ISO 27892:2010

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 27892
First edition
2010-02-01


Vacuum technology — Turbomolecular
pumps — Measurement of rapid
shutdown torque
Technique du vide — Pompes turbomoléculaires — Mesurage
du couple d'arrêt rapide




Reference number
ISO 27892:2010(E)
©
ISO 2010

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ISO 27892:2010(E)
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Published in Switzerland

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ISO 27892:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols, definitions, and units .2
5 Destructive test methods for turbomolecular pumps .3
5.1 General .3
5.2 Items to be checked .3
5.3 Test conditions for burst and crash (failure of rotor body and rotor blades).3
5.4 Destructive test equipment .7
5.5 Destructive test procedures.8
5.6 “Crash” destructive test method (failure of rotor or stator blades).9
6 Test report.14
Annex A (informative) Details to be stated in technical drawings and documents .15
Bibliography.16

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ISO 27892:2010(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 27892 was prepared by Technical Committee ISO/TC 112, Vacuum technology.
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ISO 27892:2010(E)
Introduction
A rotating turbomolecular pump or molecular drag pump has a large amount of energy stored in the rotor due
to the high rotational frequency. If the rotor breaks, this energy is released in a very short time and there is the
possibility of rupture of the casing of the turbomolecular pump. A large reaction torque is also generated on
the pump housing and there is a possibility that the bolts that fix the turbomolecular pump might break.
This International Standard is based on results compiled in studies of these possibilities and has been drafted
as a measurement method by turbomolecular pump manufacturers with the aim of improving the safety of
users.
The core contents of this International Standard are the test methods for rapid shutdown torque measurement
of turbomolecular pumps and molecular drag pumps.
The term “turbomolecular pump” used in this International Standard is generic and includes molecular drag
pumps and pumps which contain both technologies on the same shaft.

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 27892:2010(E)

