的該環狀盤組不再是固定地支撐於 該軸向，而是在一彈性軸向拉力元件的幫助下，在該泵殼 內直接軸向地偏移，以便該等環狀定子輪葉盤在泵運轉期 間不會旋轉。 只有在如果發生轉子撞毀或爆裂時，由於彼等轉子輪葉 與該等環狀定子輪葉盤碰撞所傳導的力量偶然變得如此 φ 大，以致於導致該等個別的環狀定子輪葉盤旋轉。該等個 別的環狀定子輪葉盤之旋轉將藉由該摩擦襯套減速，該摩 擦襯套在過程中可能一但非屬必要——起旋轉，而且在此 同時可能一但非屬必要一經歷塑性變形。在此例中，一部 份泵轉子的動能耗散在摩擦襯套中。 藉由提供一軸向間隙於該環狀盤組與該泵殻間，該環狀 盤組完成相當高的旋轉性。對已經發生的相當低的撞毀为 或爆裂力，該等個別的環狀定子輪葉盤將旋轉。因此，阻 200925429 絕巨大的力直接傳送至泵殼’以致於該泵殼無須承受大的 破壞力而大部分保持未受損。據此方式’泵殻可以更佳地 扮演其在撞毀或爆裂時的基本功能’亦即’保護該栗轉子 而與周圍環境隔開。 在該泵殼內直接支撐該環狀盤組’連同在該栗殻與該環 狀盤組間的環狀間隙配置柱形摩擦襯套’導致可以用經濟 地有利方式實現一非常簡單的構形’且提供相當具潛力承 ^ 受該轉子萬一發生撞毀或爆裂之動能。 Ο 較佳地，在該環狀盤組與該定子殼間提供一滑環盤（slide ring disk)，此盤以拉力元件軸向地予以拉緊。該滑環盤有 效地改進該環狀k組的旋轉性，以及改進該環狀盤組相對 於該泵殼個別的附著摩擦力（adhesive friction)之可調整 性。該附著摩擦力可以設定小到該轉子在標稱旋轉速度 時，該環狀盤組不動，另一方面，萬一發生相對地小的轉 子一定子碰撞，將引起該環狀盤組轉動，從而允許能量經 〇 由摩擦襯套耗散。 根據一較佳的實施例，該拉力元件係由彈性拉力環構 成。該拉力環可以用例如彈性體製成，但也可由螺旋狀的 彈簧線圈構成。該拉力元件將軸向地直接作用在該環狀盤 組上或者如有提供滑環碟直接作用在滑環碟上。 較佳地’該泵轉子本體包括一腔以容納該驅動馬達。該 摩擦襯套至少局部地未顯現在上述轉子腔軸向的外側區 域。如果發生轉子撞毀或（後繼的）轉子爆裂最明顯的危險 200925429 在於該轉子在其腔區瓦解，該腔也被指稱爲轉子鐘。在此 區域，該轉子具有相當弱的尺寸且在徑向無支撐’因此’ 在此轉子鐘區域內該轉子普遍有瓦解的危險。因此’爲了 簡化整體結構，可以只在該轉子鐘或轉子腔區域內軸向地 裝設該摩擦襯套。 較佳地，提供潤滑劑於該摩擦襯套以及該泵殼與/或該環 狀盤組間。該潤滑劑降低該附著摩擦力與滑動摩擦力’以 致於萬一發生撞毀或爆裂，該轉子在相關的元件開始塑性 Ο 變形前，其動能先轉換爲熱能。 根據一較佳的實施例，該泵殻係由鋁製成，而摩擦襯套 係由鋼或鈦製成。此等材料搭配’對於在撞毀或爆裂的情 況，對於所需的能量耗散，提供良好的滑動與穩定性等功 m ° 【實施方式】 本發明的諸較佳實施例將參照下文該等附圖予以詳細 ❹ 解說。 第1圖至第3圖爲提供一轉子12之各別渦輪分子泵10, 40或50的縱向剖面圖。該轉子12包括一裝設於泵殼14 內可旋轉的泵轉子13。泵轉子13包括複數個轉子輪葉盤 15。各個環狀定子輪葉盤16各自對應地延伸入前述每一對 輪葉盤間的軸向間隙。在本實施例，提供六個轉子輪葉盤 15與六個定子輪葉盤16。 該等定子輪葉盤 16 —起軸向地組合形成一環狀盤組 200925429 18。在壓力側，前述環狀盤E 18(annular-diskpack)支撐於 —對應之環狀抵接面19上，而該環狀抵接面19裝設於一 橫向平面。該環狀盤匣18的另一軸向端未裝設於泵殼14 上鄰近的軸向接界（abutment)。在栗殼14與環狀盤匣18 間，提供一軸向間隙22以便該環狀盤匣18通常裝置成於 泵殻14內可作軸向位移。 在泵殻14側邊，一拉力元件26組成一彈性0型環，該 彈性0型環裝設在一連續的軸向環狀溝槽24中之軸向間隙 〇 22區域內。拉力元件26有效地軸向偏移該環狀盤匣18而 將組軸向聯合在一起。藉著該等環狀定子輪葉盤1 6間的附 著摩擦力，以及該環狀輪葉盤組18與該軸向環狀面19和 該拉力元件26間的附著摩擦力，該等環狀定子輪葉盤16 在周緣方向（circumferential direction)也足以固定，因此不 致在標稱旋轉速度下經歷旋轉位移。 在共用環狀盤匣18外側邊上，包括一大體上柱形的外圍 〇 表面。在此環狀搫匣18的外圍表面與該對應的泵殻14內 部周邊表面間存在一柱形徑向間隙3 2。此徑向間隙內3 2 裝塡入安裝在環狀盤匣18上並位於其上的摩擦襯套20,而 留下一間隔之空間朝向泵殻14。因此，摩擦襯套20大部分 但非全部裝塡入徑向間隙32，因而得以一小間隙朝向環狀 盤匣18,允許該摩擦襯套20鬆弛地在環狀盤匣上移位。再 者，介於摩擦襯套20與殼14間取得的（較大的）間隙，排除 該摩擦襯套可能有最輕微的變形就卡住在環狀間隙不再轉 200925429 動。摩擦襯套20由鋼或鈦製成。泵殼14由鋁製成。 在摩擦襯套20與泵殼14以及/或環狀盤匣18間，提供 潤滑劑以減少在摩擦襯套20與泵殻14以及/或環狀盤匣18 間的附著摩擦與滑動摩擦。適合此目的的潤滑劑爲真空、滑 脂（vacuum grease)或磨瀝可（Molykote)。刻維拉（Kevlar)也適 合作爲摩擦襯套20的材料。摩擦襯套20可以由單件式鑄 件或，替代地，由捲曲的金屬板組成。 在泵轉子13的區域內，轉子12包含一腔28，其內嵌入 〇 支架與驅動卡匣30。泵轉子13所在的腔28區域也被指稱 爲轉子鐘（rotor bell)。 根據第2圖的第二具體實施例，該渦輪分子泵40包括兩 個連串的之滑動環盤44, 45(slide ring disk)，裝設於軸向間 隙42，該軸的尺寸比第1圖的渦輪分子泵者還大。在環狀 盤匣18的另一軸端，也提供兩個連串的之滑動環盤46, 47。該等滑動環盤44〜47導致大幅減少環狀盤匣18與泵 ❹ 殼14間’在環狀盤匣18軸的縱長兩端之附著摩擦與滑動 摩擦。 於第3圖中描述之的第三具體實施例渦輪分子泵50，該 摩擦襯套52縮短旨在不伸展至環狀盤匣18的整個軸長。 摩擦襯套52並未顯現在該環狀盤匣18未軸向地與泵轉子 13內的腔28重疊的區域。 【圖式簡單說明】 本發明的諸較佳實施例將參照下文該等附圖予以詳細解 -10- 200925429 說。 第1圖爲設有渦輪分子泵之第一具體實施例’其 環狀盤組藉一拉力元件軸向地偏移，而且該匣被胃# 套包圔， 第2圖爲設有渦輪分子泵之第二具體實施例，提供額外 的該等滑環盤，以類似第1圖的渦輪分子泵之方式構形， 以及

