FR2845737A1 - Pompe turbomoleculaire a jupe composite - Google Patents
Pompe turbomoleculaire a jupe composite Download PDFInfo
- Publication number
- FR2845737A1 FR2845737A1 FR0212693A FR0212693A FR2845737A1 FR 2845737 A1 FR2845737 A1 FR 2845737A1 FR 0212693 A FR0212693 A FR 0212693A FR 0212693 A FR0212693 A FR 0212693A FR 2845737 A1 FR2845737 A1 FR 2845737A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- skirt
- rotor
- section
- downstream
- zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/02—Selection of particular materials
- F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
- F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
- F04D19/044—Holweck-type pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/40—Organic materials
- F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
L'invention prévoit un rotor (5) de pompe à vide turbo moléculaire comprenant un tronçon amont de rotor (5α) de type turbo en métal ou alliage, et un tronçon aval de rotor (5c) de type HOLWECK en matériau composite. Le tronçon aval de rotor (5c) comprend une structure de renforcement à fibres longues réparties de manière variable en fonction de la section considérée : dans la zone annulaire de liaison (5d) avec le tronçon amont de rotor (5a), les fibres sont inclinées et/ou espacées, pour conserver au matériau composite une souplesse autorisant sa déformation pour suivre les déformations du métal du tronçon amont de rotor (5a) en fonctionnement ; par contre, les fibres sont serrées et forment des spires jointives dans la zone aval de jupe (5e), garantissant une plus grande rigidité pour supporter les contraintes mécaniques lors de la rotation rapide du rotor en fonctionnement. On peut ainsi réaliser des rotors dont la jupe de type HOLWECK présente un diamètre augmenté pour améliorer les propriétés de la pompe.
Description
Du i POMPE TURBOMOLECULAIRE A JUPE COMPOSITE La présente invention
concerne les pompes à vide à rotation rapide utilisées pour générer un vide poussé dans une canalisation et/ou une enceinte à vide. Dans l'industrie des composants électroniques ou micromécaniques, on utilise des procédés d'usinage ou de traitement par plasma exécutés dans une
enceinte o l'on doit maintenir une atmosphère de vide contrôlé.
La génération du vide nécessite l'utilisation de pompes capables de générer rapidement et de maintenir un vide poussé adapté au procédé d'usinage ou 10 de traitement. On utilise généralement des pompes de type turbomoléculaire, composées d'un corps de pompe dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide,
par exemple une rotation à plus de trente mille tours par minute.
Avec une telle vitesse de rotation élevée, le rotor acquiert une énergie
cinétique très élevée, et subit des contraintes mécaniques élevées qui justifient le choix 15 de matériaux appropriés.
Le rotor d'une pompe à vide turbomoléculaire est constitué d'un tronçon amont (dans le sens de l'écoulement des gaz) de rotor à pales de type turbo et d'un tronçon aval (dans le sens de l'écoulement des gaz) de rotor en forme de jupe de type
HOLWECK.
Dans la description et les revendications, les expressions "amont" et "aval"
désignent respectivement les parties de la pompe à vide parcourues en premier et en
dernier par les gaz pompés dans le sens de leur écoulement, en fonctionnement.
Le tronçon amont à pales de type turbo présente une forme complexe, que l'on réalise en un métal approprié tel que l'aluminium ou un alliage d'aluminium. La 25 forme est trop complexe pour permettre une réalisation économique en un matériau composite. Le tronçon aval, en forme de jupe de type HOLWECK, est une paroi mince de révolution, en grande partie cylindrique, entraînée en rotation dans un tronçon aval de stator comportant des rainures hélicodales à section progressivement réduite. 30 Les performances de pompage des pompes turbomoléculaires à vitesses de rotation élevées sont aujourd'hui limitées par le fait que l'on ne peut pas 4.. augmenter le diamètre de la jupe HOLWECK au delà d'une limite maximale. On sait qu'il est a priori possible d'accroître les performances de pompage en augmentant le diamètre de la jupe HOLWECK. Mais une telle augmentation s'avère impossible à réaliser avec l'utilisation de matériaux conventionnels, notamment métalliques. En 5 effet, les contraintes mécaniques les plus fortes apparaissent dans cette zone du rotor et sont proportionnelles à la densité volumique du matériau constituant la jupe, au
carré de la vitesse de rotation du rotor et au carré du diamètre du rotor.
Pour réduire les contraintes dans la jupe HOLWECK, il faut notamment réduire sa masse. Pour ce faire on a déjà proposé des rotors dont le tronçon aval en i0 forme de jupe HOLWECK est en un matériau composite à base de résine chargée de fibres. Cette solution offre l'avantage d'utiliser un matériau ayant de meilleures propriétés mécaniques. Le tronçon aval se raccorde au tronçon amont selon une zone annulaire de liaison. Dans cette zone annulaire de liaison, le matériau composite constituant la jupe HOLWECK est solidarisé au tronçon amont métallique. 15 Mais une difficulté réside alors dans la différence des propriétés
mécaniques et thermiques entre le matériau composite constituant le tronçon aval de rotor à jupe HOLWECK et le métal ou alliage constituant le tronçon amont du rotor.
