JP7209054B2 - how to run a vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、真空ポンプを運転する方法、及びそのような方法を実行するように構成された制御装置を備える真空ポンプに関する。 The present invention relates to a method of operating a vacuum pump and to a vacuum pump comprising a controller arranged to carry out such a method.
多くのタイプの真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプ及び/又はジークバーンポンプ段を有する真空ポンプは、能動型の磁気軸受部を有するロータを備える。能動型の磁気軸受部は、非接触式であり潤滑剤を使用しないので、能動型の磁気軸受部を有するそのような真空ポンプの通常運転は、ほとんど摩耗せずメンテナンスフリーで行われる。 Many types of vacuum pumps, such as turbomolecular pumps and/or vacuum pumps with Siegbahn pump stages, have rotors with active magnetic bearings. Since active magnetic bearings are non-contact and lubrication-free, normal operation of such vacuum pumps with active magnetic bearings is almost wear-free and maintenance-free.
しかし、一般的な運転負荷、例えば電気的、機械的、熱的及び/又は電気化学的な作用並びに腐食の作用による、及び/又は主にポンプ媒体及び/又は補助媒体による並びに周囲雰囲気から導入され得る材料の堆積又は閉塞による、全般的な構成部材の劣化は、能動型の磁気軸受部を有する真空ポンプの耐用期間を制限するように働く。 However, due to common operating loads, such as electrical, mechanical, thermal and/or electrochemical and/or corrosive effects, and/or mainly due to the pump medium and/or auxiliary medium and introduced from the ambient atmosphere. General component deterioration, due to build-up or blockage of material, acts to limit the useful life of vacuum pumps with active magnetic bearings.
さらに、あらゆる形態の運転トラブルが、能動型の磁気軸受部を有する真空ポンプの耐用期間を制限し得る。そのような運転トラブルは、例えば供給電圧の喪失、又は許容範囲を超えて作用する衝撃的な又は持続的で機械的な外部影響である。これらの影響は、例えば地震、衝突、振動、共鳴事象、又は電場、磁場若しくは他の高エネルギ場又は放射に起因する。さらに、プロセス影響による運転トラブルが生じ得る。プロセス影響は、例えば通気中、排気中又はプロセス開始時若しくはプロセス停止時に、ポンピングされるべき媒体及び/又は補助媒体の流量の突発的な変化を引き起こす。そのような運転トラブルは、多くのケースで、真空ポンプの能動型の磁気軸受部の過負荷及び/又は故障を招いてしまうおそれがある。 Furthermore, all forms of operational trouble can limit the service life of vacuum pumps with active magnetic bearings. Such operating troubles are, for example, a loss of supply voltage or a shock or persistent mechanical external influence acting beyond the permissible range. These effects may result, for example, from earthquakes, collisions, vibrations, resonance events, or electric, magnetic or other high energy fields or radiation. Furthermore, operational troubles due to process influences can occur. Process influences cause sudden changes in the flow rate of the medium to be pumped and/or the auxiliary medium, for example during venting, venting or at process start or process stop. Such operating troubles can, in many cases, lead to overloading and/or failure of the active magnetic bearings of the vacuum pump.
能動型の磁気軸受部のそのような過負荷又は故障のケースにおいて、通常、二次的な機械軸受システムが設けられている。二次的な機械軸受システムは、通常運転では、真空ポンプのロータ又は対応するステータにしか係合せず、能動型の磁気軸受部の非作動状態又はトラブルのときにしかロータとステータとの間の確実な機械接触を形成せず、その際、この接触は、引き続き真空ポンプのステータに対するロータの回転を許容する。能動型の磁気軸受部の過負荷又は故障の期間にわたって、二次機械軸受システムは、非常用軸支と、ステータ内のロータの十分なセンタリングとを保証する。二次機械軸受システムは、非常用軸受、安全防護軸受、保護軸受、着地軸受、支持軸受、接触軸受又は安全軸受としても広く知られている。その最後の用語を以下に用いる。1つ又は複数の安全軸受を使用する非常用軸受部の動作状態は、以下、安全軸受動作と称される。 In such cases of overload or failure of active magnetic bearings, a secondary mechanical bearing system is usually provided. The secondary mechanical bearing system engages only the rotor or corresponding stator of the vacuum pump in normal operation and only engages the rotor and stator when the active magnetic bearings are inoperative or in trouble. It does not form a positive mechanical contact, whereupon this contact still permits rotation of the rotor relative to the stator of the vacuum pump. During periods of overload or failure of the active magnetic bearing assembly, the secondary mechanical bearing system ensures emergency bearing support and adequate centering of the rotor within the stator. Secondary mechanical bearing systems are also commonly known as emergency bearings, safeguarding bearings, protection bearings, landing bearings, support bearings, contact bearings or safety bearings. That last term is used below. The operating state of the emergency bearing using one or more safety bearings is hereinafter referred to as safety bearing operation.
