一種磁懸浮分子泵動平衡方法
2023-05-01 18:21:26
專利名稱：一種磁懸浮分子泵動平衡方法
技術領域：
本發明涉及真空獲得設備技術領域，特別是一種磁懸浮分子泵動平衡方法。
背景技術：
分子泵是一種真空泵，它是利用高速旋轉的轉子葉輪把動量傳遞給氣體分子，使之獲得定向速度，從而使氣體被壓縮、並被驅向至排氣口、再被前級泵抽走。磁懸浮分子泵是一種採用磁軸承(又稱主動磁懸浮軸承)作為分子泵轉子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉子穩定地懸浮在空中，使轉子在高速工作過程中與定子之間沒有機械接觸，具有無機械磨損、能耗低、允許轉速高、噪聲低、壽命長、無需潤滑等優點，目前磁懸浮分子泵廣泛地應用於高真空度、高潔淨度真空環境的獲得等領域中。磁懸浮分子泵的內部結構如圖1所示，所述磁懸浮分子泵的轉子包括轉子軸7和與所述轉子軸7固定連接的葉輪1。所述葉輪1固定安裝在所述轉子軸7的上部；所述轉子軸7上依此間隔地套設有第一徑向磁軸承6、電機8和第二徑向磁軸承9等裝置，上述裝置共同構成了所述磁懸浮分子泵的轉子軸系。在磁懸浮分子泵裝配完成後，由於轉子各零件加工精度差異等問題，會造成轉子上存在不平衡質量(不平衡質量，是指位於轉子特定半徑處的質量，該質量與向心加速度的乘積等於不平衡離心力。)，當不平衡質量遠大於10毫克時，該不平衡質量將使轉子的重心與軸心產生一個明顯偏心矩，在轉子旋轉升速過程中，轉子不平衡質量引起的離心慣性力會造成轉子的橫向機械振動(通常為徑向振動)，影響系統正常工作。另外，磁懸浮分子泵轉子的正常工作速度處於超過轉子剛性臨界轉速的高速區，上述不平衡質量還會導致轉子轉速無法直接升高到其工作轉速，不能正常工作。其中，轉子剛性臨界轉速是指轉子轉動頻率與轉子軸承系統的剛性共振頻率相等時所對應的轉速；而超過剛性臨界轉速的高速區可稱為超剛性臨界轉速區。現有技術中有一種能夠抑制磁懸浮轉子系統中轉子等高速旋轉的旋轉體在升速、 降速過程中產生的不平衡振動的方法，稱為「不平衡振動控制方法」。如中國期刊文獻《磁懸浮軸承系統不平衡振動控制的方法》(張德魁，江偉，趙鴻賓，清華大學學報(自然科學版)2000年，第40卷，第10期)中介紹了兩種不平衡振動控制方法一種是力自由控制 (force free control)，其基本思想是產生一個和轉子位移/振動信號同相位、同幅度的補償信號，用以抵消轉子振動的同頻信號，使控制器對同步振動信號不響應；另一種是開環前饋控制(open loop feed forward control)(或稱為力控制)，其基本思想是提取轉子振動信號的同頻振動分量，然後由另外的前饋控制產生相應的控制信號，疊加到主控制器的控制信號中。而如中國專利文獻CN101261496A中公開了一種磁懸浮飛輪高精度主動振動控制系統，包括位移傳感器、電流傳感器、磁軸承控制器和磁軸承功率放大器。其中磁軸承控制器包括穩定控制器、偏心估計、磁力補償和作用開關。該專利在穩定控制的基礎上，引入偏心估計和磁力補償，利用飛輪不平衡振動參數，對飛輪整個轉速範圍內不平衡量和位移負剛度進行補償，從而實現飛輪在整個轉速範圍內的不平衡振動控制，使飛輪在整個升、降速過程中都能夠高精度地繞慣性主軸運轉。再如中國專利文獻CN101046692A中公開了一種磁懸浮反作用飛輪開環高精度不平衡振動控制系統，包括位移傳感器、位移信號接口電路、 轉速檢測裝置、磁軸承控制器、磁軸承功率放大驅動電路和飛輪位置鑑別裝置。