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如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!
2022-06-22  阅读

来源:iVacuum真空聚焦

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  【康沃真空网】随着涡轮分子应用领域的扩展和数控加工技术的发展,转子结构设计与加工工艺变得越来越重要。应用领域的细化带来的个性化分子泵设计将逐渐成为一种趋势,这对涡轮分子泵设计提出了更高的要求。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

  如今,在涡轮分子泵主要性能指标(极限压力,抽速,气流量,压缩比等)不断提高的前提下,许多科学应用及工业流程越来越关注其次要性能(外形尺寸、紧凑性、防辐射性能、声振粗糙度等)的表现。

  其中声振粗糙度无疑是应用领域衡量分子泵次要性能的重要指标。那么如何减少涡轮分子泵的振动以及产生的噪音呢?本期我们一起来探讨下。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

涡轮分子泵结构图 来源:普发真空

  想要减少减少涡轮分子泵的振动与噪音,首先要找出振动来源。涡轮分子泵的振动来源分别是轴承和转子,其中球轴承因为有限数量的滚珠设计,使得机械噪音不可避免。而多数情况下,涡轮分子泵的振动是由转子不平衡造成的。

  转子不平衡 

  那么什么是转子不平衡?这是一种由于没有离心力的补偿,振动力和运动传导至轴承上的现象。

  我们都知道涡轮分子泵转子叶片在工作时旋转非常快,过度的不平衡就会有较高的离心力,进而使整体产生位移。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

转子不平衡主要原因

  转子不平衡会带来额外的轴承负载,导致轴承的磨损与损坏。并且还会让泵壳和其他仪器组件的振动增加,产生噪音。严重情况下转子在高转速下将无法运行,造成转子与泵体的损坏。

  正因为转子不平衡带来了诸多问题,所以精准的平衡对于涡轮分子泵的性能来说是关键参数。这就要求真空设备制造商在组装分子泵之前,对于每个转子通过动平衡进行补偿,已达到产品要求。而其中转子动平衡技术,也成为涡轮分子泵等真空产品的核心竞争力。

  转子动平衡技术 

  其实每个转子在被铸造加工出来后,都会有不平衡状态。真空设备制造商需要通过动平衡装置对转子进行平衡测试,达到要求后成为合格的转子,组装在涡轮分子泵内。具体流程如下:

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

  以上提到的转子动平衡技术通过安装配重达到补偿,属于正向质量补偿。除此之外,还有一种通过移除材料达到平衡的反向质量补偿法,就是激光动平衡技术。

  激光动平衡是由德国普发真空研发的专利技术,它与普通动平衡技术的步骤相同,主要差别在于对不平衡的补偿。激光动平衡技术利用高能脉冲激光烧蚀法,通过局部加热导致材料的气化或者升华,将不平衡的位置进行质量移除。

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普发真空激光动平衡测试装置

  与普通的动平衡技术相比,激光动平衡技术拥有更多的优势:

  l 激光烧蚀相比于传统的钻孔与打磨,对质量补偿有更精准的定位;

  l 对材料性能没有影响;

  l 拥有镜像系统,可以对不同动平衡平面进行质量纠正,使转子拥有更大柔性;

  l 移除平衡孔和动平衡配重块,整个过程全自动化,提高转子动平衡效率。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

激光动平衡与传统动平衡相比,不平衡公差减小50%

  通过激光动平衡技术的使用,普发真空已经把涡轮分子泵转子动平衡综合水平提升20%以上。此项技术已经应用于普发HiPace 80 Neo涡轮分子泵上,其转子拥有更低的离心力,增加了分子泵的使用寿命,更好的降低了振动与噪音的产生,同时降低了分子泵对实验与仪器的影响。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