A cause de ces différences de propriétés, des contraintes mécaniques importantes apparaissent dans la zone annulaire de liaison lors de l'utilisation de la pompe, c'est 20 à dire en rotation rapide du rotor et en présence d'une élévation de température due à la compression des gaz pompés. Ces contraintes mécaniques conduisent à une fragilisation de la zone de liaison, et à un risque de rupture. Ainsi, le diamètre de
cette zone de liaison ne peut être trop augmenté.
A l'inverse, si l'on utilise un matériau composite dont les propriétés 25 mécaniques et thermiques sont mieux compatibles avec celles du métal constituant le tronçon amont de rotor, conférant notamment une souplesse autorisant les déformations sous contrainte, alors ces propriétés mécaniques ne sont plus suffisantes dans la zone aval de jupe HOLWECK pour tenir les contraintes à
supporter lors de la rotation rapide du rotor.
Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de rotor de pompes turbo moléculaires qui permette, sans risque de dégradation du rotor, de supporter des vitesses de rotation plus élevées ou de présenter un diamètre de jupe HOLWECK plus important, afin d'accroître les
caractéristiques de pompage de la pompe.
Un autre but de l'invention est de concevoir une telle structure de rotor qui puisse être fabriquée à moindre cot, avec un procédé industrialisable. La pompe selon l'invention doit soutenir les conditions de fonctionnement habituelles, notamment en température: le rotor doit pouvoir supporter des températures descendant jusqu'à -200C pendant le transport, et montant jusqu'à
+1 500C en fonctionnement.
galement, le rotor doit présenter de bonnes qualités de centrage, évitant tout risque de contact entre la jupe de rotor et le stator pendant le fonctionnement à
vitesse nominale.
L'idée qui est à la base de l'invention est de concevoir une jupe HOLWECK
en matériau composite dont les caractéristiques mécaniques varient en fonction de la 15 zone longitudinale considérée de la jupe.
Ainsi, la présente invention propose une pompe à vide turbomoléculaire, comprenant un rotor ayant un tronçon amont de rotor de type turbo et un tronçon aval de rotor en forme de jupe de type HOLWECK, le tronçon amont de rotor étant en un métal ou alliage, le tronçon aval de rotor étant en matériau composite, le 20 tronçon aval de rotor se raccordant au tronçon amont de rotor selon une zone annulaire de liaison; selon l'invention: le tronçon aval de rotor à jupe de type HOLWECK en matériau composite comprend une structure de renforcement à fibres qui confère à la jupe HOLWECK des caractéristiques mécaniques variant en fonction de la zone longitudinale 25 considérée de la jupe, - dans la zone annulaire de liaison, le matériau composite présente des caractéristiques mécaniques et thermiques proches de celles du métal ou alliage composant le tronçon amont de rotor, - dans la zone aval de jupe, le matériau composite présente des caractéristiques plus 30 appropriées pour tenir dans cette zone aval de jupe les contraintes mécaniques
élevées résultant de la rotation rapide du rotor en fonctionnement.
En pratique, pour tenir les contraintes mécaniques élevées résultant de la rotation rapide du rotor en fonctionnement dans la zone aval de jupe HOLWECK, les caractéristiques plus appropriées du matériau composite sont une grande raideur, pour réduire les déformations sous contraintes, et pour favoriser des modes de résonance mécanique propres élevés. Selon un premier mode de réalisation, la structure de renforcement comprend des fibres longues enroulées en hélice selon un pas constant et enrobées de résine, le taux de résine étant variable selon la zone longitudinale considérée de la jupe. Selon un autre mode de réalisation, la structure de renforcement comprend des fibres longues enroulées en hélice et enrobées de résine selon un taux constant, le pas de l'hélice étant variable selon la zone longitudinale considérée de la jupe. Selon un troisième mode de réalisation, la structure de renforcement 15 comprend des fibres longues enroulées en hélice et enrobées de résine, le pas de l'hélice et le taux de résine étant tous deux variables selon la zone longitudinale
considérée de la jupe.
Selon tout ou partie des trois modes de réalisation précédents, la variation de pas associée à la variation de la proportion de quantité de résine par rapport à la 20 quantité de fibre est susceptible, si aucune précaution n'est prise par ailleurs, d'entraîner des variations de diamètre ou d'épaisseur de la jupe composite. Pour maîtriser le diamètre extérieur, notamment dans la partie HOLWECK, un outillage de fabrication approprié est nécessaire. Par exemple, et de façon non limitative, un
mandrin obtenu par usinage pourra être utilisé.
En pratique, pour faire varier le pas de l'hélice selon les deux derniers modes de réalisation ci-dessus, l'hélice peut avantageusement présenter un angle proche de 0 dans la zone aval de la jupe, et présenter un angle supérieur à 0 , par
exemple 20 à 30 , dans et à proximité de la zone annulaire de liaison.
La structure ci-dessus s'applique à différentes formes de jupe. Selon une 30 première réalisation, la jupe peut être cylindrique.