磁軸承控制器包括軸向磁軸承控制器和徑向磁軸承控制器，徑向磁軸承控制器由穩定控制器和不平衡振動控制器兩部分組成，其中不平衡振動控制器對穩定控制器的位移反饋進行補償。在穩定控制的基礎上，引入不平衡振動控制，利用飛輪高速時識別的飛輪不平衡振動參數，並結合飛輪位置鑑別裝置獲得的飛輪轉子當前位置，對飛輪整個轉速範圍進行開環高精度不平衡振動控制，從而實現飛輪在整個轉速範圍內的不平衡振動控制，使飛輪的在整個升、降速過程中都能夠高精度運轉。上述兩篇專利文獻即為「不平衡振動控制方法，，的具體應用，然而由於「不平衡振動控制方法」的調整控制力有限，只有在旋轉體的不平衡質量在一定閾值範圍內時才能抑制旋轉體的不平衡振動，也就是說，「不平衡振動控制方法」不能徹底解決由於存在不平衡質量而引起的轉子振動問題。所以，當轉子存在較大不平衡質量時，不能利用「不平衡振動控制方法」來實現轉子振動抑制、使轉子轉速直接超過剛性臨界轉速，到達其正常工作轉速。因此，在磁懸浮分子泵裝配完成之後必須對其轉子進行動平衡操作，所謂「動平衡」是指存在不平衡質量的轉子經過測量其不平衡質量大小和相位後，加以矯正、消除其不平衡質量，使轉子在旋轉時不致產生離心力的操作。現有技術中，通常採用動平衡機來對轉子進行動平衡操作，其操作過程如下首先使轉子在低速(即轉子剛性臨界轉速以下的速度範圍)下轉動，並在低速下利用動平衡機對轉子進行動平衡操作，然後對轉子進行加重或去重的平衡加工，初步消除其不平衡質量， 然後多次重複上述步驟使轉子轉速能夠突破轉子剛性臨界轉速進入超剛性臨界轉速區，待轉子轉速進入超剛性臨界轉速區後，在高速下利用動平衡機再次對轉子進行動平衡操作， 之後再對轉子進行加重或去重的平衡加工。而且，為了精確去除不平衡質量，以上動平衡操作也通常要反覆進行多次。磁懸浮分子泵轉子的工作轉速在超剛性臨界轉速區，我們所關注的是高速下轉子的各項性能，所以低速下的動平衡效果是比較有限的，只有當轉子轉速超過並離開轉子剛性臨界轉速一段距離後(進入超剛性臨界轉速區)，轉子將近似圍繞其質量中心旋轉，此時進行動平衡，更加準確，可以獲得更好的效果。而由於存在不平衡質量的轉子無法直接升速到超剛性臨界轉速，也就無法直接在高速下進行動平衡，所以必須先在低速下動平衡使其逐漸升速到超剛性臨界轉速區，再重新進行高速下的動平衡，這就使得這種動平衡方法步驟繁瑣、效率低下。另外，上述方法中採用的動平衡機是市售儀器，必須單獨購置，才能對轉子進行動平衡操作，這無疑會增加產品成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術中磁懸浮分子泵的動平衡方法步驟繁瑣、 效率很低，因此提供了一種可直接在高速下對磁懸浮分子泵的轉子進行動平衡操作，步驟簡單、效率高，且無需使用動平衡機，成本較低的磁懸浮分子泵動平衡方法。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點①本發明提供的磁懸浮分子泵動平衡方法，在啟動磁懸浮分子泵電機後，開啟力控制不平衡振動控制模塊，如果在力控制不平衡振動控制模塊的控制下，轉子上不平衡質量使轉子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護間隙的1/2(即轉子的不平衡質量要在一定閾值範圍內)，那麼力控制不平衡振動控制模塊能抑制轉子的同頻振動使轉子轉速能夠很快超過其剛性臨界轉速，直接在較高速度下對磁懸浮分子泵的轉子進行動平衡操作， 簡化了操作步驟，能快速、高效地進行動平衡操作，大大提高了動平衡的效率，且平衡效果良好。