CN102155425A - 检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，包括如下步骤：A)将加速度传感器贴在分子泵的外壳；B)开启分子泵，利用加速度传感器测量分子泵的震动加速度值并送到频谱分析仪器；C)再利用频谱分析仪器得到在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据；D)利用在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据进行判断分子泵的轴承运行状态：(D1)当处于高频状态下，加速度信号值小且无杂频表示分子泵处于良好运行状态；(D2)当处于高频状态下，加速度信号值大且有杂频表示分子泵处于不良运行状态；(D3)当处于高频状态下，加速度信号值又大又密且杂频多，显示该泵状态非常差需要维修。该方法能使用户能方便迅速掌握分子泵的状态，快捷得出正常，风险及危险等结论，及时发现分子泵核心部件可能存在的缺陷，避免分子泵故障的扩大，降低机台的非预期停机率，节省成本。
Description
技术领域：
本发明涉及一种检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法。
背景技术：
在半导体晶圆的制造中，光磁存储生产中，太阳能面板制造中，TFT，OLED及其他光学高端镀膜中，高端分析仪器及航空航天研究中，都离不开高真空，涡轮分子泵是目前获得高真空最好设备之一，其工作原理是利用高速旋转的多层转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被一层一层定子隔离，最终驱向排气口后为前级抽走而获得高真空。
分子泵转子，是典型的高速挠性转子，其多达十几层几百个叶片，转动的叶片和定子之间只有0.1毫米，制造公差达到微米级。在转速高达每分钟7.2万转时，叶片端部的速度接近超音速，每次开始转动、停下时，加速度和减速度都很大，轻微的偏差都将引起极大的震动，其平衡级别要求远在国际最高标准G0.4之上，在其泵壳测量出的震动值要求达到0.01um，高速在线动平衡调整是其核心技术之一。
而高速旋转体，普遍存在状态的难确定性，涡轮分子泵的生产国家及厂商主要集中在英国爱德华公司(Edwards)，德国莱宝(leybold)公司及普发(Pfeiffer)公司，法国的阿尔卡特(Alcatel)公司及意大利的瓦里安(Varian)公司，日本的岛津(shimadzu)，大阪(Osaka)及荏原(Ebara)，他们无一例外都告知客户大约在1到2年后将分子泵送回原厂维修，用户不知道如何判断涡轮分子泵的状态。新泵使用一到两年后，有的分子泵状态还很好，完全无需送修；有的就状态就很差，甚至已报废。而分子泵拆卸及安装会耗时不少，送修国外更是费时费力，价格不菲。
申请号为：20078028225.6、公告号为：CN101495760、名称为：用于确定涡轮分子泵的状态信息的方法和涡轮分子泵，该专利虽然公开了检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，但该方法复杂，速度慢，操作困难，难以快速准确判断，检测效果不理想。
发明内容：
本发明的目的是提供了一种检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，使到使用涡轮分子泵的用户能方便迅速掌握分子泵的状态，快捷得出正常、风险及危险等结论，及时发现分子泵核心部件可能存在的缺陷，避免分子泵故障的扩大，降低机台的非预期停机率，节省成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，它包括如下步骤：
A)将加速度传感器贴在分子泵的外壳；
B)开启分子泵，利用加速度传感器测量分子泵的震动加速度值并送到频谱分析仪器；
C)再利用频谱分析仪器得到在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据；
D)利用在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据进行判断分子泵的轴承运行状态：(D1)当处于高频状态下，加速度信号值小且无杂频表示分子泵处于良好运行状态；(D2)当处于高频状态下，加速度信号值大且有杂频表示分子泵处于不良运行状态；(D3)当处于高频状态下，加速度信号值又大又密且杂频多，显示该泵状态非常差需要维修。
上述所述的一定频率范围是指0-10K HZ的范围。
上述所述的高频状态是指5K-10K HZ的范围。
上述所述的步骤A)将加速度传感器贴在分子泵的外壳是分别贴在分子泵的外壳的前端和尾端，分别测量前后轴承运行状态。
上述所述在步骤D)后还增加步骤E)：根据分子泵的正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值小，表示处于正常状态或者需要维修状态，当加速度值大，表示泵处于危险状态。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明根据真空涡轮分子泵高速旋转的特点，其无一例外都会存在轴承，轴承的故障会体现在滚珠磨损，内圈磨损，外圈磨损，油脂不良，旋转偏差，对中不良，主轴弯曲等，都会表现在震动上，通过查看一定范围你的加速度值频谱值，就能迅速准确判断出分子泵的状态是正常、不良还是危险，测试时间在1分钟内就可以完成，普通学历的员工培训2小时后即可胜任工作，方法简单易行，检测快速方便；
2、本发明为半导体晶圆制造，光磁存储生产，太阳能面板制造，TFT，OLED及其他光学高端镀膜，高端分析仪器及航空航天研究等各行业使用涡轮分子泵的用户，方便迅速掌握分子泵的状态，快捷得出正常，风险及危险等结论，及时发现分子泵核心部件可能存在的缺陷，避免分子泵故障的扩大，降低机台的非预期停机率，节省成本。
3、所述的一定频率范围是指0-10K HZ的范围，高频状态是指5K-10K HZ的范围，若分子泵不正常，在5-10Khz的加速度值上会明显变大，且杂波很多，因此这段频率范围选择合理，减少测量的时间，提高效率。
4、利用分子泵的正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值小，表示处于正常状态或者需要维修状态，当加速度值大，表示泵处于危险状态，这样一来，可以提高判断的准确性。