De préférence, pour augmenter le diamètre de la jupe et améliorer ainsi les propriétés de la pompe, la jupe peut comporter une zone annulaire de liaison, un tronçon aval de jupe cylindrique à plus grand diamètre que la zone annulaire de liaison et une zone intermédiaire de raccordement entre la zone annulaire de liaison 5 et le tronçon aval de jupe. On augmente ainsi en rotation la vitesse tangentielle de la jupe par rapport au stator, ce qui accroît le taux de compression de l'étage HOLWECK de la pompe. Simultanément, l'augmentation du diamètre permet de loger un plus grand nombre de rainures dans la partie HOLWECK du stator,
augmentant ainsi le débit de la pompe.
Selon une caractéristique particulière, selon le bord amont de la jupe HOLWECK, les fibres de renforcement peuvent être coupées. Cela résulte d'un procédé avantageux de réalisation de la jupe de type HOLWECK, comprenant: a/ une étape consistant à enrouler en hélice des fibres longues sur le mandrin, en réalisant un enroulement à angle voisin de O' dans les zones adjacentes aux deux 15 extrémités du mandrin et un enroulement à angle supérieur à O' dans la zone médiane du mandrin, b/ une étape d'application et de durcissement de résine sur le mandrin portant les fibres enroulées en hélice,
c/ et une étape consistant à sectionner le manchon ainsi obtenu dans sa zone 20 médiane pour obtenir deux jupes.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en
relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue schématique illustrant, en coupe longitudinale, une structure 25 de pompe turbomoléculaire connue ayant un rotor monobloc en métal; - la figure 2 est une vue en perspective illustrant un secteur de rotor selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 3 illustre la répartition des contraintes mécaniques sur le secteur de rotor de la figure 2, les pales de l'étage turbo ayant été enlevées; - la figure 4 est une vue de côté schématique illustrant la structure de rotor selon un premier mode de réalisation de la présente invention - la figure 5 est une vue de côté illustrant schématiquement la structure de rotor selon un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 6 est une vue en perspective illustrant la structure de l'étage HOLWECK de stator entourant la jupe de rotor selon l'invention; - les figures 7 et 8 illustrent le module de YOUNG, respectivement dans le sens longitudinal et dans le sens transversal des fibres, en fonction de la proportion de fibres dans le matériau composite; - la figure 9 illustre la variation du module de YOUNG de la jupe en fonction de l'orientation des fibres par rapport au plan transversal de la jupe HOLWECK; i0 - la figure 10 illustre la variation du coefficient de dilatation du matériau composite en fonction de l'angle que font les fibres par rapport au plan transversal de la jupe
HOLWECK;
- la figure 11 illustre le procédé de réalisation d'une jupe HOLWECK en matériau composite selon l'invention; et - la figure 12 illustre le procédé préférentiel de réalisation d'une jupe HOLWECK
selon la présente invention.
On considère tout d'abord la figure 1, illustrant une structure de pompe
turbomoléculaire 1 solidarisée à la paroi 2 d'une enceinte à vide 3.
La pompe turbomoléculaire 1 comprend un corps de pompe 4 ou stator 20 dans lequel tourne à grande vitesse un rotor 5 en rotation axiale selon l'axe de
rotation 1. Le corps de pompe 4 comporte un orifice d'aspiration 6 coaxial, par lequel pénètrent les gaz pompés 7, et un orifice de rejet 8 par lequel sont évacués les gaz de sortie 9. Le rotor 5 est entraîné en rotation dans le corps de pompe 4 par un moteur interne 10, et est guidé latéralement par des paliers magnétiques ou 25 mécaniques 1 1 et 12.
La paroi 2 de l'enceinte à vide 3 comprend un orifice de sortie 13, correspondant à l'orifice d'aspiration 6 de la pompe à vide 1, et constitue généralement une enceinte fermée isolée de l'extérieur et dans laquelle la pompe à
vide 1 peut créer un vide contrôlé.
Le rotor 5 comprend un tronçon amont de rotor 5a comportant des pales telles que la pale 5b, et comprend un tronçon aval de rotor 5c en forme de jupe de P type HOLWECK. Face au tronçon amont 5a de rotor, le stator 4 comprend un tronçon amont de stator 4a avec des pales telles que la pale 4b. Face au tronçon aval de rotor 5c à jupe HOLWECK le stator 4 comporte un tronçon aval de stator 4c à rainures hélicodales 4d de type HOLWECK tel qu'illustré de façon plus apparente sur la figure 6. Sur la figure 2, illustrant un secteur de rotor selon la présente invention, on retrouve le tronçon amont de rotor 5a ayant des pales telles que la pale 5b, et on retrouve le tronçon aval de rotor 5c. Le tronçon amont de rotor 5a est en un métal ou alliage approprié, par exemple en aluminium ou alliage d'aluminium. Le tronçon 10 aval de rotor 5c à jupe HOLWECK est en un matériau composite à base de résine chargée de fibres de renforcement. Le tronçon aval à jupe HOLWECK 5c se raccorde
au tronçon amont 5a selon une zone annulaire de liaison 5d.