通常、安全軸受は、ステータの側で又はステータに固く緊締されていて、通常運転時には完全に停止している。しかも、安全軸受は、ロータの側で又はロータに固く緊締されていて、真空ポンプの通常運転時に、完全にロータと一緒に回転してもよい。上記関連において、「完全に停止する」及び「完全に一緒に回転する」とは、それぞれ、安全軸受の全ての構成要素が、軸受に掛かる荷重の影響なく、通常運転中に、互いにほとんど相対運動を行わず、ひいては通常運転中に回転軸受部の役割を満たさないことを意味する。 Safety bearings are usually hard-loaded on the side of or to the stator and are completely stopped during normal operation. Moreover, the safety bearings may be hard-loaded on the side of or on the rotor and rotate completely with the rotor during normal operation of the vacuum pump. In the above context, "completely stopped" and "completely co-rotating" respectively mean that all components of the safety bearing move substantially relative to each other during normal operation without the effect of loads on the bearing. and thus does not fulfill the role of the rotary bearing during normal operation.
真空ポンプ用の安全軸受は、通常、持続的に動作するようには設定されていない。むしろ、安全軸受の動作中の安全軸受の耐用期間は、通常、わずか数分から数時間である。したがって、真空ポンプ用の安全軸受は、「時間耐久性」しか有しないといわれている。たとえ安全軸受が総玉軸受として構成されていても、安全軸受は、提供される構造空間内で、持続的に動作するのに十分な耐久性を有しない。さらに、安全軸受を有する真空ポンプの運転には、安全軸受を潤滑剤なしに又は少なくとも有機潤滑剤及び/又は揮発性潤滑剤なしに保持するという条件がある。したがって、安全軸受は、潤滑剤なく動作させられる、又は少量の、例えば黒鉛又は二硫化モリブデン等の特別な無機乾式潤滑剤でもって湿潤、含浸又は浸潤される。 Safety bearings for vacuum pumps are generally not designed for continuous operation. Rather, the service life of the safety bearing during operation is typically only minutes to hours. Therefore, safety bearings for vacuum pumps are said to be only "time durable". Even if the safety bearing is configured as a full ball bearing, the safety bearing does not have sufficient durability to operate continuously within the structural space provided. Furthermore, the operation of vacuum pumps with safety bearings has the requirement that the safety bearings be kept free of lubricants, or at least free of organic and/or volatile lubricants. Safety bearings are therefore operated without lubricant or are wetted, impregnated or soaked with small amounts of special inorganic dry lubricants such as graphite or molybdenum disulfide.
真空ポンプを運転する公知の方法では、一方では、安全軸受動作の開始又は能動型の磁気軸受部の故障を様々な手段によってできるだけ遅らせる又は事前に阻止する試行がなされる。その際、潜在的な後のトラブルを予防するために、例えば安全軸受の動作範囲について較正が実行されることによって、例えば通気ガス量制限又は通気ガス量制御等のプロセス制限手段が実行されることによって、又は予測される状態の特定が行われることによって、運転条件を最適化できる。 In known methods of operating vacuum pumps, on the one hand, attempts are made to delay or prevent the initiation of safety bearing operation or the failure of active magnetic bearings as much as possible by various measures. Then, in order to prevent potential later troubles, process limiting measures such as for example ventilation gas quantity limitation or ventilation gas quantity control should be carried out, for example by calibrating the working range of the safety bearing. operating conditions can be optimized by or by the identification of expected conditions.