第3圖根據第2圖設有渦輪分子泵，其摩擦襯套軸向地 在轉子腔外側局部地未顯現。 【主要元件符號說明】 10, 40，50 渦 輪 分 子 泵 12 轉 子 13 泵 轉 子 14 泵 殻 15 轉 子 輪 葉 盤 16 環 狀 定 子 輪 葉盤 ΙΠ Γ 18 環 狀 iftA. 盤 組 19 Ί mj 環 狀 抵 接 面 20, 52 摩 擦 Λ3Β 襯 套 22 軸 向 間 隙 24 環 狀 溝 槽 26 軸 向 拉 力 元 件 28 腔 -11 - 200925429

30 驅動卡匣 32 徑向間隙 44, 45, 46, 47 滑動環碟 42 軸向間隙 -12-

Claims (1)

1. 200925429 十、申請專利範圍： 1. 一種渦輪分子泵（10)，其包括一泵殼（14)與複數個分離之 環狀定子輪葉盤（16)，前述諸盤共同形成環狀盤組（18)， 其中 —柱形摩擦襯套（20)直接地裝設於前述環狀盤組（18)與 泵殼（14)間，以及 一軸向間隙（22)軸向地提供於該環狀盤組（18)與該泵殻 φ (14)間，以便該環狀盤組（18)爲可轉動的。 2. 如申請專利範圍第1項之渦輪分子泵（10)，其中一軸向拉 力元件（26)軸向地拉緊該環狀盤組（18)，軸向地提供於該 環狀盤組（18)與該栗殻（14)間。 3. 如申請專利範圍第1項之渦輪分子栗（1〇)，其中一滑動環 碟（44,45,46,47)軸向地提供於該環狀盤組（18)與該泵殼 (14)間。 4. 如申請專利範圍第2項之渦輪分子泵（10)，其中該環狀盤 © 組（18)靠該拉力元件（26)軸向地偏移。 5. 如申請專利範圍第1項之渦輪分子泵（10)，其中該拉力元 件（26)係由一彈性拉力環組成。 6. 如申請專利範圍第1項之渦輪分子栗（10)，其中該泵轉子 (13)包含一腔（28)，而一摩擦襯套（52)在前述腔（28)軸向外 側，至少局部未顯現。 7 ·如申請專利範圍第1項之渦輪分子泵（1 〇)，其中潤滑劑提 供於該摩擦襯套（20)以及該泵殼（14)與/或該環狀盤組（18) -13- 200925429 間。 8.如申請專利範圍第1項之渦輪分子泵（10)，其中前述摩擦 襯套（20)係由鋼、鈦或刻維拉（Kevlar)製成，而該泵殻（14) 係由鋁製成。 〇 ❹ -14-