普发分子泵动平衡的技术革命

普发分子泵动平衡的技术革命

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设备。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。

涡轮分子泵的转子由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。

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*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。

涡轮分子泵的转子达到每分钟90,000转或每秒1,500转的速度。由于由此产生的力随着速度的增加而呈四次方增加，因此对不平衡的最小化要求非常高。在几毫克的范围内，最轻微的不平衡已经可以对泵的运行产生很大影响。因此，高质量的平衡对于转子的平稳运行和涡轮分子泵多年的无损坏运行至关重要。它还能确保最大限度地减少传递到真空室和客户应用中的振动。

从技术上讲，即使在今天，也不可能造一个没有不平衡的转子。所描述的发生不平衡的原因清楚地表明，每个转子都有自己的不平衡分布--即使是在批量化生产中。

在传统的平衡技术中，额外的质量被应用，这种了校正--类似于汽车轮胎的平衡。在这里，平衡砝码被拧入不平衡的另一侧的特殊孔中。另一种流行的方法是借助于加工工艺，在不平衡的相同角度位置上去除质量，进行质量校正。这包括，例如，磨去材料或通过钻孔或铣削去除。

对涡轮分子泵的要求分为主要和次要性能。虽然主要性能涉及泵的基本性能，但从过去十年以来，对涡轮分子泵的应用要求在次要性能方面也在增加。因此，高速转子需要不断地进一步发展。这包括，除其他外，转子的使用寿命、振动噪音产生以及与部件和表面的排气行为有关的清洁度。振动噪音产生是泵在壳体处发出的声音和振动。导致振动噪音产生增加的主要原因是转子不平衡。

新型激光动平衡系统弥补了这一问题，使涡轮分子泵转子的平衡更加有效，通过省去平衡孔和砝码，传统的平衡过程得到了优化。平衡过程的*自动化在这里也起到了关键作用。

用激光除材料。不平等的质量分布因此得到了纠正。高能脉冲激光束对平衡平面内的转子材料进行局部加热，使其发生汽化或者升华。在这个过程中，材料可以在沿圆周的任何一点以确定的分段几何形式被移除。

与传统的平衡方式相比。即用螺丝拧紧平衡砝码或用铣或钻的方式去除质量，激光烧蚀的工作方式更为精确。因此，可以实现明显较低的残余不平衡度。材料特性不受影响。这使得新转子的设计以及平衡平面的定义和排列更加灵活。

在许多集成涡轮分子泵的设备和应用中，转子的低振动和/或安静运行是其运行的先决条件。因此，激光平衡转子代表了其应用领域的一个重大进步。与基本的计算算法相结合，它们确保在现代自动平衡系统中更有效地纠正剩余不平衡。如果残余不平衡减少，这对转子的平衡质量等级也有影响。在这种情况下，平衡质量高的转子意味着平衡质量等级G的数量少。

应用实例是离子迁移率光谱仪，它被用作实验室工作站的台式设备。在这种情况下，集成涡轮分子泵的低噪音运行是必须的。另一个例子是电子显微镜，只有通过振动优化的转子和低振动噪音产生才能实现清晰的高分辨率图像。

创新激光平衡的优势说明了与传统平衡的转子相比，激光平衡的转子的技术进步。随着转子寿命的延长和涡轮泵振动和噪声排放的减少，该工艺代表了真空技术的另一个里程碑，为新的涡轮分子泵转子的设计提供了更大的灵活性。

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作者：深圳市科锐诗汀科技有限公司真空技术中心

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