他方では、真空ポンプを運転する公知の方法において、安全軸受動作の開始後に又は能動型の磁気軸受部が故障すると、例えば真空ポンプのロータを制動する補助媒体を真空システム全体に通気させることによって、又は電力回生による、真空ポンプのモータの直接的な短絡による電気的な制動によって、又は真空ポンプのモータ内に生じる発電制動エネルギを提供される負荷抵抗へ導出することによって、真空ポンプのロータを可能な限り迅速に再び通常運転にする又は停止させるように設定されている。 On the other hand, in known methods of operating a vacuum pump, after the start of safety bearing operation or when an active magnetic bearing fails, for example by venting an auxiliary medium braking the rotor of the vacuum pump through the entire vacuum system, or by power regeneration, by electrical braking by direct short-circuiting of the vacuum pump motor, or by deriving the dynamic braking energy generated in the vacuum pump motor to a provided load resistance. It is set to return to normal operation or shut down as quickly as possible.
本発明の課題は、真空ポンプのトラブルのコントロール不能な始まりから真空ポンプの通常運転の再開まで又は停止し始めるまでの期間を含む安全軸受動作が、安全軸受についての摩耗が可能な限り僅かになるように構成される、真空ポンプを運転する方法を提供することにある。 The object of the present invention is to ensure that the safety bearing operation, including the period from the uncontrolled onset of trouble with the vacuum pump until the vacuum pump resumes normal operation or begins to stop, causes as little wear as possible on the safety bearings. The object of the present invention is to provide a method for operating a vacuum pump configured as follows.
この課題は、請求項1に記載の特徴を有する方法によって解決される。 This task is solved by a method with the features of claim 1 .
方法は、ロータと、ステータと、ロータを軸支する能動制御型の磁気軸受と、ロータ用の安全軸受とを有する真空ポンプを運転するように設定されている。方法によれば、まず真空ポンプについての運転設定値のセットを用意し、運転設定値のセットは、真空ポンプの、トラブル事象時に達成されるべき少なくとも1つの運転状態を有する。さらに、トラブル事象を検出し、その際、ロータは、ステータに対して、ロータに対して設定された空間領域から離反し、安全軸受に摩耗が発生する。 The method is set up to operate a vacuum pump having a rotor, a stator, actively controlled magnetic bearings for the rotor, and safety bearings for the rotor. According to the method, first a set of operating settings for the vacuum pump is provided, the set of operating settings comprising at least one operating state of the vacuum pump to be achieved during a trouble event. Furthermore, a trouble event is detected, in which the rotor moves away from the spatial area set for the rotor with respect to the stator, causing wear on the safety bearings.
検出されたトラブル事象に基づいて、安全軸受についての摩耗増加量を推定し、摩耗増加量を、安全軸受の総摩耗についての変数に加える。真空ポンプについての運転設定値のセットに基づいて、及び安全軸受の総摩耗についての変数に基づいて、最終的に、ロータを安定化させる手段を実行するか判定する。 Based on detected trouble events, a wear increment for the safety bearing is estimated and the wear increment is added to a variable for total safety bearing wear. Based on the set of operational settings for the vacuum pump and based on variables for total wear of the safety bearings, it is finally determined whether to implement measures to stabilize the rotor.
トラブル事象に際して達成されるべきであって、運転設定値のセットに含まれる、真空ポンプの運転状態は、例えば、できるだけ迅速に達成されるべき真空ポンプのロータの停止状態であってよい、又はその逆に、ロータが安定化によって、所定の空間領域内での回転を伴う通常運転に戻されることによる、真空の維持であってよい。さらに、運転設定値のセットは、これらの極限の間の、つまりロータの停止とロータが安定化された状態での真空の維持との間の他の運転状態を含んでよい。 The operating state of the vacuum pump to be achieved in the event of a trouble and included in the set of operating setpoints may, for example, be a stalled state of the rotor of the vacuum pump which is to be achieved as quickly as possible, or Conversely, the vacuum may be maintained by stabilizing the rotor to return to normal operation with rotation within a given spatial region. In addition, the set of operating settings may include other operating conditions between these extremes, namely between stopping the rotor and maintaining vacuum with the rotor stabilized.
トラブル事象は、例えば、少なくとも1つのセンサを用いて検出できる。センサは、ロータの空間的な姿勢を監視するように構成されている。具体的には、磁気軸受位置センサを使用でき、その際、二対のそのような位置センサが、ロータの回転軸線に対して半径方向に、互いに垂直に配置されていて、単一の対又は更に別の対の位置センサが、軸方向に、つまりロータの回転軸線に沿って配置されている。代替的に又は追加的に、真空ポンプのトラブル事象を検出するために振動センサ及び/又は加速度センサを使用してよい。 Trouble events can be detected, for example, using at least one sensor. A sensor is configured to monitor the spatial orientation of the rotor. In particular, magnetic bearing position sensors can be used, where two pairs of such position sensors are arranged perpendicular to each other radially with respect to the axis of rotation of the rotor such that a single pair or A further pair of position sensors are arranged axially, ie along the axis of rotation of the rotor. Alternatively or additionally, a vibration sensor and/or an acceleration sensor may be used to detect vacuum pump trouble events.