Vacuum technology — Turbomolecular pumps — Measurement
of rapid shutdown torque
1 Scope
This International Standard specifies a method for the measurement of rapid shutdown torque (destructive
torque) of turbomolecular pumps in which gas momentum is produced by axial flow type blades and/or helical
channels. The main forces leading to failure of turbomolecular pumps are torques around the rotational axis.
Other insignificant forces and moments that can occur lie outside the scope of this International Standard.
There are two kinds of failure: rapid shutdown by whole burst and softer crash of rotor. This International
Standard applies to both. The same measurement method can be used for turbomolecular pumps and
molecular drag pumps.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 3529-2, Vacuum technology — Vocabulary — Part 2: Vacuum pumps and related terms
3 Terms and definitions
For the purpose of this document, the terms and definitions given in ISO 3529-2 and the following apply.
3.1
inlet flange
turbomolecular pump inlet suction flange for connecting and fitting on to the vacuum vessel that is to be
evacuated
3.2
rotor
rotational body
rotational parts
〈vacuum pumps〉 assembly, composed of shaft, rotor body and rotor blades, which is supported by bearings
and is driven by a motor
3.3
rotor blade
turbine blade
rotating blade
〈vacuum pumps〉 part of a pump which rotates with a peripheral speed close to the speed of sound and which
imparts a vacuum exhaust action to the pump, analogous to axial flow type turbine blades
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ISO 27892:2010(E)
3.4
rotor body
cylinder part of rotor
rotor hub
〈vacuum pumps〉 rotor assembly excluding the rotor blades
3.5
centrifugal destruction
split caused by centrifugal force
rupture caused by centrifugal force
failure occurring in the rotor body through circumferential tensile stress above the marginal value due to the
centrifugal force acting on the rotor when operating
3.6
destructive test
rotor destructive test
test of the safety of the turbomolecular pump body and measurement of the destructive torque by causing the
rotor body of the turbomolecular pump (burst test) or the rotor blades of the turbomolecular pump (crash test)
to fail
3.7
destructive rotational frequency
rotational frequency of the rotor when the rotor body fails in the test
3.8
notch machining
machining carried out on all or a part of the rotor prior to destructive testing to form a notch so that an
appropriate stress concentration occurs in the rotor body so that failure occurs in the vicinity of the rated
rotational frequency separately stipulated for the rotor body during destructive testing
3.9
destructive torque
shutdown torque
rapid shutdown torque
rotational torque acting on or transmitted to the inlet flange fixing member side or base fixing side during
failure of the rotor body by centrifugal force in destructive testing
4 Symbols, definitions, and units
Symbol Definition Unit
2
A Cross-section of compression bar m
d Internal diameter of short tube m
1
d External diameter of short tube m
2
E Young modulus of elasticity of lengthwise direction of compression bar Pa
F Measured force N
n
G Modulus of rigidity of short tube Pa
2
I Initial moment of inertia of rotor around rotational axis kg m
p
i Compression bar number or force sensor number
n Rotational frequency Hz
r Location radius of compression bar or force sensor m
T Rapid shutdown torque Nm
t Time s
ε Measured strain
ω Angular velocity rad/s
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ISO 27892:2010(E)
5 Destructive test methods for turbomolecular pumps
5.1 General
There are two kinds of failure: rapid shutdown by whole burst and softer crash of rotor. Pumps are fixed either
at the inlet flange or the pump base. There are thus two kinds of destructive test equipment (see 5.4). The
more suitable test method should be selected by the manufacturer based on the intended use of the product.
5.2 Items to be checked
WARNING —The destructive tests listed below are dangerous and adequate safety measures should
be taken when carrying them out.
To ensure safety, measure rapid shutdown torque. This method is the only recommended method. The torque
obtained by this method is not always the maximum value, but one value.
Check the following items:
a) the value of the destructive torque;
b) that the pump mounting uses the stipulated fitting and is safe;
c) that the pump housing is safe.
5.3 Test conditions for burst and crash (failure of rotor body and rotor blades)
The destructive test conditions are as follows.
5.3.1 Destructive test method (burst)
5.3.1.1 The rotor is deemed to fail when the rotor body or the main shaft fails.
5.3.1.2 The procedure involves notch machining of the rotor body or main shaft so that the rotor body
fails by centrifugal or external (e.g. a “crash” destructive test method in which rotor or stator blades fail) force
in the vicinity of the rated speed. The notch in the main shaft should be located between the rotating motor
and the rotor mounting.
5.3.1.3 Make the notch with four or fewer divisions.
5.3.1.4 The rotational frequency at failure should preferably be within ± 5 % of the rated rotational
frequency.
NOTE This International Standard does not make stipulations with regard to the division method of rotor body failure
in destructive testing.
5.3.2 Torque cell
5.3.2.1 General
There are two types of torque cell, either consisting of a short tube with strain gauges (5.3.2.2) or a stand with
compression bars (5.3.2.3). The compression bars have strain gauges or force sensors attached to them.
If a torque cell is used, ensure that plastic deformation of the cell does not occur.
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5.3.2.2 Short tube type
5.3.2.2.1 The torque on the cell is measured by strain gauges, which are fitted to the central part of the
short tube, as shown in Figure 1. The strain gauges are installed diametrically opposite one another. Figure 2
shows strain gauges in eight places (four sets) at a pitch of 30°. Other examples are shown in Figures 3 and 4.
To ensure adequate responsiveness of the measurement system, it is desirable to use gauges with a range of
0 Hz to 10 kHz or more.
5.3.2.2.2 The destructive torque is calculated from the mean value of strain around the circumference at
the time of failure.
The relation between torque, T, in newton metres, and strain is given by Equation (1).
44
εGdπ −d
()
21
T = (1)
8 d
2
where
ε is the measured strain whose direction is at 45° with respect to the axis of the torque cell;
d is the internal diameter, in metres, of the short tube;
1
d is the external diameter, in metres, of the short tube;
2
G is the shearing modulus of rigidity, in pascals, of the short tube.

