普發(fā)分子泵動平衡的技術革命

時至今日，渦輪分子泵仍然是產(chǎn)生無油高真空和超高真空的關鍵設備。離開了它的使用，半導體制造或鍍膜的許多工藝步驟就不可能實現(xiàn)。

渦輪分子泵的轉子由一個無刷三相同步電機驅動。這使得旋轉頻率可以達到1500Hz。轉子軸的軸承則由高真空側的永磁軸承和前級真空側的高性能球軸承組成。盡管球軸承有少許的潤滑油，但該泵產(chǎn)生的是無油真空。

在實踐中，每個旋轉部件都會表現(xiàn)出一定的不平衡，這是不可能*避免的。為了能夠在以后的運行中盡可能地減少振動，必須采取適當?shù)拇胧﹣頊p少越來越快的旋轉轉子的不平衡。最典型的過程可能是平衡汽車輪胎的過程。如果車輪表現(xiàn)出不平衡，這將通過方向盤的振動而變得明顯。這種物理現(xiàn)象也被稱為離心力。DIN ISO標準的定義將轉子的不平衡描述為：由于不平衡的離心力，振蕩力和運動被傳遞到軸承上的情況。

即使是視覺上看起來對稱的物體，在現(xiàn)實中也會出現(xiàn)質量分布的輕微不平等。例如，這可能是由于部件的制造過程或原材料密度的不均勻性造成的。不平衡這一術語描述了這種不平衡的質量分布。其他原因可能來自于設計或裝配。此外，由于磨損或沉積，不平衡也可能在運行中發(fā)生。

渦輪分子泵的轉子達到每分鐘90,000轉或每秒1,500轉的速度。由于由此產(chǎn)生的力隨著速度的增加而呈四次方增加，因此對不平衡的最小化要求非常高。在幾毫克的范圍內，最輕微的不平衡已經(jīng)可以對泵的運行產(chǎn)生很大影響。因此，高質量的平衡對于轉子的平穩(wěn)運行和渦輪分子泵多年的無損壞運行至關重要。它還能確保最大限度地減少傳遞到真空室和客戶應用中的振動。

從技術上講，即使在今天，也不可能造一個沒有不平衡的轉子。所描述的發(fā)生不平衡的原因清楚地表明，每個轉子都有自己的不平衡分布--即使是在批量化生產(chǎn)中。

在傳統(tǒng)的平衡技術中，額外的質量被應用，這種了校正--類似于汽車輪胎的平衡。在這里，平衡砝碼被擰入不平衡的另一側的特殊孔中。另一種流行的方法是借助于加工工藝，在不平衡的相同角度位置上去除質量，進行質量校正。這包括，例如，磨去材料或通過鉆孔或銑削去除。

對渦輪分子泵的要求分為主要和次要性能。雖然主要性能涉及泵的基本性能，但從過去十年以來，對渦輪分子泵的應用要求在次要性能方面也在增加。因此，高速轉子需要不斷地進一步發(fā)展。這包括，除其他外，轉子的使用壽命、振動噪音產(chǎn)生以及與部件和表面的排氣行為有關的清潔度。振動噪音產(chǎn)生是泵在殼體處發(fā)出的聲音和振動。導致振動噪音產(chǎn)生增加的主要原因是轉子不平衡。

新型激光動平衡系統(tǒng)彌補了這一問題，使渦輪分子泵轉子的平衡更加有效，通過省去平衡孔和砝碼，傳統(tǒng)的平衡過程得到了優(yōu)化。平衡過程的*自動化在這里也起到了關鍵作用。

用激光除材料。不平等的質量分布因此得到了糾正。高能脈沖激光束對平衡平面內的轉子材料進行局部加熱，使其發(fā)生汽化或者升華。在這個過程中，材料可以在沿圓周的任何一點以確定的分段幾何形式被移除。

與傳統(tǒng)的平衡方式相比。即用螺絲擰緊平衡砝碼或用銑或鉆的方式去除質量，激光燒蝕的工作方式更為精確。因此，可以實現(xiàn)明顯較低的殘余不平衡度。材料特性不受影響。這使得新轉子的設計以及平衡平面的定義和排列更加靈活。

在許多集成渦輪分子泵的設備和應用中，轉子的低振動和/或安靜運行是其運行的先決條件。因此，激光平衡轉子代表了其應用領域的一個重大進步。與基本的計算算法相結合，它們確保在現(xiàn)代自動平衡系統(tǒng)中更有效地糾正剩余不平衡。如果殘余不平衡減少，這對轉子的平衡質量等級也有影響。在這種情況下，平衡質量高的轉子意味著平衡質量等級G的數(shù)量少。

應用實例是離子遷移率光譜儀，它被用作實驗室工作站的臺式設備。在這種情況下，集成渦輪分子泵的低噪音運行是必須的。另一個例子是電子顯微鏡，只有通過振動優(yōu)化的轉子和低振動噪音產(chǎn)生才能實現(xiàn)清晰的高分辨率圖像。

創(chuàng)新激光平衡的優(yōu)勢說明了與傳統(tǒng)平衡的轉子相比，激光平衡的轉子的技術進步。隨著轉子壽命的延長和渦輪泵振動和噪聲排放的減少，該工藝代表了真空技術的另一個里程碑，為新的渦輪分子泵轉子的設計提供了更大的靈活性。

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作者：深圳市科銳詩汀科技有限公司真空技術中心

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