安全軸受の摩耗増加量及び総摩耗についての変数は、具体的には、安全軸受の許容される摩耗の百分率として定量化でき、その際、許容される総摩耗は、経験値に基づき、安全軸受が完全に摩耗したとみなされ、真空ポンプの保守に際して交換しなければならない状態に対応する。摩耗増加量を特定するために、前述のセンサの測定値を使用でき、測定値に、較正されたテーブルに基づいて摩耗増加量を割り当ててよい。例えば、磁気軸受位置センサの測定値は、ロータと安全軸受との間の接触の期間及び強さを表し得、安全軸受とロータとの間の接触の期間及び強さは、許容される総摩耗の百分率として摩耗増加量に割り当ててよい。 Variables for wear increment and total wear of a safety bearing can be specifically quantified as a percentage of the allowable wear of the safety bearing, where the total allowable wear is based on empirical values is considered fully worn and must be replaced during maintenance of the vacuum pump. The measurements of the aforementioned sensors can be used to determine the wear increment, and the measurements may be assigned the wear increment based on a calibrated table. For example, magnetic bearing position sensor measurements may represent the duration and strength of contact between the rotor and the safety bearing, and the duration and strength of contact between the safety bearing and the rotor may be the total allowable wear. may be assigned to the wear increment as a percentage of
ロータを安定化させる手段は、特に、ロータが、能動型の磁気軸受部によって、再び設定された空間位置又は目標位置に戻されることを含み、空間位置又は目標位置は、真空ポンプの通常運転に対して設定されていて、例えば磁気軸受位置センサによってチェックできる。手段がトラブル事象前に既に安定化されていたロータの新たな安定化をもたらすので、この新たな安定化は、ロータの「再安定化」とも称される。 The means for stabilizing the rotor include, in particular, that the rotor is returned by means of active magnetic bearings to a set spatial position or target position, which remains in normal operation of the vacuum pump. and can be checked, for example, by a magnetic bearing position sensor. This new stabilization is also referred to as "restabilization" of the rotor, as the measure results in a new stabilization of the rotor that was already stabilized before the trouble event.
ロータを安定化させる手段を実行するか否かを判定する又は決定するとき、方法によれば、真空ポンプについての運転設定値のセットと安全軸受の総摩耗についての変数との間で「仲介」が行われる。例えば、真空ポンプの運転について、真空を必ず維持するべきであると設定されていると、安全軸受の総摩耗についての変数が所定の閾値より下回る場合には、トラブル事象の発生時にロータを安定化させる手段を常に実行できる。総摩耗についての変数がこの閾値に達すると、その逆に、ロータを安定化させる手段が実行されず、その代わりに、真空ポンプの運転安全性が損なわれないように、ロータが停止されることを決定できる。その逆に、たとえ達成されるべき運転状態が、真空ポンプのロータの停止であっても、真空ポンプのロータが停止するまでの完全停止動作の間に予想される摩耗増加量に基づいて総摩耗が過度に増加するようだと、ロータを安定させる手段を最初に実行することを決定できる。 When judging or deciding whether or not to implement measures to stabilize the rotor, the method "intermediates" between a set of operating setpoints for the vacuum pump and a variable for the total wear of the safety bearings. is done. For example, if the operation of a vacuum pump is set to always maintain a vacuum, then if the variable for total wear of the safety bearings is below a predetermined threshold, the rotor will be stabilized during a trouble event. You can always do what you can to make it happen. Conversely, when the variable for total wear reaches this threshold, the measures to stabilize the rotor are not carried out, but instead the rotor is stopped so that the operational safety of the vacuum pump is not compromised. can be determined. Conversely, even if the operating condition to be achieved is a stop of the vacuum pump rotor, the total wear is calculated based on the expected wear increase during a full stop operation until the vacuum pump rotor stops. appears to increase excessively, it may be decided to first implement measures to stabilize the rotor.
