一种磁悬浮分子泵动平衡方法技术

一种磁悬浮分子泵动平衡方法，在启动磁悬浮分子泵电机后，开启力控制不平衡振动控制模块，如果在力控制不平衡振动控制模块的控制下，转子上的不平衡质量使转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么力控制不平衡振动控制模块能抑制转子的同频振动，使转子转速能够很快超过其刚性临界转速，从而在较高速度下对磁悬浮分子泵的转子使用影响系数法进行动平衡操作。本发明专利技术提出的动平衡方法，可直接在高速下对磁悬浮分子泵转子进行动平衡操作，步骤简单、效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及真空获得设备
，特别是。
技术介绍
分子泵是一种真空泵，它是利用高速旋转的转子叶轮把动量传递给气体分子，使之获得定向速度，从而使气体被压缩、并被驱向至排气口、再被前级泵抽走。磁悬浮分子泵是一种采用磁轴承(又称主动磁悬浮轴承)作为分子泵转子支承的分子泵，它利用磁轴承将转子稳定地悬浮在空中，使转子在高速工作过程中与定子之间没有机械接触，具有无机械磨损、能耗低、允许转速高、噪声低、寿命长、无需润滑等优点，目前磁悬浮分子泵广泛地应用于高真空度、高洁净度真空环境的获得等领域中。磁悬浮分子泵的内部结构如图1所示，所述磁悬浮分子泵的转子包括转子轴7和与所述转子轴7固定连接的叶轮1。所述叶轮1固定安装在所述转子轴7的上部；所述转子轴7上依此间隔地套设有第一径向磁轴承6、电机8和第二径向磁轴承9等装置，上述装置共同构成了所述磁悬浮分子泵的转子轴系。在磁悬浮分子泵装配完成后，由于转子各零件加工精度差异等问题，会造成转子上存在不平衡质量(不平衡质量，是指位于转子特定半径处的质量，该质量与向心加速度的乘积等于不平衡离心力。)，当不平衡质量远大于10毫克时，该不平衡质量将使转子的重心与轴心产生一个明显偏心矩，在转子旋转升速过程中，转子不平衡质量引起的离心惯性力会造成转子的横向机械振动(通常为径向振动)，影响系统正常工作。另外，磁悬浮分子泵转子的正常工作速度处于超过转子刚性临界转速的高速区，上述不平衡质量还会导致转子转速无法直接升高到其工作转速，不能正常工作。其中，转子刚性临界转速是指转子转动频率与转子轴承系统的刚性共振频率相等时所对应的转速；而超过刚性临界转速的高速区可称为超刚性临界转速区。现有技术中有一种能够抑制磁悬浮转子系统中转子等高速旋转的旋转体在升速、 降速过程中产生的不平衡振动的方法，称为“不平衡振动控制方法”。如中国期刊文献《磁悬浮轴承系统不平衡振动控制的方法》(张德魁，江伟，赵鸿宾，清华大学学报(自然科学版)2000年，第40卷，第10期)中介绍了两种不平衡振动控制方法一种是力自由控制 (force free control)，其基本思想是产生一个和转子位移/振动信号同相位、同幅度的补偿信号，用以抵消转子振动的同频信号，使控制器对同步振动信号不响应；另一种是开环前馈控制(open loop feed forward control)(或称为力控制)，其基本思想是提取转子振动信号的同频振动分量，然后由另外的前馈控制产生相应的控制信号，叠加到主控制器的控制信号中。而如中国专利文献CN101261496A中公开了一种磁悬浮飞轮高精度主动振动控制系统，包括位移传感器、电流传感器、磁轴承控制器和磁轴承功率放大器。其中磁轴承控制器包括稳定控制器、偏心估计、磁力补偿和作用开关。该专利在稳定控制的基础上，引入偏心估计和磁力补偿，利用飞轮不平衡振动参数，对飞轮整个转速范围内不平衡量和位移负刚度进行补偿，从而实现飞轮在整个转速范围内的不平衡振动控制，使飞轮在整个升、降速过程中都能够高精度地绕惯性主轴运转。再如中国专利文献CN101046692A中公开了一种磁悬浮反作用飞轮开环高精度不平衡振动控制系统，包括位移传感器、位移信号接口电路、 转速检测装置、磁轴承控制器、磁轴承功率放大驱动电路和飞轮位置鉴别装置。磁轴承控制器包括轴向磁轴承控制器和径向磁轴承控制器，径向磁轴承控制器由稳定控制器和不平衡振动控制器两部分组成，其中不平衡振动控制器对稳定控制器的位移反馈进行补偿。