此外，本發明提供的磁懸浮分子泵的動平衡方法，無需額外使用動平衡儀，藉助其本身自帶的第一徑向傳感器和第二徑向傳感器來測量，簡化了設備，降低了成本，提高了產品的使用價值。②本發明提供的磁懸浮分子泵動平衡方法，利用控制器內置的動平衡模塊即可完成對轉子所需平衡質量及平衡質量加載相位的計算，不再需要動平衡機，節約成本。③本發明提供的磁懸浮分子泵動平衡方法，所述兩個平衡面設置在遠離轉子中心、靠近兩端的位置，這樣當添加補償矢量時，可以產生較大的力矩，提高平衡效率。④本發明提供的磁懸浮分子泵動平衡方法，其中預設非額定轉速振動閾值為 40 μ m,該值能夠滿足非額定轉速下轉子徑向振幅的振動情況要求，使轉子能夠比較平穩地升速，直至達到額定轉速。其中預設額定轉速振動閾值為0. 1 μ m，預設不平衡質量為10mg， 以上兩個數值標準能夠確保轉子在額定轉速下，平穩運轉，保證磁懸浮分子泵的穩定運行。
為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中圖1是本發明中磁懸浮分子泵結構示意圖；圖2是本發明中力控制不平衡振動控制算法原理圖；圖3是本發明中動平衡方法流程圖；圖4是本發明中採用影響係數法進行動平衡的流程圖。圖中附圖標記表示為1-葉輪，2-磁懸浮分子泵控制器，3-泵體，4-第一徑向保護軸承，5-第一徑向傳感器，6-第一徑向磁軸承，7-轉子軸，8-電機，9-第二徑向磁軸承， 10-第二徑向傳感器，11-第二徑向保護軸承，12-軸向保護軸承，13-第一軸向磁軸承， 14-推力盤，15-第二軸向磁軸承，16-軸向傳感器，17-接線端子，18-位移檢測裝置，19-轉速檢測裝置。
具體實施例方式如圖1所示，是本發明所涉及的磁懸浮分子泵結構示意圖，本實施例中所述磁懸浮分子泵豎直設置，所述磁懸浮分子泵包括泵體3、設置在所述泵體3內的轉子軸系、以及現有技術中所述磁懸浮分子泵應當具有的其他結構。所述轉子軸系包括轉子、第一徑向磁軸承6、第二徑向磁軸承9、第一軸向磁軸承 13和第二軸向磁軸承15 ；所述轉子包括轉子軸7、與所述轉子軸7固定的葉輪1、以及用於固定所述葉輪1的裝配部件，如螺釘、螺母等。所述轉子軸7的軸線沿豎直方向設置，所述葉輪1固定設置在所述轉子軸7的上部。所述轉子軸7的下部設置有所述第一軸向磁軸承13、所述第二軸向磁軸承15、推力盤 14以及軸向保護軸承12和用於檢測所述轉子軸向位移信號的軸向傳感器16。所述轉子軸 7上依此間隔地套設有第一徑向保護軸承4、第一徑向傳感器5、第一徑向磁軸承6、電機8、 第二徑向磁軸承9、第二徑向傳感器10和第二徑向保護軸承11等裝置。所述第一徑向保護軸承4和所述第二徑向保護軸承11同軸，且徑向尺寸相同。所述第一徑向磁軸承6包括第一徑向磁軸承定子和第一徑向磁軸承轉子，所述第一徑向磁軸承定子與所述泵體3固定連接，所述第一徑向磁軸承轉子與所述轉子軸7固定連接；所述第一徑向傳感器5用於檢測在所述第一徑向傳感器5處所述轉子的徑向位移信號。所述第二徑向磁軸承9包括第二徑向磁軸承定子和第二徑向磁軸承轉子，所述第二徑向磁軸承定子與所述泵體3固定連接，所述第二徑向磁軸承轉子與所述轉子軸7固定連接；所述第二徑向傳感器10用於檢測在所述第二徑向傳感器10處所述轉子的徑向位移信號。所述轉子軸7由所述第一徑向磁軸承6、 所述第二徑向磁軸承9、所述第一軸向磁軸承13和所述第二軸向磁軸承15支承。