したがって、安全軸受の摩耗は、運転設定値のセットと総摩耗についての変数との間の「仲介」によって最小化できる。というのも、この仲介が、ロータの安定化を伴う通常運転と、停止するまでの真空ポンプのロータの完全停止動作との間の妥協を達成できるからである。安全軸受の摩耗の最小化に基づいて、真空ポンプの保守中に安全軸受の交換が必要となるまでの期間を最大化できる。 Safety bearing wear can therefore be minimized by a "broker" between a set of operational settings and variables for total wear. This is because this intermediation achieves a compromise between normal operation with rotor stabilization and full shutdown operation of the rotor of the vacuum pump until shutdown. Based on minimizing the wear of the safety bearings, the period of time between needing replacement of the safety bearings during maintenance of the vacuum pump can be maximized.
本発明の有利な発展形態は、従属請求項、明細書及び図面に記載されている。 Advantageous developments of the invention are described in the dependent claims, the description and the drawings.
ロータを安定化させる手段を実行しないと判定するときには、真空ポンプをシャットダウンできる。ロータを安定化させる手段なしでは、真空ポンプの確実な運転は、場合によってはもはや保証されない。したがって、ロータの完全停止動作に基づいて安全軸受の総摩耗が増加するけれども、停止するまでの真空ポンプ又はロータのシャットダウンが行われる。しかも、真空ポンプのシャットダウンによって、安全軸受の外側で、例えばステータディスク及びロータディスク等のポンピング作用を奏する要素の領域で真空ポンプの損傷の可能性を回避できる。 The vacuum pump can be shut down when it is determined that the measures to stabilize the rotor are not to be performed. Without means for stabilizing the rotor, reliable operation of the vacuum pump can no longer be guaranteed. Thus, a shutdown of the vacuum pump or rotor to a stop is provided, although the total wear of the safety bearings is increased based on a full stop motion of the rotor. Moreover, the shutdown of the vacuum pump avoids possible damage to the vacuum pump outside the safety bearings, in the region of the pumping elements, such as stator discs and rotor discs.
一実施形態によれば、付加的に、ロータを安定化させる手段が成功したかチェックされる。ロータを安定させる手段が失敗すると、所定の待機時間の後に、ロータを安定化させる手段を新たに実行するか判定できる。その際、他の摩耗増加量を特定してよく、これは、安全軸受の総摩耗についての変数に加えられる。 According to one embodiment, it is additionally checked whether the means for stabilizing the rotor were successful. If the means for stabilizing the rotor have failed, after a predetermined waiting time it can be decided whether to perform a new means for stabilizing the rotor. Other wear increments may then be specified, which are added to the variables for the total safety bearing wear.
ロータを安定化させる手段を新たに実行するかの判定は、同様に、真空ポンプについての運転設定値のセットに基づいて、及び安全軸受の総摩耗についての変数に基づいて行える。したがって、ロータを安定させる手段が失敗すると、この手段は、本実施形態では反復的に繰り返され、その際、安定化試行同士の間の待機時間は、反復の回数と共に増加し得る。ステータを安定化させる試行の反復によって、安全軸受の摩耗を更に最小化できる。というのも、総じて、真空ポンプのロータが安定化によって安全軸受に接触することなく再び通常運転に戻る確率が高まるからである。 The decision to implement a new rotor stabilization measure can similarly be based on a set of operating settings for the vacuum pump and on variables for total safety bearing wear. Thus, if the means for stabilizing the rotor fails, the means are repeated iteratively in this embodiment, with the waiting time between stabilization attempts increasing with the number of iterations. Repeated attempts to stabilize the stator can further minimize wear on the safety bearings. This is because, in general, the stabilization of the rotor of the vacuum pump increases the probability that it will return to normal operation again without contacting the safety bearing.
このことは、特に、最初にロータの安定化を妨げる短時間のトラブル事象だけが存在するとき、重要であり得る。トラブル事象の終了後は、ロータを安定化させる手段は、トラブル事象中よりもはるかに高い確率で成功し得る。その際、特に、最初に検出され、摩耗増加量に割り当てられるトラブル事象が引き続き継続するか、すなわちロータを安定化させる手段の間に及び/又は後に引き続き継続するかチェックできる。このチェックに依存して、さらに、真空ポンプについての運転設定値のセットが、達成されるべき2つ以上の運転状態を含むとき、真空ポンプについての運転設定値のセットの中で達成されるべき1つの運転状態を選択できる。 This can be especially important when there is only a brief trouble event that initially prevents the rotor from stabilizing. After the trouble event ends, measures to stabilize the rotor may succeed with a much higher probability than during the trouble event. In doing so, it can be checked, in particular, whether the trouble event initially detected and assigned to the wear increment continues, ie during and/or after the means for stabilizing the rotor. Depending on this check, further, when the set of operating settings for the vacuum pump includes more than one operating state to be achieved, among the sets of operating settings for the vacuum pump: One operating state can be selected.