在稳定控制的基础上，引入不平衡振动控制，利用飞轮高速时识别的飞轮不平衡振动参数，并结合飞轮位置鉴别装置获得的飞轮转子当前位置，对飞轮整个转速范围进行开环高精度不平衡振动控制，从而实现飞轮在整个转速范围内的不平衡振动控制，使飞轮的在整个升、降速过程中都能够高精度运转。上述两篇专利文献即为“不平衡振动控制方法，，的具体应用，然而由于“不平衡振动控制方法”的调整控制力有限，只有在旋转体的不平衡质量在一定阈值范围内时才能抑制旋转体的不平衡振动，也就是说，“不平衡振动控制方法”不能彻底解决由于存在不平衡质量而引起的转子振动问题。所以，当转子存在较大不平衡质量时，不能利用“不平衡振动控制方法”来实现转子振动抑制、使转子转速直接超过刚性临界转速，到达其正常工作转速。因此，在磁悬浮分子泵装配完成之后必须对其转子进行动平衡操作，所谓“动平衡”是指存在不平衡质量的转子经过测量其不平衡质量大小和相位后，加以矫正、消除其不平衡质量，使转子在旋转时不致产生离心力的操作。现有技术中，通常采用动平衡机来对转子进行动平衡操作，其操作过程如下首先使转子在低速(即转子刚性临界转速以下的速度范围)下转动，并在低速下利用动平衡机对转子进行动平衡操作，然后对转子进行加重或去重的平衡加工，初步消除其不平衡质量， 然后多次重复上述步骤使转子转速能够突破转子刚性临界转速进入超刚性临界转速区，待转子转速进入超刚性临界转速区后，在高速下利用动平衡机再次对转子进行动平衡操作， 之后再对转子进行加重或去重的平衡加工。而且，为了精确去除不平衡质量，以上动平衡操作也通常要反复进行多次。磁悬浮分子泵转子的工作转速在超刚性临界转速区，我们所关注的是高速下转子的各项性能，所以低速下的动平衡效果是比较有限的，只有当转子转速超过并离开转子刚性临界转速一段距离后(进入超刚性临界转速区)，转子将近似围绕其质量中心旋转，此时进行动平衡，更加准确，可以获得更好的效果。而由于存在不平衡质量的转子无法直接升速到超刚性临界转速，也就无法直接在高速下进行动平衡，所以必须先在低速下动平衡使其逐渐升速到超刚性临界转速区，再重新进行高速下的动平衡，这就使得这种动平衡方法步骤繁琐、效率低下。另外，上述方法中采用的动平衡机是市售仪器，必须单独购置，才能对转子进行动平衡操作，这无疑会增加产品成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中磁悬浮分子泵的动平衡方法步骤繁琐、 效率很低，因此提供了一种可直接在高速下对磁悬浮分子泵的转子进行动平衡操作，步骤简单、效率高，且无需使用动平衡机，成本较低的磁悬浮分子泵动平衡方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点①本专利技术提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，在启动磁悬浮分子泵电机后，开启力控制不平衡振动控制模块，如果在力控制不平衡振动控制模块的控制下，转子上不平衡质量使转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2(即转子的不平衡质量要在一定阈值范围内)，那么力控制不平衡振动控制模块能抑制转子的同频振动使转子转速能够很快超过其刚性临界转速，直接在较高速度下对磁悬浮分子泵的转子进行动平衡操作， 简化了操作步骤，能快速、高效地进行动平衡操作，大大提高了动平衡的效率，且平衡效果良好。此外，本专利技术提供的磁悬浮分子泵的动平衡方法，无需额外使用动平衡仪，借助其本身自带的第一径向传感器和第二径向传感器来测量，简化了设备，降低了成本，提高了产品的使用价值。②本专利技术提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，利用控制器内置的动平衡模块即可完成对转子所需平衡质量及平衡质量加载相位的计算，不再需要动平衡机，节约成本。