所述磁懸浮分子泵的控制系統包括位移檢測裝置18、轉速檢測裝置19和磁懸浮分子泵控制器2 ；所述位移檢測裝置18用於接收位移信號，其信號輸入端與所述第一徑向傳感器5、所述第二徑向傳感器10和所述軸向傳感器16的信號輸出端連接，所述位移檢測裝置18的信號輸出端與所述磁懸浮分子泵控制器2的信號輸入端連接；所述轉速檢測裝置 19用於檢測轉子轉速信號，其信號輸入端通過所述磁懸浮分子泵的接線端子17連接到轉速檢測傳感器，所述轉速檢測裝置19的信號輸出端與所述磁懸浮分子泵控制器2的信號輸入端連接。所述磁懸浮分子泵控制器2內置各種控制算法模塊，所述磁懸浮分子泵控制器2 可根據所述位移檢測裝置18獲得的位移信號，調用合適的控制算法進行分析運算，最終驅動相應的磁軸承(所述第一徑向磁軸承6、所述第二徑向磁軸承9、所述第一軸向磁軸承13 和所述第二軸向磁軸承15中的一個或多個)輸出電磁力對所述轉子的運動施加控制。所述磁懸浮分子泵控制器2還可根據所述轉速檢測裝置19獲得的轉速信號，對所述轉子的轉動實時監控，並根據需要調整轉子轉速。所述磁懸浮分子泵控制器2中還內置有力控制不平衡振動控制模塊和動平衡模塊。本實施例中，所述力控制不平衡振動控制模塊採用力控制不平衡振動控制算法通過產生與轉子同頻激振力反相的控制力，達到抑制所述轉子的同頻振動的效果。力控制不平衡振動控制算法可基本消除位移信號中的同頻成分，抑制所述轉子的同頻振動，使所述轉子圍繞幾何中心旋轉，如圖2所示。該方法需要控制器控制功率放大器提供轉子同頻控制電流，適用於功率放大器和磁軸承輸出能力足夠大的情況。所述動平衡模塊用於計算出所述轉子所需的平衡質量及平衡質量的加載相位，在本實施例中，所述動平衡模塊採用剛性轉子平衡所用的影響係數法來獲取轉子的不平衡質量。在所述磁懸浮分子泵加工裝配完成後，需要對所述磁懸浮分子泵進行動平衡操作，去除所述轉子的不平衡質量。本實施例中，所述轉子的剛性臨界轉速和額定轉速《,已知，如圖3所示，所述動平衡方法包括 ①啟動所述電機8開始升速，開啟所述磁懸浮分子泵控制器2中的所述力控制不平衡振動控制模塊，本實施例中所述力控制不平衡振動控制模塊採用力控制不平衡振動控制算法。由所述磁懸浮分子泵控制器2控制所述位移檢測裝置18採集所述磁懸浮分子泵轉子的徑向位移信號，檢測所述轉子的徑向振幅，在本實施例中所述位移檢測裝置18通過所述第一徑向傳感器5和所述第二徑向傳感器10採集所述轉子的徑向振幅。如果在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，所述轉子上不平衡質量使所述轉子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護間隙的1/2，那麼所述力控制不平衡振動控制模塊能夠抑制所述轉子的同頻振動，使轉子轉速超過其剛性臨界轉速，順序執行步驟②。如果轉子最大徑向振幅超過保護間隙的1/2，則採用傳統動平衡方法，首先進行低速動平衡，以保證在轉子轉速超過剛性臨界轉速過程中，轉子徑向振動始終不超過保護間隙的1/2 ；然後轉子轉速超過其剛性臨界轉速後，順序執行步驟②。②所述電機8繼續加速，由所述位移檢測裝置18檢測所述轉子的徑向振動情況， 當所述轉子的徑向振動幅值超過預設非額定轉速振動閾值時，停止所述電機8加速，使轉