ロータを安定化させる手段を新たに実行するか判定する又は決定するとき、さらに、ロータの現在の回転数及び/又は真空ポンプの他の運転パラメータに依存してロータの新たな安定化についての確率を含む特性マップを用いてよい。特性マップは、同様に経験値に基づいていてよい。 When judging or deciding whether to carry out a new measure for stabilizing the rotor, there is additionally a probability for a new stabilization of the rotor depending on the current speed of rotation of the rotor and/or other operating parameters of the vacuum pump. A characteristic map containing Characteristic maps may be empirically based as well.
さらに、安全軸受の総摩耗についての変数が、所定の閾値より上回ると、真空ポンプをシャットダウンできる、及び/又はエラー通知を出力できる。閾値は、安全軸受の予想される耐用期間に依存し得る。したがって、総摩耗についての変数による摩耗の記録によって、場合によっては欠陥のある安全軸受を適時交換することを確保できる。 In addition, the vacuum pump can be shut down and/or an error notification can be output when the variable for total safety bearing wear exceeds a predetermined threshold. The threshold may depend on the expected life of the safety bearing. The recording of the wear by means of variables for total wear thus makes it possible to ensure the timely replacement of potentially defective safety bearings.
摩耗増加量の値は、実験データ及び/又は経験値に基づいて推定され得る。この場合、摩耗増加量の値の推定は、特に、トラブル事象の間に判定される、少なくとも1つのセンサの測定値に基づいて行われる。これにより、摩耗増加量の値は、例えばセンサの実験データに反映されるトラブル事象の強さに依存し得る。 Wear increment values may be estimated based on experimental data and/or empirical values. In this case, the estimation of the wear increment value is based on measurements of at least one sensor, determined in particular during a trouble event. Thereby, the value of the wear increment may depend on the strength of the trouble event as reflected in the sensor's experimental data, for example.
摩耗増加量の値は、さらに、トラブル事象が始まるときのロータの回転数に依存して、及び/又は真空ポンプの設置姿勢に依存して推定され得る。この場合、摩耗増加量の値は、特にロータの回転数の二乗に比例し得る。したがって、ロータの回転エネルギも同様にロータの回転数の二乗に比例するので、摩耗増加量の値は、ロータの回転エネルギに比例して増加し得る。したがって、総じて、ロータの回転数及び真空ポンプの設置姿勢に依存して、摩耗が記録されるときのトラブル事象の様々な評価が行われる。 The wear increment value can also be estimated depending on the rotation speed of the rotor when the trouble event begins and/or depending on the installation attitude of the vacuum pump. In this case, the value of the wear increment can be in particular proportional to the square of the rotational speed of the rotor. Therefore, since the rotational energy of the rotor is also proportional to the square of the number of rotations of the rotor, the value of the wear increase amount can increase in proportion to the rotational energy of the rotor. Overall, therefore, depending on the speed of rotation of the rotor and the installation position of the vacuum pump, different evaluations of trouble events are made when wear is recorded.
別の一実施形態によれば、摩耗増加量は、少なくとも2つの部分を含んでよい。そのうちの第1の部分は、トラブル事象が始まるときの安全軸受の初期の加速度に基づいてよく、一方、第2の部分は、ロータの安定化の間に又はロータが停止するまでのロータの停止動作の間に予想される安全軸受の摩耗に基づいてよい。さらに、ロータの安定化が成功したときの摩耗増加量は、付加的に、ロータの安定化の後の安全軸受の停止動作に基づいてよい第3の部分を含み得る。3つの部分の各々は、同様に、ロータを安定化させる手段の経過に依存して様々な値を有し得る。摩耗増加量の3つの部分に基づいて、トラブル事象及び安全軸受の摩耗に対するトラブル事象の影響を詳細に評価できる。 According to another embodiment, the wear increment may comprise at least two parts. The first part of which may be based on the initial acceleration of the safety bearing when the trouble event begins, while the second part may be based on the rotor stalling during rotor stabilization or until the rotor stops. It may be based on expected safety bearing wear during operation. Furthermore, the amount of wear increase upon successful rotor stabilization may additionally include a third portion that may be based on the stopping action of the safety bearing after rotor stabilization. Each of the three portions can likewise have different values depending on the course of the means for stabilizing the rotor. Based on the three parts of the wear increment, the trouble event and its effect on the wear of the safety bearing can be evaluated in detail.