③本专利技术提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，所述两个平衡面设置在远离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种磁悬浮分子泵动平衡方法，其特征在于包括①启动所述磁悬浮分子泵的电机(8)开始升速，开启磁悬浮分子泵控制器O)中的力控制不平衡振动控制模块，由所述磁悬浮分子泵控制器( 控制位移检测装置(18)采集所述磁悬浮分子泵转子的径向位移信号，检测所述转子的径向振幅，如果在所述力控制不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上的不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述力控制不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，顺序执行步骤②；如果转子最大径向振幅超过保护间隙的1/2，则采用传统动平衡方法，首先进行低速动平衡，以保证在转子转速超过刚性临界转速过程中，转子径向振动始终不超过保护间隙的1/2 ；然后转子转速超过其刚性临界转速后，顺序执行步骤②。②所述电机(8)继续加速，由所述位移检测装置(18)检测所述转子的径向振动情况， 当所述转子的径向振动幅值超过预设非额定转速振动阈值时，停止所述电机(8)加速，使转子转速稳定在该转速= 0,1,2-)处；由所述磁悬浮分子泵控制器( 控制转速检测装置(19)检测此时的转速Qi ；判断转速Coi是否小于转子额定转速ωΕ，如果Coi小于 ω Ε则按顺序执行步骤③，否则执行步骤⑤；③在所述力控制不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为非额定转速的动平衡操作，采用影响系数法进行动平衡，在所述转速Qi下进行动平衡的具体步骤如下3a)所述转子上预先设置有两个平衡面，所述转子达到Qi后，所述磁悬浮分子泵控制器( 根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，记录此时第一径向传感器和第二径向传感器测得的初始不平衡矢量Vtl ；3b)关闭磁悬浮分子泵电机，将所述转子转速降速到0，在第一平衡面上加上试重Hi1，然后按照上述过程重新启动磁悬浮分子泵达到转速Qi,记录此时第一径向传感器和第二径向传感器测得的不平衡矢量为V1 ；3c)再次将所述转子转速降到0，移除添加的试重叫，在第二平衡面上加上试重m2，然后按照上述过程重新启动磁悬浮分子泵达到转速Qi，记录此时第一径向传感器和第二径向传感器测得的不平衡矢量为\；ScDM1和M2为对应所述两个不平衡面的初始不平衡质量，根据影响系数法计算影响系数矩阵T，即V0 = TtM1 M2]τ V1 = TD^m1 M2]τ V2 = TtM1 M2+m2]T根据上述矩阵方程组获得影响系数矩阵T，代入第一个矩阵方程，获得初始不平衡质量矩阵[Ml Μ2]τ = Τ、。；3e)将所述转子转速降到0，在所述两个不平衡面上分别根据步骤3d)中计算所得的相应初始不平衡质量进行加重或去重的动平衡操作；3f)再次重新启动所述磁悬浮分子泵，当所述转子转速达到Qi时，检测转子的振动量是否小于预设非额定转速振动阈值，如果小于所述预设非额定转速振动阈值，则该转速下动平衡完成，进行下一步；否则，重复步骤3a)_3f)直至转子转速达到Oi时，检测到的转子的振动量小于预设非额定转速阈值，然后按顺序执行步骤④；④令i= i+Ι，重复步骤②；⑤在所述力控制不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为额定转速动平衡操作，使转子转速从零升至ωΕ过程中，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剀，武涵，李奇志，张小章，邹蒙，
申请(专利权)人：北京中科科仪技术发展有限责任公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：