Selon l'invention, le tronçon aval de rotor 5c à jupe HOLWECK en matériau composite comprend une structure interne de renforcement à fibres qui 15 confère à la jupe des caractéristiques mécaniques variant en fonction de la zone longitudinale considérée de la jupe. On cherche à augmenter la raideur du matériau composite dans la zone aval de jupe 5e ou tronçon cylindrique adjacent à l'extrémité aval 5f du rotor 5, afin de supporter les contraintes mécaniques élevées lors de la rotation rapide du rotor 5. Simultanément, on cherche une plus grande souplesse et 20 une plus grande capacité de dilatation thermique dans la zone annulaire de liaison d, pour suivre les déformations qui se produisent dans le tronçon amont de rotor 5a
en métal lors de la rotation rapide du rotor et lors de son échauffement.
Ainsi, dans la zone annulaire de liaison 5d, le matériau composite de la
jupe HOLWECK présente des caractéristiques mécaniques et thermiques proches de 25 celles du métal ou alliage composant le tronçon amont de rotor 5a.
A l'inverse, dans la zone aval de jupe 5e, le matériau composite présente des caractéristiques plus appropriées pour tenir dans cette zone aval de jupe 5e les
contraintes mécaniques résultant de la rotation rapide du rotor en fonctionnement.
En pratique, la structure de renforcement à fibres du tronçon aval à jupe 30 de type HOLWECK 5c comprend des fibres longues enroulées en hélice en périphérie
de la jupe. Les fibres sont noyées de résine, la résine étant polymérisée.
On peut par exemple considérer la figure 1 1, qui illustre schématiquement un procédé de réalisation d'une jupe en résine armée de fibres longues enroulées en hélice: un mandrin 14 est entraîné en rotation autour d'un arbre 15, et le mandrin présente une surface externe dont la forme conditionne celle de la jupe à réaliser. Les 5 fibres de renforcement sont sous forme d'un fil enroulé sur une bobine 16. Le fil est
dévidé de la bobine 16, passe dans un bac de résine 1 7, est guidé par un guide fil 18 qui l'enroule en hélice sur le mandrin 14 pendant la rotation du mandrin. En fonction de la vitesse relative de rotation de l'arbre 15 et de translation longitudinale du guide fil 18 selon la flèche 19, le fil est disposé sur le mandrin 14 selon une hélice i0 dont le pas peut être choisi par l'opérateur.
La figure 4 illustre un premier mode de réalisation d'un rotor 5 selon la
présente invention.
Dans ce mode de réalisation, le rotor 5 comprend le tronçon amont de
rotor 5a métallique avec les pales telles que la pale 5b, et comprend le tronçon aval 15 de rotor 5c, en forme de jupe cylindrique tubulaire de type HOLWECK.
La zone annulaire de liaison 5d et une zone intermédiaire de raccordement 5g qui lui est adjacente ont une structure interne de renforcement telle que leurs caractéristiques mécaniques et thermiques sont proches de celles du métal ou alliage composant le tronçon amont de rotor 5a. Pour cela, la structure de 20 renforcement comprend des fibres longues enroulées en hélice selon un pas
relativement important, les fibres faisant avec le plan transversal un angle supérieur à 0 , par exemple de 5 à 200 selon les propriétés mécaniques recherchées. Dans la zone aval de jupe 5e, les fibres longues sont enroulées en hélice d'angle proche de 0 , formant des spires jointives qui améliorent sensiblement la résistance mécanique 25 de la jupe.
La figure 5 illustre un mode de réalisation préféré de rotor 5 de pompe turbomoléculaire selon la présente invention. On retrouve, dans le rotor 5, le tronçon amont de rotor 5a par exemple de structure identique à celle du mode de réalisation de la figure 4, et un tronçon aval de rotor 5c dont le diamètre varie en fonction de la 30 position considérée le long de l'axe longitudinal: la jupe du tronçon aval de rotor 5c comporte la zone annulaire de liaison 5d, le tronçon aval de jupe 5e cylindrique à plus grand diamètre que la zone annulaire de liaison 5d, et une zone intermédiaire de raccordement 5g à diamètre progressivement croissant qui fait le lien entre la
zone annulaire de liaison 5d cylindrique et le tronçon aval de jupe 5e cylindrique.
Dans ce second mode de réalisation, la zone annulaire de liaison 5d 5 comporte des fibres de renforcement faisant un angle non nul avec le plan transversal, tandis que le tronçon aval de jupe 5e et éventuellement la zone intermédiaire de raccordement 5g comportent des fibres jointives faisant avec le plan transversal un angle proche de 0 o Grâce au renforcement par les fibres à angle nul, le tronçon aval de jupe 10 5e cylindrique peut avoir un diamètre nettement supérieur, ce qui augmente la vitesse tangentielle de la jupe par rapport au stator pour une même vitesse angulaire de rotation du rotor, et ce qui permet d'augmenter le nombre de rainures 4d dans le
tronçon de stator HOLWECK 4c (figure 6).