子轉速穩定在該轉速CoiG = 0，1，2......)處。所述預設非額定轉速振動閾值的範圍是，在本實施例中，所述預設非額定轉速振動閾值為40 μ m。由所述磁懸浮分子泵控制器2控制轉速檢測裝置19檢測此時轉子轉速Oi，在本實施例中所述轉速檢測裝置 19通過轉速檢測傳感器採集轉子轉速。判斷轉速ω 1是否小於轉子額定轉速ωΕ，如果Coi 小於ω Ε則按順序執行步驟③，否則執行步驟⑤。③在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，進行轉子轉速為非額定轉速的動平衡操作，採用影響係數法進行動平衡，在所述轉速Qi下進行動平衡的具體步驟如下，見圖4所示3a)所述轉子上預先設置有兩個平衡面，分別設置在遠離轉子中心、靠近轉子兩端的上部和下部。所述轉子達到ω 1後，所述磁懸浮分子泵控制器( 根據此時所述轉子的徑向振幅和轉速，調用動平衡模塊，記錄此時第一徑向傳感器和第二徑向傳感器測得的初始不平衡矢量\；3b)關閉磁懸浮分子泵電機，將所述轉子轉速降速到0，在第一平衡面上加上試重 Hl1，然後按照上述過程重新啟動磁懸浮分子泵達到轉速Oi，記錄此時第一徑向傳感器和第二徑向傳感器測得的不平衡矢量為V1 ；3c)再次將所述轉子轉速降到0，移除添加的試重叫，在第二平衡面上加上試重m2， 然後按照上述過程重新啟動磁懸浮分子泵達到轉速Qi，記錄此時第一徑向傳感器和第二徑向傳感器測得的不平衡矢量為\；ScDM1和M2為對應所述兩個不平衡面的初始不平衡質量，根據影響係數法計算影響係數矩陣T，即V0 = TtM1 M2JtV1 = T [M1+Iii1 M2JtV2 = TtM1 M2+m2]T根據上述矩陣方程組獲得影響係數矩陣T，代入第一個矩陣方程，獲得初始不平衡質量矩陣[Ml Μ2]τ = Τ、；3e)將所述轉子轉速降到0，在所述兩個不平衡面上分別根據步驟3d)中計算所得的相應初始不平衡質量進行加重或去重的動平衡操作；
3f)再次重新啟動所述磁懸浮分子泵，當所述轉子轉速達到Qi時，檢測轉子的振動量是否小於預設非額定轉速振動振幅，如果小於所述預設非額定轉速振動振幅，則該轉速下動平衡完成，進行下一步，否則，重複步驟3a) -3f)，直至轉子轉速達到ω,時，檢測到的轉子的振動量小於預設非額定轉速振動振幅，然後按順序執行步驟④；。④i = i+Ι，重複步驟②。⑤在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，進行轉子轉速為額定轉速動平衡操作，使轉子轉速從零升至ωΕ過程中，所述轉子的徑向振動幅值都小於預設非額定轉速振動閾值；並且使轉子轉速為ωΕ時，所述轉子的徑向振動幅值小於預設額定轉速振動閾值且所述轉子殘餘的不平衡質量小於預設不平衡質量，至此整個動平衡過程完成。所述預設額定轉速振動閾值範圍是
，所述預設不平衡質量為[5mg，12mg]，在本實施例中，所述預設額定轉速振動閾值為0. 1 μ m，所述預設不平衡質量為10mg。具體步驟包括A.如果…> ω ,則啟動所述電機⑶進行減速將轉子轉速調整為ω Ε，否則將轉子轉速保持在ωΕ;B.所述磁懸浮分子泵控制器(2)根據此時所述轉子的徑向振幅和轉速，調用動平衡模塊，依據影響係數法進行轉子動平衡，使用如步驟③中(3a)_(3e)的影響係數法進行動平衡，進行轉子在轉速ω E下的動平衡，獲得所述轉子所需的平衡質量及平衡質量的加載相位，關閉所述電機(8)，使轉子轉速降到零，之後按順序執行步驟C ；C.根據計算獲得的所需平衡質量及平衡質量的加載相位，對所述轉子進行平衡加工，之後按順序執行步驟D ；D.