Key
1 short tube with strain gauges
2 amplifier for strain gauges
3 data recorder
4 strain gauges
Figure 1 — Short tube with strain gauges

Figure 2 — Example of a pitch of 30°, eight places (four sets)
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Figure 3 — Example of two places (one set)

Figure 4 — Example of a pitch of 60°, six places (three sets)
5.3.2.3 Compression bar type
5.3.2.3.1 Compression bars are provided on a stand (see Figure 5) in the direction of action of the pump
destructive torque. The bars are set up so that strain gauges or force sensors are compressed by t
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 27892
Première édition
2010-02-01
Technique du vide — Pompes
turbomoléculaires — Mesurage du
couple d’arrêt rapide
Vacuum technology — Turbomolecular pumps — Measurement of
rapid shutdown torque
Numéro de référence
ISO 27892:2010(F)
©
ISO 2010

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ISO 27892:2010(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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ISO 27892:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1  Domaine d'application . 1
2  Références normatives . 1
3  Termes et définitions . 1
4  Symboles, définitions et unités . 3
5  Méthodes d’essai destructif pour les pompes turbomoléculaires . 3
5.1  Généralités . 3
5.2  Points à vérifier . 3
5.3  Conditions d’essai pour l’éclatement et la collision (défaillance du corps du rotor et des
aubes du rotor) . 3
5.4  Equipement d’essai destructif . 7
5.5  Procédure d’essai destructif . 9
5.6  Méthode d’essai destructive de « collision » (défaillance du rotor ou des aubes du stator) . 10
6  Rapport d’essai . 15
Annexe A (informative) Détails à indiquer dans les dessins techniques et les documents . 17
Bibliographie . 18
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ISO 27892:2010(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 27892 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 112, Technique du vide.
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ISO 27892:2010(F)
Introduction
Une pompe turbomoléculaire rotative ou pompe moléculaire mécanique emmagasine une grande quantité
d’énergie dans le rotor, en raison de la fréquence de rotation élevée. Si le rotor casse, l’énergie est libérée sur
une période très courte, ce qui entraîne un risque de rupture de l’enveloppe de la pompe turbomoléculaire. Un
couple de réaction important est également généré sur l’enveloppe de la pompe, ce qui entraîne un risque de
rupture des boulons qui fixent la pompe turbomoléculaire.
La présente Norme internationale s’appuie sur des résultats obtenus en étudiant ces possibilités et a été
élaborée en tant que méthode de mesurage par les fabricants de pompes turbomoléculaires dans le but de
renforcer la sécurité pour les utilisateurs.
La présente Norme internationale contient principalement des méthodes d’essai pour le mesurage du couple
d’arrêt rapide des pompes turbomoléculaires et des pompes moléculaires mécaniques.
Le terme « pompe turbomoléculaire » utilisé dans la présente Norme internationale est générique et inclut les
pompes moléculaires mécaniques et les pompes contenant les deux technologies sur le même arbre.
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NORME INTERNATIONALE ISO 27892:2010(F)
Technologie du vide — Pompes turbomoléculaires — Mesurage
du couple d'arrêt rapide
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale donne une méthode pour le mesurage du couple d’arrêt rapide (couple
destructif) de pompes turbomoléculaires dans lesquelles une quantité de mouvement de gaz est produite par
des aubes à flux axial et/ou les canaux hélicoïdaux. Les forces principales entraînant une défaillance des
pompes turbomoléculaires sont les couples autour de l’axe de rotation. Les autres forces et moments non
significatifs susceptibles de se produire ne font pas partie du domaine d’application de la présente Norme
internationale.
Il existe deux types de défaillance : l’arrêt rapide en cas d’éclatement total et de collision moins forte du rotor.
La présente Norme internationale s’applique aux deux types. La même méthode de mesurage peut être