L'intérêt de cette structure composite de jupe est expliqué en relation avec 15 la figure 3. On a illustré, sur cette figure, les contraintes mécaniques subies par le rotor lors d'une rotation rapide du rotor: dans la zone annulaire de raccordement 5d, les contraintes sont relativement faibles, tandis que dans le tronçon aval de jupe 5e les contraintes illustrées par les flèches 5i sont beaucoup plus importantes, environ 3 à 4 fois plus grandes dans la réalisation illustrée sur la figure. Dans la zone 20 intermédiaire de raccordement 5g, les contraintes augmentent graduellement lorsqu'on se rapproche du tronçon aval de jupe 5e. Ainsi, dans la zone annulaire de liaison 5d, on peut disposer les fibres de façon à conférer au matériau composite de la jupe une certaine souplesse et une certaine capacité de dilatation thermique, pour suivre les variations dimensionnelles du tronçon amont de rotor 5a en métal. Par 25 contre, pour supporter les contraintes mécaniques plus importantes dans le tronçon aval de jupe 5e, il est nécessaire de disposer les fibres de renfort de façon à assurer une bonne rigidité de la jupe, une bonne concentricité, et une relative résistance aux vibrations. Les figures 9 et 10 illustrent l'effet de l'angle que font les fibres par rapport 30 au plan transversal de la jupe, d'une part sur la résistance mécanique évaluée par le module de YOUNG longitudinal, d'autre part sur le coefficient de dilatation thermique. Sur la courbe A de la figure 9, le module de YOUNG est à un maximum A2 pour un angle de 00, c'est à dire lorsque les fibres sont dans un plan transversal. 5 Le module de YOUNG décroît fortement lorsque l'angle des fibres augmente jusqu'à un angle de 20 environ, puis il décroît plus lentement au fur et à mesure de
l'augmentation de l'angle.
Sur la courbe B de la figure 10, le coefficient de dilatation augmente
régulièrement lorsque l'angle augmente entre les fibres et le plan transversal.
Ainsi, dans la zone annulaire de liaison 5d (figures 4 et 5), on choisit un angle de fibre supérieur à 0 , par exemple un angle de 100 pour se placer au point AI de la courbe A de la figure 9, et pour se placer au point B] de la courbe B de la figure 10: module de YOUNG relativement faible, et coefficient de dilatation thermique relativement élevé. Par contre, dans la zone aval de jupe 5e (figures 4 et 15 5), on choisit un angle de fibre proche de 0 , de sorte que l'on se place au point A2 de la courbe A de figure 9 et au point B2 de la courbe B de figure 10: module de
YOUNG maximal, et coefficient de dilatation thermique minimal.
Dans ces deux modes de réalisation à angle variable de fibres par rapport au plan transversal, une difficulté réside dans le fait que le tronçon de jupe devant 20 présenter des caractéristiques mécaniques de souplesse occupe une extrémité de la jupe, à savoir la zone annulaire de liaison 5d. En effet, dans cette zone, les fibres doivent présenter un angle non nul par rapport au plan transversal, et ces fibres doivent être enroulées en plusieurs couches pour réaliser un renfort suffisant. Ainsi, lorsque l'on enroule une fibre en hélice en direction de l'extrémité amont de la zone 25 annulaire de liaison 5d, celle-ci fait un angle par rapport à l'extrémité de la jupe, et il
faut déplacer le guide-fil dans l'autre sens dès que la fibre atteint cette extrémité.
L'inversion de sens d'enroulement n'est pas aisée, et il faut trouver un moyen pour
faciliter cette opération.
L'invention prévoit un tel moyen par un procédé particulier de réalisation 30 d'une jupe de type HOLWECK pour pompe à vide turbomoléculaire, le procédé comprenant: a/ une étape consistant à enrouler en hélice des fibres longues sur un mandrin en réalisant un enroulement à angle voisin de GO dans les zones 20 et 21 (figure 12) adjacentes aux deux extrémités du mandrin et un enroulement à angle supérieur à GO dans la zone médiane 22 du mandrin; b/ une étape d'application et de durcissement de résine sur le mandrin portant les fibres enroulées en hélice;
c/ et une étape consistant à sectionner le manchon 23 ainsi obtenu, transversalement au milieu 24 de sa zone médiane 22, permettant ainsi d'obtenir deux jupes identiques, sous réserve de prévoir initialement un mandrin symétrique par rapport à 10 sa zone médiane 22.
Lors de l'étape de sectionnement de la zone médiane 22, les fibres enroulées en hélice selon un angle supérieur à O' dans ladite zone médiane 22 sont coupées. Cela n'altère pas les qualités mécaniques de la jupe obtenue. Au contraire, cela permet une grande régularité d'enroulement des fibres, et donc une grande 15 régularité des propriétés mécaniques de la jupe dans la zone annulaire de liaison.
Dans les modes de réalisation illustrés précédemment, les propriétés mécaniques du matériau composite sont obtenues en modulant le pas de l'hélice d'enroulement des fibres, c'est à dire l'angle que font les spires de fibres par rapport
au plan transversal.