啟動所述電機(8)，開啟所述力控制不平衡振動控制模塊，由所述位移檢測裝置(18)檢測所述轉子的徑向振幅，如果在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，所述轉子上不平衡質量使所述轉子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護間隙的1/2，那麼所述力控制不平衡振動控制模塊能夠抑制所述轉子的同頻振動，使轉子轉速超過其剛性臨界轉速，按順序執行步驟E ；E.所述電機⑶繼續加速，檢測轉子轉速升速至《,過程中所述轉子的徑向振幅， 如果所述轉子的徑向振幅都小於預設非額定轉速振動閾值，則按順序執行步驟F ；如果發現所述轉子的徑向振幅大於或等於預設非額定轉速振動閾值，則停止所述電機(8)加速， 重複執行所述步驟B;F.啟動所述電機⑶繼續升速至ωΕ，停止所述電機⑶加速，使轉速穩定在該轉速ω Ε處，之後按順序執行步驟G ；G.檢測此時所述轉子的徑向振幅，a.如果所述轉子的徑向振幅小於預設額定轉速振動閾值，則所述磁懸浮分子泵控制器( 根據此時所述轉子的徑向振幅和轉速，調用動平衡模塊，依據影響係數法進行轉子動平衡，獲得所述轉子所需的平衡質量及平衡質量的加載相位，關閉所述電機(8)，使轉子轉速降到零；i.如果所述轉子殘餘的不平衡質量小於預設不平衡質量，則整個動平衡過程完成；ii.否則執行所述步驟C ；b.如果所述轉子的徑向振幅大於或等於預設額定轉速振動閾值，則重複執行所述步驟B。在其他實施例中，在所述步驟①之前還包括根據所述磁懸浮分子泵的動力學仿真計算和實驗得到轉子剛性臨界轉速和額定轉速ωΕ的步驟，所述動力學仿真計算和實驗採用現有技術中已知的計算和實驗方法。在其他實施例中，根據不同情況，所述預設非額定轉速振動閾值還可選取為 20 μ m、25 μ m、30 μ m或35 μ m等，所述預設額定轉速振動閾值還可選取為0. 05 μ m、0. 07 μ m 或0. 09 μ m等，所述預設不平衡質量還可選取為5mg、8mg或12mg等，同樣能夠實現本發明的目的。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。 對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
權利要求
1. 一種磁懸浮分子泵動平衡方法，其特徵在於包括①啟動所述磁懸浮分子泵的電機(8)開始升速，開啟磁懸浮分子泵控制器O)中的力控制不平衡振動控制模塊，由所述磁懸浮分子泵控制器( 控制位移檢測裝置(18)採集所述磁懸浮分子泵轉子的徑向位移信號，檢測所述轉子的徑向振幅，如果在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，所述轉子上的不平衡質量使所述轉子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護間隙的1/2，那麼所述力控制不平衡振動控制模塊能夠抑制所述轉子的同頻振動，使轉子轉速超過其剛性臨界轉速，順序執行步驟②；如果轉子最大徑向振幅超過保護間隙的1/2，則採用傳統動平衡方法，首先進行低速動平衡，以保證在轉子轉速超過剛性臨界轉速過程中，轉子徑向振動始終不超過保護間隙的1/2 ；然後轉子轉速超過其剛性臨界轉速後，順序執行步驟②。