utilisée pour les pompes turbomoléculaires et les pompes moléculaires mécaniques.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 3529-2, Technique du vide — Vocabulaire — Partie 2 : Pompes à vide et termes associés
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 3529-2 ainsi que les
termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
bride d’aspiration
bride à l’aspiration de la pompe turbomoléculaire pour se raccorder à l’appareil à vide qui doit être évacué
3.2
rotor
corps rotatif
parties rotatives
assemblage composé d’un arbre, d’un corps rotatif et d’aubes de rotor, qui est supporté par
des paliers et entrainé par un moteur
3.3
aube de rotor
aube de turbine
aube rotative
partie d’une pompe qui tourne avec une vitesse périphérique proche de la vitesse du son et
qui donne une action de vide à la pompe, analogue aux aubes de turbine à flux axial
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3.4
corps du rotor
partie cylindrique du rotor
moyeu du rotor
assemblage du rotor à l’exclusion des aubes de rotor
3.5
destruction centrifuge
fente causée par la force centrifuge
rupture causée par la force centrifuge
défaillance dans le corps du rotor par une contrainte de traction circonférentielle au-dessus de la valeur
marginale causée par la force centrifuge exercée sur le rotor en fonctionnement
3.6
essai destructif
essai destructif du rotor
essai de sécurité du corps de la pompe turbomoléculaire et mesurage du couple destructif en causant la
défaillance du corps du rotor de la pompe turbomoléculaire (essai d’éclatement) ou des aubes du rotor de la
pompe turbomoléculaire (essai de collision)
3.7
fréquence de rotation destructive
fréquence de rotation du rotor lorsque le corps du rotor ne satisfait pas à l’essai
3.8
usinage de l’entaille
usinage réalisé sur tout ou partie du rotor avant l’essai destructif pour façonner une entaille afin qu’une
concentration de contrainte appropriée soit exercée dans le corps du rotor, de sorte qu’une défaillance se
crée autour de la fréquence de rotation nominale stipulée séparément pour le corps du rotor lors de l’essai
destructif
3.9
couple destructif
couple d’arrêt
couple d’arrêt rapide
couple de rotation actionnant ou transmis à la bride d’aspiration du côté de l’élément de fixation ou de la base
de fixation lors de la défaillance du corps du rotor par force centrifuge lors de l’essai destructif
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4 Symboles, définitions et unités
Symbole Définition Unité
2
A m
Section droite de la barre de compression
d m
Diamètre intérieur du tuyau court
1
d m
Diamètre extérieur du tuyau court
2
E Pa
Module d’élasticité de la barre de compression dans le sens de la longueur
F N
Force mesurée
n
G Pa
Module de rigidité du tuyau court
2
I kg m
Moment initial d’inertie du rotor par rapport à l’axe de rotation
p
i
Nombre de barre de compression ou de capteur de force
n Hz
Fréquence de rotation
r m
Rayon de localisation de la barre de compression ou du capteur de force
T Nm
Couple d’arrêt rapide
t s
Temps
ε
Déformation mesurée
 rad/s
Vitesse angulaire
5 Méthodes d’essai destructif pour les pompes turbomoléculaires
5.1 Généralités
Il existe deux types de défaillance : l’arrêt rapide en cas d’éclatement total et de collision moins forte du rotor.
Les pompes sont fixées sur la bride d’aspiration ou à la base de la pompe. Il existe donc deux types
d’équipement d’essai destructif (voir 5.4). Il convient que le fabricant choisisse la méthode d’essai la plus
adaptée en fonction de l’utilisation prévue du produit.
5.2 Points à vérifier
ATTENTION – Les essais destructifs listés ci-dessous sont dangereux et il convient de prendre des
mesures de sécurité adéquates lors de leur réalisation.
Par mesure de sécurité, mesurer le couple d’arrêt rapide. La présente méthode est la seule recommandée. Le
couple obtenu à l’aide de cette méthode n’est pas toujours la valeur maximale, mais une valeur.
Vérifier les points suivants :
a) la valeur du couple destructif ;
b) le montage de la pompe comprend le raccord stipulé et ne présente pas de risque ;
c) l’enveloppe de la pompe ne présente pas de risque.
5.3 Conditions d’essai pour l’éclatement et la collision (défaillance du corps du rotor et des
aubes du rotor)
Les conditions de l’essai destructif sont comme suit.
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3