Selon une autre possibilité, les fibres longues sont enroulées en hélice et
enrobées de résine, l'hélice ayant un pas constant.
On prévoit alors un taux de résine variable selon la zone longitudinale considérée de la jupe. Par exemple, dans la zone annulaire de liaison 5d, on prévoit un taux de résine supérieur, et, dans la zone aval de jupe 5e on prévoit un taux de 25 résine inférieur. La résistance mécanique est ainsi augmentée dans le tronçon aval de jupe 5e, tandis que la souplesse est augmentée dans la zone annulaire de liaison 5d, comme l'illustrent les figures 7 et 8 montrant respectivement les variations du module de Young longitudinal (courbe C) et du module de Young transversal
(courbe D) en fonction du taux de fibres (complément à 1 du taux de résine).
En cas de besoin, selon les propriétés recherchées de la jupe, on peut varier à la fois le pas de l'hélice et le taux de résine selon la zone longitudinale
considérée de la jupe.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été 5 explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations
contenues dans le domaine des revendications ci-après.
Claims (8)
1 - Pompe à vide turbomoléculaire, comprenant un rotor (5) ayant un tronçon amont de rotor (5a) de type turbo et un tronçon aval de rotor (5c) en forme de jupe de type HOLWECK, le tronçon amont de rotor (5a) étant en un métal ou s alliage, le tronçon aval de rotor (5c) étant en matériau composite, le tronçon aval de rotor (5c) se raccordant au tronçon amont de rotor (5a) selon une zone annulaire de liaison (5d), caractérisée en ce que - le tronçon aval de rotor (5c) à jupe de type HOLWECK en matériau composite 10 comprend une structure de renforcement à fibres qui confère à la jupe HOLWECK des caractéristiques mécaniques variant en fonction de la zone longitudinale considérée de la jupe, - dans la zone annulaire de liaison (5d), le matériau composite présente des caractéristiques mécaniques et thermiques proches de celles du métal ou alliage 15 composant le tronçon amont de rotor (5a), - dans la zone aval de jupe (5e) , le matériau composite présente des caractéristiques plus appropriées pour tenir dans cette zone aval de jupe (5e) les contraintes
mécaniques élevées résultant de la rotation rapide du rotor (5) en fonctionnement.
2 - Pompe à vide turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée 20 en ce que la structure de renforcement comprend des fibres longues enroulées en hélice selon un pas constant et enrobées de résine, le taux de résine étant variable
selon la zone longitudinale considérée de la jupe.
3 - Pompe à vide turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure de renforcement comprend des fibres longues enroulées en 25 hélice et enrobées de résine selon un taux constant, le pas de l'hélice étant variable
selon la zone longitudinale considérée de la jupe.
4 - Pompe à vide turbomoléculaire selon la revendication 1, caractérisée
en ce que la structure de renforcement comprend des fibres longues enroulées en hélice et enrobées de résine, le pas de l'hélice et le taux de résine étant tous deux 30 variables selon la zone longitudinale considérée de la jupe.
- Pompe à vide turbomoléculaire selon l'une des revendications 3 ou 4,
caractérisée en ce que l'hélice présente un angle proche de 0 dans la zone aval de jupe (5e), et présente un angle supérieur à O' dans et à proximité de la zone
annulaire de liaison (5d).
6 - Pompe à vide turbomoléculaire selon l'une quelconque des
revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la jupe est cylindrique.
7 - Pompe à vide turbomoléculaire selon l'une quelconque des
revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la jupe comporte une zone annulaire de liaison (5d), un tronçon aval de jupe (5e) cylindrique à plus grand diamètre que la i0 zone annulaire de liaison (5d), et une zone intermédiaire de raccordement (5g) entre
la zone annulaire de liaison (5d) et le tronçon aval de jupe (5e).
8 - Pompe à vide turbomoléculaire selon l'une quelconque des
revendications 2 à 7, caractérisée en ce que, selon le bord amont de la jupe les fibres
de renforcement sont coupées.