②所述電機(8)繼續加速，由所述位移檢測裝置(18)檢測所述轉子的徑向振動情況， 當所述轉子的徑向振動幅值超過預設非額定轉速振動閾值時，停止所述電機(8)加速，使轉子轉速穩定在該轉速= 0,1,2-)處；由所述磁懸浮分子泵控制器( 控制轉速檢測裝置(19)檢測此時的轉速Qi ；判斷轉速Coi是否小於轉子額定轉速ωΕ，如果Coi小於 ω Ε則按順序執行步驟③，否則執行步驟⑤；③在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，進行轉子轉速為非額定轉速的動平衡操作，採用影響係數法進行動平衡，在所述轉速Qi下進行動平衡的具體步驟如下3a)所述轉子上預先設置有兩個平衡面，所述轉子達到Qi後，所述磁懸浮分子泵控制器( 根據此時所述轉子的徑向振幅和轉速，調用動平衡模塊，記錄此時第一徑向傳感器和第二徑向傳感器測得的初始不平衡矢量Vtl ；3b)關閉磁懸浮分子泵電機，將所述轉子轉速降速到0，在第一平衡面上加上試重Hi1，然後按照上述過程重新啟動磁懸浮分子泵達到轉速Qi,記錄此時第一徑向傳感器和第二徑向傳感器測得的不平衡矢量為V1 ；3c)再次將所述轉子轉速降到0，移除添加的試重叫，在第二平衡面上加上試重m2，然後按照上述過程重新啟動磁懸浮分子泵達到轉速Qi，記錄此時第一徑向傳感器和第二徑向傳感器測得的不平衡矢量為\；ScDM1和M2為對應所述兩個不平衡面的初始不平衡質量，根據影響係數法計算影響係數矩陣T，即V0 = TtM1 M2]τ V1 = TD^m1 M2]τ V2 = TtM1 M2+m2]T根據上述矩陣方程組獲得影響係數矩陣T，代入第一個矩陣方程，獲得初始不平衡質量矩陣[Ml Μ2]τ = Τ、。；3e)將所述轉子轉速降到0，在所述兩個不平衡面上分別根據步驟3d)中計算所得的相應初始不平衡質量進行加重或去重的動平衡操作；3f)再次重新啟動所述磁懸浮分子泵，當所述轉子轉速達到Qi時，檢測轉子的振動量是否小於預設非額定轉速振動閾值，如果小於所述預設非額定轉速振動閾值，則該轉速下動平衡完成，進行下一步；否則，重複步驟3a)_3f)直至轉子轉速達到Oi時，檢測到的轉子的振動量小於預設非額定轉速閾值，然後按順序執行步驟④；④令i= i+Ι，重複步驟②；⑤在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，進行轉子轉速為額定轉速動平衡操作，使轉子轉速從零升至ωΕ過程中，所述轉子的徑向振動幅值都小於預設非額定轉速振動閾值；並且使轉子轉速為ωΕ時，所述轉子的徑向振動幅值小於預設額定轉速振動閾值且所述轉子殘餘的不平衡質量小於預設不平衡質量，至此整個動平衡過程完成。
2.根據權利要求1所述的動平衡方法，其特徵在於所述步驟⑤具體為Α.如果…> ω ,則啟動所述電機⑶進行減速將轉子轉速調整為ω Ε，否則將轉子轉速保持在ωΕ;B.所述磁懸浮分子泵控制器( 根據此時所述轉子的徑向振幅和轉速，調用動平衡模塊，依據影響係數法進行轉子動平衡，根據步驟(3a)_(3e)進行轉子轉速在《,下的動平衡，獲得所述轉子所需的平衡質量及平衡質量的加載相位，關閉所述電機(8)，使轉子轉速降到零，之後按順序執行步驟C ；C.根據計算獲得的所需平衡質量及平衡質量的加載相位，對所述轉子進行平衡加工， 之後按順序執行步驟D ；D.啟動所述電機(8)，開啟所述力控制不平衡振動控制模塊，由所述位移檢測裝置 (18)檢測所述轉子的徑向振幅，如果在所述力控制不平衡振動控制模塊的控制下，所述轉子上不平衡質量使所述轉子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護間隙的1/2，那麼所述力控制不平衡振動控制模塊能夠抑制所述轉子的同頻振動，使轉子轉速超過其剛性臨界轉速，按順序執行步驟E ；E.