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5.3.1 Méthode d’essai destructif (éclatement)
5.3.1.1 On juge que le rotor cède lorsque le corps du rotor ou l’arbre principal cède.
5.3.1.2 Le mode opératoire implique un usinage de l’entaille du corps du rotor ou de l’arbre principal de
manière à ce que le corps du rotor cède sous la force centrifuge ou externe (par exemple, une méthode
d’essai destructif de « collision » dans laquelle le rotor ou les aubes du stator cèdent) autour de la vitesse
nominale. Il convient que l’entaille dans l’arbre principal soit localisée entre le moteur rotatif et le montage du
rotor.
5.3.1.3 Effectuer l’entaille avec quatre divisions ou moins.
5.3.1.4 Il convient que la fréquence de rotation lors de la défaillance soit à ± 5 % de la fréquence de
rotation nominale.
NOTE La présente Norme internationale n’impose aucune prescription pour la méthode de division de la défaillance
du corps du rotor lors de l’essai destructif.
5.3.2 Elément de couple
5.3.2.1 Généralités
Il existe deux types d’éléments de couple, soit un tuyau court avec des jauges de déformation (5.3.2.2), soit
un support avec des barres de compression (5.3.2.3). Les barres de compression sont rattachées à des
jauges de déformation ou des capteurs de force.
En cas d’utilisation d’un élément de couple, s’assurer qu’il ne se produise pas de déformation plastique sur
l’élément.
5.3.2.2 Tuyau court
5.3.2.2.1 Le couple sur un élément est mesuré par des jauges de déformation, qui sont installées sur la
partie centrale du tuyau court, comme indiqué en Figure 1. Les jauges de déformation sont installés de façon
diamétralement opposées les unes par rapport aux autres. La Figure 2 indique les jauges de déformation sur
huit points (quatre ensembles) à un pas de 30°. D’autres exemples sont indiqués aux Figures 3 et 4. Pour
s’assurer de la bonne réactivité du système de mesurage, il est souhaitable d’utiliser des jauges d’une plage
de 0 Hz à 10 kHz ou plus.
5.3.2.2.2 Le couple destructif est calculé à partir de la valeur moyenne de déformation autour de la
circonférence au moment de la défaillance.
La relation entre le couple, T, en mètres newton, et la déformation est donnée dans l’Equation (1).
44
Gdπ d
21
T  (1)
8 d
2
où
est la déformation mesurée dont la direction est à 45° par rapport à l’axe de l’élément de

couple ;
d est le diamètre intérieur, en mètres, du tuyau court ;
1
d est le diamètre extérieur, en mètres, du tuyau court ;
2
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4

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G est le module de distorsion de la rigidité, en pascals, du tuyau court.
Légende
1 tuyau court avec les jauges de déformation
2 amplificateur pour les jauges de déformation
3 enregistreur de données
4 jauges de déformation
Figure 1 — Tuyau court avec jauges de déformation
Figure 2 — Exemple d'un pas de 30°, huit points (quatre ensembles)
Figure 3 — Exemple de deux points (un ensemble)
Figure 4 — Exemple d'un pas de 60°, six points (trois ensembles)
5.3.2.3 Barre de compression
5.3.2.3.1 Les barres de compression sont fournies sur un support (voir Figure 5) dans le sens de l’action
du couple destructif de la pompe. Les barres sont positionnées de façon à ce que les jauges de déformation
ou les capteurs de force soient compressés par le couple destructif de la pompe. Les barres de compression
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5

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ISO 27892:2010(F)
avec les jauges de déformation sont également appelées tiges de déformation. Les tiges de déformation ou le
capteur de force sont fixés au sol ou à une plaque de base par des fixations comme des boulons d’ancrage
ayant une résistance suffisante.
5.3.2.3.2 La jauge de mesurage utilisée pour l’élément de couple de la barre de compression est une jauge
de déformation ou un capteur de force. Les jauges de déformation ou capteurs de force sont installés sur les
barres de compression comme indiqué en 5.3.2.3.1. Il est souhaitable d’installer
...