4.9 터보분자 펌프

4.9.1 설계 / 작동 원리

터보분자 펌프는 1958년 W. Becker 박사에 의하여 파이퍼 베큠에서 개발되고 특허를 받았습니다. 터보분자 펌프는 운 동 진공 펌프의 카테고리에 속합니다. 이 펌프의 설계는 터빈 의 설계와 유사합니다. 블레이드가 있는 디스크가 있고 터빈 같은 다단계 로터가 하우징 안에서 회전합니다. 터빈 또는 압 축기의 블레이드는 총괄하여 블레이딩이라 불립니다. 유사 한 기하학을 가진 블레이드 고정자 디스크들이 로터 디스크 사이에 마주 보는 거울처럼 포개져 있습니다.

베어링

두 개의 볼 베어링으로 터보 펌프 로터의 샤프트를 장착하려 면 베어링의 윤활 때문에 전진공 측면에 두 개의 베어링을 정 렬해야 합니다. 이렇게 되면 거대한 질량을 가진 로터의 단독 (켄틸레버) 지지를 이끕니다.

하이브리드 베어링 지지는 로터 동역학과 관련하여 이 점에 서 이점을 제공합니다. 하이브리드 베어링은 한 개의 단일 펌 프에 두 개의 베어링 개념을 사용함을 지칭합니다. 이 경우에 오일 윤활 볼 베어링이 전진공 측면의 샤프트 말단에 장착되 고, 고진공 측면은 정비가 필요 없고 마모가 없고 로터를 방 사상으로 중심에 오도록 조정하는 영구 자기 베어링이 장착 됩니다. 전진공 측면 베어링 윤활유는 작동 유체 보유고에 들 어 있습니다. 작은 건식 안전 베어링은 자기 베어링 고정자 내에 정렬되어 있습니다. 정상 작동 시 한 개의 저널이 이 베 어링 내부에서 자유롭게 회전합니다. 강력한 방사상 충격이 가해질 경우 안전 베어링이 로터를 안정시키고 오직 짧게 회 전합니다. 로터가 균형을 잃을 경우 샤프트 양 측면의 베어링 들이 플로팅 베어링의 경우보다 더 낮은 베어링 응력 진동력 을 생성합니다. 고진공 측면의 자기 베어링은 진동에 완전히 둔감합니다. 그 결과 무척 작은 진동력만 하우징에 전달됩니 다. 게다가 그렇기 때문에 크기에 따라 회전 속도를 제한하는 켄틸레버 개념의 두개 베어링 중 더 큰 것이 필요치 않게 됩 니다.

플랜지 직경이 100mm인 대형 펌프들은 5-축 자기 베어링이 라 알려진 베어링을 교대로 사용합니다[24]. 로터는 거리 센 서 및 전자기를 경유하는 디지털 전자 제어를 통하여 부상됩 니다. 터보 로터의 이동의 자유 정도는 계속 모니터링되고 실 시간으로 재조정됩니다. 로터와 하우징 사이의 기계적 접촉 의 부재는 펌프에 의해 생성되는 진동을 낮게 유지합니다. 로 터는 자신의 관성 축 주위를 회전합니다. 한쪽 측면 코팅 또 는 부식(예: 플라스마 식각)으로 인한 모든 불균형은 광범위 한 제한 속에서 상쇄됩니다.

배압 진공 측면이 오일 부재 이외에도 마모 및 정비 없음이 또 다른 이점입니다. 정전의 경우 펌프의 회전 에너지를 통하 여 자기 베어링에 전기가 공급됩니다. 그래서 정전은 몇 분 이내에 쉽게 제어될 수 있습니다. 정전이 더 길어질 경우 통 합 안전 베어링의 사용을 통하여 로터가 매우 낮은 속도에서 안전하게 정지하게 됩니다. 시스템 작동 이상 시 펌프에 대한 손상을 피하기 위하여 안전 베어링이 로터를 중단시킵니다.

모터/구동

회전 주파수가 최대 1,500Hz(90,000rpm)인 무브러쉬형 직류 모터가 로터를 구동하기 위하여 사용됩니다. 그래서 기체 배 출에 필요한 블레이드 속도를 가능하게 합니다.

지금은 구동이 대개 펌프에 직접 부착되어 있습니다. 전원 공 급은 24, 48 또는 72 volt 직류이며, 외부 전원 팩 또는 펌프의 전자 유닛에 통합되어 있는 팩에 의해 생성됩니다.

그림 4.21: 터보 로터의 자유도