9 - Procédé de réalisation d'une jupe de type HOLWECK pour pompe à
vide turbomoléculaire selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en
ce qu'il comprend: a/ une étape consistant à enrouler en hélice des fibres longues sur un mandrin (14), en réalisant un enroulement à angle voisin de O' dans les zones (20, 21) adjacentes 20 aux deux extrémités du mandrin (14) et un enroulement à angle supérieur à O' dans la zone médiane (22) du mandrin (14), b/ une étape d'application et de durcissement de résine sur le mandrin portant les fibres enroulées en hélice,
c! et une étape consistant à sectionner le manchon (23) ainsi obtenu dans sa zone 25 médiane (22) pour obtenir deux jupes.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0212693A FR2845737B1 (fr) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Pompe turbomoleculaire a jupe composite |
| EP03356142A EP1408237A1 (fr) | 2002-10-11 | 2003-10-02 | Pompe turbomoléculaire |
| JP2003349112A JP2004278512A (ja) | 2002-10-11 | 2003-10-08 | 複合材を用いたスカート（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｋｉｒｔ）を有するターボ／ドラッグポンプ |
| US10/682,200 US6887032B2 (en) | 2002-10-11 | 2003-10-10 | Turbo/drag pump having a composite skirt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0212693A FR2845737B1 (fr) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Pompe turbomoleculaire a jupe composite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2845737A1 true FR2845737A1 (fr) | 2004-04-16 |
| FR2845737B1 FR2845737B1 (fr) | 2005-01-14 |
Family
ID=32011548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0212693A Expired - Fee Related FR2845737B1 (fr) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Pompe turbomoleculaire a jupe composite |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6887032B2 (fr) |
| EP (1) | EP1408237A1 (fr) |
| JP (1) | JP2004278512A (fr) |
| FR (1) | FR2845737B1 (fr) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1812688B1 (fr) * | 2004-11-12 | 2016-04-13 | Board of Trustees of Michigan State University | Rotor tisse de turbomachine |
| GB2420379A (en) * | 2004-11-18 | 2006-05-24 | Boc Group Plc | Vacuum pump having a motor combined with an impeller |
| JP2007309245A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Boc Edwards Kk | 真空ポンプ |
| JP4935509B2 (ja) * | 2007-06-05 | 2012-05-23 | 株式会社島津製作所 | ターボ分子ポンプ |
| GB0901872D0 (en) * | 2009-02-06 | 2009-03-11 | Edwards Ltd | Multiple inlet vacuum pumps |
| US8182213B2 (en) * | 2009-04-22 | 2012-05-22 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Vane assembly with removable vanes |
| ITTO20100070A1 (it) * | 2010-02-01 | 2011-08-02 | Varian Spa | Pompa da vuoto, in particolare pompa da vuoto turbomolecolare. |
| US9759221B2 (en) | 2010-06-24 | 2017-09-12 | Edwards Japan Limited | Vacuum pump |
| EP2589814B3 (fr) * | 2010-07-02 | 2024-01-24 | Edwards Japan Limited | Pompe à vide |
| EP2722528B1 (fr) | 2011-06-16 | 2018-05-30 | Edwards Japan Limited | Ensemble rotor et pompe à vide équipée de celui-ci |
| WO2013001982A1 (fr) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | エドワーズ株式会社 | Corps cylindrique et pompe à vide |
| DE102011112691A1 (de) | 2011-09-05 | 2013-03-07 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | Vakuumpumpe |
| DE102011119506A1 (de) * | 2011-11-26 | 2013-05-29 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | Schnell drehender Rotor für eine Vakuumpumpe |
| TWI586893B (zh) | 2011-11-30 | 2017-06-11 | Edwards Japan Ltd | Vacuum pump |
| JP2014031734A (ja) | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Edwards Kk | 真空ポンプ用部品および真空ポンプ |
| JP6077804B2 (ja) * | 2012-09-06 | 2017-02-08 | エドワーズ株式会社 | 固定側部材及び真空ポンプ |
| WO2014050648A1 (fr) | 2012-09-26 | 2014-04-03 | エドワーズ株式会社 | Rotor et pompe à vide équipée de ce rotor |
| US10193430B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-01-29 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Electromagnetic device having discrete wires |
| DE202013006436U1 (de) * | 2013-07-17 | 2014-10-22 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Rotorelement für eine Vakuumpumpe |
| CN107646076B (zh) * | 2015-06-08 | 2020-06-09 | 莱宝有限公司 | 真空泵转子 |
| GB201715151D0 (en) | 2017-09-20 | 2017-11-01 | Edwards Ltd | A drag pump and a set of vacuum pumps including a drag pump |
| GB2570925B (en) | 2018-02-12 | 2021-07-07 | Edwards Ltd | Reinforced vacuum system component |
| GB2600878B (en) * | 2018-02-12 | 2022-12-14 | Edwards Ltd | Reinforced vacuum system component |
| FR3093544B1 (fr) * | 2019-03-05 | 2021-03-12 | Pfeiffer Vacuum | Pompe à vide turbomoléculaire et procédé de purge |
| EP4151860A3 (fr) * | 2022-12-22 | 2023-04-05 | Pfeiffer Vacuum Technology AG | Pompe à vide |
| EP4155550A1 (fr) * | 2022-12-30 | 2023-03-29 | Pfeiffer Vacuum Technology AG | Pompe à vide et procédé de fonctionnement d'une pompe à vide |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0603694A1 (fr) * | 1992-12-24 | 1994-06-29 | BALZERS-PFEIFFER GmbH | Système à vide |
| DE19915307A1 (de) * | 1999-04-03 | 2000-10-05 | Leybold Vakuum Gmbh | Reibungsvakuumpumpe mit aus Welle und Rotor bestehender Rotoreinheit |