所述電機⑶繼續加速，檢測轉子轉速升速至ωE過程中所述轉子的徑向振幅，如果所述轉子的徑向振幅都小於預設非額定轉速振動閾值，則按順序執行步驟F ；如果發現所述轉子的徑向振幅大於或等於預設非額定轉速振動閾值，則停止所述電機(8)加速，重複執行所述步驟B;F.啟動所述電機(8)繼續升速至ωΕ，停止所述電機(8)加速，使轉速穩定在該轉速ωΕ 處，之後按順序執行步驟G ；G.檢測此時所述轉子的徑向振幅，a.如果所述轉子的徑向振幅小於預設額定轉速振動閾值，則所述磁懸浮分子泵控制器 (2)根據此時所述轉子的徑向振幅和轉速，調用動平衡模塊，依據影響係數法進行轉子動平衡，獲得所述轉子所需的平衡質量及平衡質量的加載相位，關閉所述電機(8)，使轉子轉速降到零；i.如果所述轉子殘餘的不平衡質量小於預設不平衡質量，則整個動平衡過程完成； .否則執行所述步驟C;b.如果所述轉子的徑向振幅大於或等於預設額定轉速振動閾值，則重複執行所述步驟B0
3.根據權利要求1或2所述的動平衡方法，其特徵在於所述兩個平衡面分別設置在遠離轉子中心、靠近轉子兩端的上部和下部。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的動平衡方法，其特徵在於所述預設非額定轉速振動閾值為[20 μ m，40 μ m]，所述預設額定轉速振動閾值為
，所述預設不平衡質量為[5mg，12mg]。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的動平衡方法，其特徵在於所述預設非額定轉速振動閾值為40 μ m，所述預設額定轉速振動閾值為0. 1 μ m，所述預設不平衡質量為10mg。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的動平衡方法，其特徵在於所述步驟①之前還包括根據所述磁懸浮分子泵的動力學仿真計算和實驗得到轉子剛性臨界轉速和額定轉速ωΕ 的步驟。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的動平衡方法，其特徵在於所述位移檢測裝置 (18)通過第一徑向傳感器(5)和第二徑向傳感器(10)採集所述轉子的徑向振幅；所述轉速檢測裝置(19)通過轉速檢測傳感器採集轉子轉速。
全文摘要
一種磁懸浮分子泵動平衡方法，在啟動磁懸浮分子泵電機後，開啟力控制不平衡振動控制模塊，如果在力控制不平衡振動控制模塊的控制下，轉子上的不平衡質量使轉子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護間隙的1/2，那麼力控制不平衡振動控制模塊能抑制轉子的同頻振動，使轉子轉速能夠很快超過其剛性臨界轉速，從而在較高速度下對磁懸浮分子泵的轉子使用影響係數法進行動平衡操作。本發明提出的動平衡方法，可直接在高速下對磁懸浮分子泵轉子進行動平衡操作，步驟簡單、效率高。
文檔編號F04D27/02GK102425562SQ20111039946
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者張剴, 張小章, 李奇志, 武涵, 鄒蒙 申請人:北京中科科儀技術發展有限責任公司, 清華大學