真空ポンプについての運転設定値のセットは、トラブル事象のときに達成すべき真空ポンプの少なくとも2つの運転状態を有してよく、これらの運転状態は、真空ポンプ内の真空の維持と真空ポンプのシャットダウンとを含む。この場合、トラブル事象のときに達成されるべき運転状態は、真空ポンプのユーザによって及び/又は学習アルゴリズムによって優先付けできる。したがって、トラブル事象のときに達成されるべき少なくとも2つの運転状態を設定できるだけでなく、これらの運転状態を、真空ポンプのユーザによって及び/又は学習アルゴリズムによって動的に評価でき、これにより、好ましくは達成されるべき運転状態は、真空ポンプ又は真空ポンプが中に存在する真空設備のそれぞれの運転形式に適合される。 A set of operating settings for a vacuum pump may comprise at least two operating states of the vacuum pump to be achieved in the event of a trouble, these operating states being maintaining a vacuum within the vacuum pump and maintaining the vacuum pump. Including with shutdown. In this case, the operating conditions to be achieved in the event of a trouble can be prioritized by the user of the vacuum pump and/or by a learning algorithm. Thus, not only can at least two operating states to be achieved in the event of a trouble event be set, but these operating states can be dynamically evaluated by the user of the vacuum pump and/or by a learning algorithm, whereby preferably The operating state to be achieved is adapted to the respective operating mode of the vacuum pump or of the vacuum installation in which the vacuum pump is present.
別の一実施形態によれば、検出されたトラブル事象に基づいて推定される、安全軸受についての摩耗増加量は、ロータを安定化させる手段の間に又は真空ポンプのシャットダウンの間に更新できる。更新された摩耗増加量は、以前に推定された摩耗増加量に代えて、安全軸受の総摩耗についての変数に加えてよい。したがって、摩耗増加量の初期の推定は、ロータの安定化又は真空ポンプのシャットダウンを惹起する手段の経過に適合される。これにより、安全軸受の実際の摩耗は、総摩耗についての変数によってより正確な形で記録できる。 According to another embodiment, the estimated wear increment for the safety bearings based on detected trouble events can be updated during the means of stabilizing the rotor or during shutdown of the vacuum pump. The updated wear increment may be added to the variable for total safety bearing wear in place of the previously estimated wear increment. An initial estimate of the wear increment is therefore adapted to the course of the means that cause the rotor to stabilize or the vacuum pump to shut down. This allows the actual wear of the safety bearing to be recorded in a more accurate manner by the variable for total wear.
更に別の一実施形態によれば、安全軸受は、複数の軸受箇所を有してよい。方法によれば、この場合、各軸受箇所についての各々の摩耗増加量を特定でき、各々の軸受箇所における総摩耗についての各々の変数に加えてよい。したがって、本実施形態では、全体としての安全軸受についてではなく、安全軸受内での軸受箇所ごとの安全軸受の摩耗の更に詳細な記録が行われる。その際、軸受箇所のうちの1つにおける総摩耗についての変数のうちの少なくとも1つが所定の閾値より上回ると、真空ポンプのシャットダウン及び/又はエラー通知の出力を行える。 According to yet another embodiment, the safety bearing may have multiple bearing points. According to the method, in this case, respective wear increments for each bearing location can be identified and added to each variable for total wear at each bearing location. Thus, in this embodiment, a more detailed record of the wear of the safety bearing per bearing location within the safety bearing is provided rather than for the safety bearing as a whole. A shutdown of the vacuum pump and/or an error notification can then be output when at least one of the variables for total wear at one of the bearing locations exceeds a predetermined threshold.