| US20020054815A1 (en) * | 1999-03-23 | 2002-05-09 | Ebara Corporation | Turbo-molecular pump |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US54815A (en) * | 1866-05-15 | Improved self-rocking cradle | ||
| US1723261A (en) * | 1926-06-10 | 1929-08-06 | Gen Cable Corp | Coil and method of winding the same |
| US2498674A (en) * | 1946-06-11 | 1950-02-28 | Erwin W Graham | Method of winding electrical resistance wire strain gauges |
| US3386872A (en) * | 1964-10-15 | 1968-06-04 | Koppers Co Inc | Method of making filament wound, compound curved shells |
| DE2106258C3 (de) * | 1971-02-10 | 1979-11-08 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Verfahren zum Wickeln einer Übertragerspule und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| DE3345011C2 (de) * | 1983-12-13 | 1986-02-27 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Wickelmaschine zum Wickeln zylindrischer Bauteile |
| US5733104A (en) * | 1992-12-24 | 1998-03-31 | Balzers-Pfeiffer Gmbh | Vacuum pump system |
| US5462402A (en) * | 1994-02-22 | 1995-10-31 | Rosen Motors, L.P. | Flywheel energy storage system with integral molecular pump |
| GB9525337D0 (en) * | 1995-12-12 | 1996-02-14 | Boc Group Plc | Improvements in vacuum pumps |
| JP3961273B2 (ja) * | 2001-12-04 | 2007-08-22 | Ｂｏｃエドワーズ株式会社 | 真空ポンプ |
-
2002
- 2002-10-11 FR FR0212693A patent/FR2845737B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-10-02 EP EP03356142A patent/EP1408237A1/fr not_active Withdrawn
- 2003-10-08 JP JP2003349112A patent/JP2004278512A/ja active Pending
- 2003-10-10 US US10/682,200 patent/US6887032B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0603694A1 (fr) * | 1992-12-24 | 1994-06-29 | BALZERS-PFEIFFER GmbH | Système à vide |
| US20020054815A1 (en) * | 1999-03-23 | 2002-05-09 | Ebara Corporation | Turbo-molecular pump |
| DE19915307A1 (de) * | 1999-04-03 | 2000-10-05 | Leybold Vakuum Gmbh | Reibungsvakuumpumpe mit aus Welle und Rotor bestehender Rotoreinheit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6887032B2 (en) | 2005-05-03 |
| FR2845737B1 (fr) | 2005-01-14 |
| EP1408237A1 (fr) | 2004-04-14 |
| JP2004278512A (ja) | 2004-10-07 |
| US20040076510A1 (en) | 2004-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2845737A1 (fr) | Pompe turbomoleculaire a jupe composite | |
| EP0761977B1 (fr) | Turbine en matériau composite thermostructural, en particulier à petit diamètre, et procédé pour sa fabrication | |
| CA2621729C (fr) | Procede de fabrication d'un carter de turbine a gaz en materiau composite et carter ainsi obtenu | |
| EP3393764B1 (fr) | Carter allégé en matériau composite et son procédé de fabrication | |
| EP0761978B1 (fr) | Turbine en matériau composite thermostructural, en particulier à grand diamètre, et procédé pour sa fabrication | |
| CA2957608A1 (fr) | Carter en materiau composite a matrice organique auto-raidi | |
| FR2646467A1 (fr) | Aube de stator a calage variable a coupelle rapportee | |
| EP0176386B1 (fr) | Procédé de fabrication d'une roue de turbine ou de compresseur en matériau composite, et roue ainsi obtenue | |
| FR3074088A1 (fr) | Carter en materiau composite renforce et son procede de fabrication | |
| EP0310499B1 (fr) | Procédé et dispositif pour la fabrication d'une structure tubulaire fibreuse stratifiée utilisable comme structure de renfort pour pièce composite | |
| EP3453847A1 (fr) | Carter en matériau composite à géométrie raidissante | |
| FR3045448A1 (fr) | Carter allege en materiau composite et son procede de fabrication | |
| EP3927529A1 (fr) | Reparation ou reprise de fabrication d'une piece en materiau composite a renfort fibreux tisse tridimensionnel | |
| WO2020021185A1 (fr) | Texture fibreuse pour carter en materiau composite a resistance a l'impact amelioree | |
| EP3011185B1 (fr) | Roue centrifuge | |
| EP0707941B1 (fr) | Procédé et machine pour l'élaboration de tubes en matériau composite à caractéristiques mécaniques et tribologiques élevées, et tubes obtenus par ledit procédé | |
| FR3059044A1 (fr) | Carter de soufflante de turbomachine aeronautique | |
| EP3894162B1 (fr) | Piece de turbomachine comportant une preforme fibreuse | |
| WO2020021184A1 (fr) | Texture fibreuse pour carter en materiau composite a resistance au cisaillement amelioree | |
| EP3630435A1 (fr) | Structure fibreuse tubulaire a lobes | |
| EP0362074B1 (fr) | Roue de turbine grande vitesse en matériau composite | |
| FR3033279A1 (fr) | Outillage de support et de moulage et procede de realisation de pieces de revolution en materiau composite | |
| FR3090465A1 (fr) | Procede de fabrication d'une piece de turbomachine en materiau composite et piece de turbomachine correspondante | |
| EP1240434B1 (fr) | Aube d'une machine centrifuge et procede de reglage des performances de l'aube | |
| WO2023198999A1 (fr) | Absorbant acoustique et son procede de production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CD | Change of name or company name | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20090630 |