动平衡技术的革命: Laser Balancing™使涡轮分 子泵的运行更加高效

 

自1958年发明以来,涡轮分子泵(简称分子泵)一直被认为是高 真空技术的驱动力。由于其可靠的真空生成能力,它已成为半导 体生产和其他行业中不可缺少的组成部分。它的发明者WilliBecker,当时在Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik GmbH(今天的 Pfeiffer Vacuum GmbH)担任了13年的技术实验室负责人,他 几乎想不到在63年后,一束激光将引领分子泵进一步革新。这是 因为激光动平衡是最新、最有效的平衡技术方法,可以提高涡轮 分子泵的使用寿命和性能。激光动平衡是在普发真空开发的,并 获得了专利。--这个地方就是当年Willi Becker发明涡轮分子泵的 公司。

涡轮分子泵的结构

时至今日,涡轮分子泵仍然是产生无油高真空和超高真空的关键。被发明后,它立 即逐渐取代了原有的真空产生的抽气原理。在20世纪60年代,人们对高真空的需求 开始越来越多,于是迅速将涡轮分子泵确立为在各种应用中作为高真空和超高真空 产生的标准。离开了它的使用,半导体制造或镀膜的许多工艺步骤就不可能实现。

涡轮分子泵的设计类似于涡轮机。在泵的内部,几个转子 盘被安装在一个轴上(图 1)。在它们之间是定子盘,其 叶片方向与转子叶片方向呈镜像反转。因此,要泵送的气 体分子从高真空法兰沿着各个涡轮级被输送到前级真空法 兰。涡轮分子泵的转子有一个无刷三相同步电机驱动。这 使得旋转频率可以达到1500Hz。转子轴的轴承则由高真空 侧的永磁轴承和前级真空侧的高性能球轴承组成。尽管球 轴承有少许的润滑油,但该泵产生的是无油真空。

这种复合轴承在机械工程中很少见,它代表了轴承的一个特殊应用,因此也代表了 它的动平衡技术,与通常的轴承技术不同。结合非常高的速度,涡轮分子泵转子的 动平衡是一项特别具有挑战的技术。这是因为动平衡质量对涡轮分子泵的使用寿命 和性能有很大影响。

混合轴承涡轮泵的剖面模型,显示了带有永磁轴承和球轴承的转子轴轴承布置。
混合轴承涡轮泵的剖面模型,显示了带有永磁轴承和球轴承的转子轴轴承布置。

转子平衡的背景

在实践中,每个旋转部件都会表现出一定的不平衡,这是不可能完全避免的。为了 能够在以后的运行中尽可能地减少振动,必须采取适当的措施来减少越来越快的旋 转转子的不平衡。最典型的过程可能是平衡汽车轮胎的过程。如果车轮表现出不平 衡,这将通过方向盘的振动而变得明显。这种物理现象也被称为离心力。DIN ISO标 准的定义将转子的不平衡描述为:由于不平衡的离心力,振荡力和运动被传递到轴 承上的情况。

即使是视觉上看起来对称的物体,在现实中也会出现质量分布的轻微不平等。例 如,这可能是由于部件的制造过程或原材料密度的不均匀性造成的。不平衡这一术 语描述了这种不平衡的质量分布。其他原因可能来自于设计或装配。此外,由于磨 损或沉积,不平衡也可能在运行中发生。

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