附图说明：
下面结合附图对本发明作详细的说明：
图1是本发明的测量状态的示意图；
图2是本发明的流程图；
图3是本发明分子泵在良好状态下的一侧轴承的加速度频谱分析图；
图4是本发明的分子泵在一般状态下的一侧轴承的加速度频谱分析图；
图5是本发明的分子泵在危险状态下的一侧轴承的加速度频谱分析图。
具体实施方式：
如图1、图2所示，本发明检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，它包括如下步骤：
A)将加速度传感器2贴在分子泵1的外壳；
B)开启分子泵1，利用加速度传感器2测量分子泵1的震动加速度值并送到频谱分析仪器3；
C)再利用频谱分析仪器3得到在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据；
D)利用在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据进行判断分子泵1的轴承运行状态：(D1)当处于高频状态下，加速度信号值小且无杂频表示分子泵处于良好运行状态；(D2)当处于高频状态下，加速度信号值大且有杂频表示分子泵处于不良运行状态；(D3)当处于高频状态下，加速度信号值又大又密且杂频多，显示该泵状态非常差需要维修。
上述所述的一定频率范围是指0-10K HZ的范围，高频状态是指5K-10K HZ的范围。
上述所述的步骤A)将加速度传感器贴在分子泵的外壳是分别贴在分子泵的外壳的前端和尾端，分别测量前后轴承运行状态。
上述所述在步骤D)后还增加步骤E)：根据分子泵的正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值小，表示处于正常状态或者需要维修状态，当加速度值大，表示泵处于危险状态。
本发明的原理及方法为：根据真空涡轮分子泵高速旋转的特点，其无一例外都会存在轴承故障，轴承的故障会体现在滚珠磨损、内圈磨损、外圈磨损、油脂不良、旋转偏差、对中不良和主轴弯曲等问题，本案申请人维修上千台分子泵的经验表明：涡轮分子泵的绝大多数故障都是来自其高速运动部件：轴承，都会表现在震动上，在5-10Khz的加速度值上会明显变大，且杂波很多。故通过查看0-10Khz的加速度值频谱值，就能迅速准确判断出分子泵的状态是正常，不良，还是危险。测试时间在1分钟内就可以完成，普通学历的员工培训2小时后即可胜任工作。
利用加速度传感器2贴在正常运行的分子泵1的外壳，无需停机，更不需要拆卸分子泵，来测量分子泵1的震动加速度值，再利用频谱分析仪器3分析，分析其在0-10Khz震动频率范围的加速度值，即可迅速判断涡轮分子泵的轴承状态，也就准确知道啦分子泵1的状态。
如图3所示，正常状态的分子泵的轴承的频谱分析，在5-10Khz的高频阶段，其加速度值值小，无杂频。同时在主频附近即正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值小时，也可以作为辅助判断排除分子泵处于危险状态。所说的主频与转子转动速度有关，例如每分钟60000转的分子泵，其主频1kHZ。在图3中，对应500Hz(30000rpm)的震动是分子泵的平衡引起，其他震动值都在500Hz的倍频产生，且值都很小，可见该泵虽使用了三年，但状态仍很正常，可以继续使用。
如图4所示，为状态不良的分子泵的轴承加速度频谱图，在5-10Khz的高频阶段，其加速度值值大，有杂频，表明处于不良状态需要维修。同时在主频附近即正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值小时，也可以作为辅助判断排除分子泵处于危险状态。该泵主频的加速度值不大，表明该泵动平衡调整正常，而5KHz-10Khz高频信号不小且有杂频，显示该泵轴承状态一般，经与客户核实，得知该泵是一家台湾公司维修的，使用时间不过10天，使用的轴承备件不是德国原厂。
如图5所示，是一个状态极差的分子泵的的轴承加速度频谱图，在5-10Khz的高频阶段，其加速度值值大且密，杂频较多，表明处于危险状态急需维修。同时在主频附近即正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值大时，也可以作为辅助判断排除分子泵处于危险状态。
Claims (5)
1.检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
A)将加速度传感器贴在分子泵的外壳；
B)开启分子泵，利用加速度传感器测量分子泵的震动加速度值并送到频谱分析仪器；
C)再利用频谱分析仪器得到在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据；
D)利用在一定频率范围的加速度值频谱变化的数据进行判断分子泵的轴承运行状态：(D1)当处于高频状态下，加速度信号值小且无杂频表示分子泵处于良好运行状态；(D2)当处于高频状态下，加速度信号值大且有杂频表示分子泵处于不良运行状态；(D3)当处于高频状态下，加速度信号值又大又密且杂频多，显示该泵状态非常差需要维修。
2.根据权利要求1所述的检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，其特征在于：所述的一定频率范围是指0-10K HZ的范围。
3.根据权利要求1或2所述的检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，其特征在于：高频状态是指5K-10K HZ的范围。
4.根据权利要求3所述的检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，其特征在于：步骤A)将加速度传感器贴在分子泵的外壳是分别贴在分子泵的外壳的前端和尾端，分别测量前后轴承运行状态。
5.根据权利要求1或2所述的检测高速高真空涡轮分子泵状态的方法，其特征在于：在步骤D)后还增加步骤E)：根据分子泵的正常工作频率附近的加速度值频谱变化的数据作出辅助判断，当加速度值小，表示处于正常状态或者需要维修状态，当加速度值大，表示泵处于危险状态。
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