普發(fā)分子泵動(dòng)平衡的技術(shù)革命

時(shí)至今日，渦輪分子泵仍然是產(chǎn)生無(wú)油高真空和超高真空的關(guān)鍵設(shè)備。離開了它的使用，半導(dǎo)體制造或鍍膜的許多工藝步驟就不可能實(shí)現(xiàn)。

渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子由一個(gè)無(wú)刷三相同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這使得旋轉(zhuǎn)頻率可以達(dá)到1500Hz。轉(zhuǎn)子軸的軸承則由高真空側(cè)的永磁軸承和前級(jí)真空側(cè)的高性能球軸承組成。盡管球軸承有少許的潤(rùn)滑油，但該泵產(chǎn)生的是無(wú)油真空。

在實(shí)踐中，每個(gè)旋轉(zhuǎn)部件都會(huì)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(yùn)行中盡可能地減少振動(dòng)，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減少越來(lái)越快的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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(dòng)而變得明顯。這種物理現(xiàn)象也被稱為離心力。DIN ISO標(biāo)準(zhǔn)的定義將轉(zhuǎn)子的不平衡描述為：由于不平衡的離心力，振蕩力和運(yùn)動(dòng)被傳遞到軸承上的情況。

即使是視覺上看起來(lái)對(duì)稱的物體，在現(xiàn)實(shí)中也會(huì)出現(xiàn)質(zhì)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(shù)語(yǔ)描述了這種不平衡的質(zhì)量分布。其他原因可能來(lái)自于設(shè)計(jì)或裝配。此外，由于磨損或沉積，不平衡也可能在運(yùn)行中發(fā)生。

渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子達(dá)到每分鐘90,000轉(zhuǎn)或每秒1,500轉(zhuǎn)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(duì)不平衡的最小化要求非常高。在幾毫克的范圍內(nèi)，最輕微的不平衡已經(jīng)可以對(duì)泵的運(yùn)行產(chǎn)生很大影響。因此，高質(zhì)量的平衡對(duì)于轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運(yùn)行和渦輪分子泵多年的無(wú)損壞運(yùn)行至關(guān)重要。它還能確保最大限度地減少傳遞到真空室和客戶應(yīng)用中的振動(dòng)。

從技術(shù)上講，即使在今天，也不可能造一個(gè)沒有不平衡的轉(zhuǎn)子。所描述的發(fā)生不平衡的原因清楚地表明，每個(gè)轉(zhuǎn)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(shù)中，額外的質(zhì)量被應(yīng)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(cè)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(zhì)量，進(jìn)行質(zhì)量校正。這包括，例如，磨去材料或通過鉆孔或銑削去除。

對(duì)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(lái)，對(duì)渦輪分子泵的應(yīng)用要求在次要性能方面也在增加。因此，高速轉(zhuǎn)子需要不斷地進(jìn)一步發(fā)展。這包括，除其他外，轉(zhuǎn)子的使用壽命、振動(dòng)噪音產(chǎn)生以及與部件和表面的排氣行為有關(guān)的清潔度。振動(dòng)噪音產(chǎn)生是泵在殼體處發(fā)出的聲音和振動(dòng)。導(dǎo)致振動(dòng)噪音產(chǎn)生增加的主要原因是轉(zhuǎn)子不平衡。

新型激光動(dòng)平衡系統(tǒng)彌補(bǔ)了這一問題，使渦輪分子泵轉(zhuǎn)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(dòng)化在這里也起到了關(guān)鍵作用。

用激光除材料。不平等的質(zhì)量分布因此得到了糾正。高能脈沖激光束對(duì)平衡平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子材料進(jìn)行局部加熱，使其發(fā)生汽化或者升華。在這個(gè)過程中，材料可以在沿圓周的任何一點(diǎn)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(zhì)量，激光燒蝕的工作方式更為精確。因此，可以實(shí)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(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)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(shè)備和應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子的低振動(dòng)和/或安靜運(yùn)行是其運(yùn)行的先決條件。因此，激光平衡轉(zhuǎn)子代表了其應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)步。與基本的計(jì)算算法相結(jié)合，它們確保在現(xiàn)代自動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)子的平衡質(zhì)量等級(jí)也有影響。在這種情況下，平衡質(zhì)量高的轉(zhuǎn)子意味著平衡質(zhì)量等級(jí)G的數(shù)量少。

應(yīng)用實(shí)例是離子遷移率光譜儀，它被用作實(shí)驗(yàn)室工作站的臺(tái)式設(shè)備。在這種情況下，集成渦輪分子泵的低噪音運(yùn)行是必須的。另一個(gè)例子是電子顯微鏡，只有通過振動(dòng)優(yōu)化的轉(zhuǎn)子和低振動(dòng)噪音產(chǎn)生才能實(shí)現(xiàn)清晰的高分辨率圖像。

創(chuàng)新激光平衡的優(yōu)勢(shì)說(shuō)明了與傳統(tǒng)平衡的轉(zhuǎn)子相比，激光平衡的轉(zhuǎn)子的技術(shù)進(jìn)步。隨著轉(zhuǎn)子壽命的延長(zhǎng)和渦輪泵振動(dòng)和噪聲排放的減少，該工藝代表了真空技術(shù)的另一個(gè)里程碑，為新的渦輪分子泵轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

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作者：深圳市科銳詩(shī)汀科技有限公司真空技術(shù)中心

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