HiPace 80 Neo

  低振幅的重要性 

  涡轮分子泵的众多应用领域对于泵体的振动和不平衡都有相应要求。在质谱分析与电子显微镜领域,涡轮分子泵的振动与噪音成为影响最终分析结果的重要因素。

  以电子显微镜为例,除了需要高真空度之外,真空泵工作时的振动水平也非常关键。由于电子显微镜中电子束的截面小,在样品上的定位精度很高,只有处于振动水平极低的环境中,才能保持这种精度。集成了具备激光平衡技术的涡轮分子泵之后,其振动变得更低,使电子显微镜能够获得更高分辨率的图像。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

  振动对扫描电子显微镜的影响:通过对比扫描电子显微镜对石墨表面晶簇的检测,左图为高真空法兰处振幅20nm的成像情况,右图为高真空法兰处振幅5nm的成像情况,可以看出右图比左图更加清晰,更低的振幅可以得到更清晰的图像质量。

  涡轮分子泵使用的注意事项 

  涡轮分子泵的振动与噪音不仅与制造技术有关,更重要的是后期的使用与保养。作为精密机械设备,涡轮分子泵的高加工精度和装配工艺使得在使用时也有较高的要求。下面这些使用的注意事项,大家更要关注。

  ● 防止大的机械振动和冲击,例如,对真空泵的前级管路加以支承或悬挂,以保证来自管路系统的作用力无法传递到分子泵上。

  ● 防止大气载荷冲击。

  ● 由于泵体旋转时本身会有高频振动,要避免设备共振问题。

  ● 连接涡轮分子泵进气口与真空腔体的管路要尽可能短,以提高抽气效率和连接刚度。

  ● 防止粉尘及大颗粒物被抽入分子泵内,对设备造成永久性伤害。

  ● 防止强磁场电场干扰,以免干扰或损坏涡轮分子泵电动机。

  ● 防止长时间工作在大气载荷下,以免转子过热,影响使用。

  ● 禁止在分子泵运转过程中或转速未降为零时随意移动分子泵。

  ● 至少每4年更换一次润滑用的油棉,更换油棉流程如下:

  ① 关闭分子泵,待其停稳后,放气至大气;

  ② 将真空泵从真空系统上拆下,用原有洁净的防护盖密封法兰开口;

  ③ 反转分子泵使高真空法兰朝下;

  ④ 先将内六角螺栓(x3)从后盖中拧出,取下后盖及O形圈;

  ⑤ 从轴承架中取出油棉并用镊子将多孔塑料棒夹出;

  ⑥ 用清洁、不起球的抹布去除分子泵和后盖上的污浊物,严禁使用任何清洁剂;

  ⑦ 将多孔塑料棒放入原位;

  ⑧ 将新的油棉插入轴承架,注意毛毡面朝向喷射螺母;

  ⑨ 将O形圈及后盖装好。

如何减少涡轮分子泵的振动和噪音?真空泵转子动平衡的重要性!

1-后盖;2-多孔塑料棒;3-内六角螺栓;4-油棉;5-喷射螺母;6-O形圈

  ● 如果分子泵使用时负载较大或系统较脏,应根据油的颜色变化,缩短更换润滑油的时间。

  ● 更换润滑油时,不可用有机溶剂进行清洗,清水冲洗、晾干后注入新润滑油即可。

  ● 建议在运转45000~100000h后,更换分子泵涡轮转子。

  ● 分子泵停机时,一定要遵循系统先开后关的原则,待分子泵停稳后再关闭粗/低真空泵。

  ● 分子泵停机时,请用高压气体对水冷部分进行吹扫,避免由于冷却水残留而腐蚀泵体;对于连续使用的分子泵,请按月清理冷却水路,方法为打开出水口水管,直接用冷却水冲洗水路即可。

  ● 分子泵转子材料为铝合金,使用温度有一定限制,因此当由于工艺问题出现高温时,需要安装合适的隔热装置。

  ● 最后,要定期对分子泵进行巡检,对泵体温度、噪声、振动等方面进行检查,及时发现设备故障,对于接近或达到保养周期的分子泵及时与厂家取得联系。