本発明の更なる対象は、ロータと、ステータと、ロータを軸支する能動制御型の磁気軸受と、ロータ用の安全軸受とを備える真空ポンプである。真空ポンプは、トラブル事象を検出する少なくとも1つの手段を更に備え、トラブル事象のとき、ロータが、ステータに対して、ロータに対して設定された空間領域から離反し、安全軸受に摩耗が生じる。さらに、真空ポンプは、制御装置とメモリとを備え、メモリは、安全軸受の総摩耗についての変数を含む。制御装置は、前述したように方法を実行するように構成されている。 A further object of the invention is a vacuum pump comprising a rotor, a stator, an actively controlled magnetic bearing for supporting the rotor and a safety bearing for the rotor. The vacuum pump further comprises at least one means for detecting a trouble event, during which the rotor moves away from the spatial area set with respect to the stator with respect to the rotor, causing wear on the safety bearings. Furthermore, the vacuum pump comprises a controller and a memory, which contains variables for the total wear of the safety bearings. The controller is configured to carry out the method as described above.
したがって、本発明に係る方法及びその実施形態について述べている前述の利点及び開示は、本発明に係る真空ポンプにも合理的に適用される。 Therefore, the advantages and disclosures mentioned above regarding the method and its embodiments according to the invention also reasonably apply to the vacuum pump according to the invention.
したがって、安全軸受の総摩耗についての変数を含むメモリは、安全軸受に直接に割り当てられていて、すなわち、メモリは、安全軸受と共に1つのユニットを形成し、ユニットは、真空ポンプの保守に際して安全軸受と一緒に交換できる。メモリは、安全軸受に組み込まれてよく、又は別の装置をなしてよく、別の装置は、他方、例えば安全軸受と共に空間的に1つのユニットを形成する。しかも、両方のケースでは、メモリは、制御装置に対して別個のユニットであり、制御装置によって、真空ポンプの運転及び特にロータの磁気軸受部が制御され、別個のユニットは、真空ポンプの保守に関して、安全軸受と、総摩耗の変数についてのメモリとに関係なく取り扱われるべきである。 The memory containing the variables for the total wear of the safety bearing is therefore directly assigned to the safety bearing, i.e. the memory forms a unit with the safety bearing and the unit is used during maintenance of the vacuum pump. can be exchanged with The memory may be integrated in the safety bearing or may form a separate device, which on the other hand for example forms a unit spatially with the safety bearing. Moreover, in both cases the memory is a separate unit with respect to the control device by which the operation of the vacuum pump and in particular the magnetic bearings of the rotor is controlled, a separate unit with respect to the maintenance of the vacuum pump. , should be treated independently of the safety bearings and the memory of the total wear variables.
したがって、メモリは、安全軸受の摩耗の記録を、例えば安全軸受の総耐用期間にわたって、及び真空ポンプの残りの制御エレクトロニクスとは関係なく実現できる。この場合、メモリは、安全軸受の総摩耗についての変数に安全軸受についての摩耗増加量を加えることだけを可能にし、そうでないときには安全軸受の総摩耗についての変数を、安全軸受の総耐用期間の間に不変に維持するように構成されてよい。 The memory can thus provide a record of the wear of the safety bearing, for example over the total service life of the safety bearing and independently of the rest of the control electronics of the vacuum pump. In this case, the memory only makes it possible to add the wear increment for the safety bearing to the variable for the total safety bearing wear, otherwise the variable for the total safety bearing wear becomes may be configured to remain unchanged in between.
トラブル事象を検出する少なくとも1つの手段は、ロータの空間姿勢を取得するように構成されたセンサ、及び/又はステータに取り付けられた振動センサ及び/又は加速度センサを有してよい。そのようなセンサを用いて、トラブル事象が始まる手掛かりを早期に得ることが可能である。このことは、特に、センサが振動センサ及び/又は加速度センサとして真空ポンプのステータに取り付けられているときに当てはまる。 At least one means for detecting a trouble event may comprise a sensor configured to obtain the spatial attitude of the rotor and/or a vibration sensor and/or an acceleration sensor attached to the stator. Such sensors can be used to provide early clues that a trouble event is about to begin. This applies in particular when the sensor is mounted as a vibration sensor and/or an acceleration sensor on the stator of the vacuum pump.
さらに、真空ポンプは、ターボ分子ポンプ又はジークバーンポンプ段を有する真空ポンプであってよく、この場合、ロータは、能動制御型の磁気軸受によって軸支されている。 Furthermore, the vacuum pump may be a turbomolecular pump or a vacuum pump with Siegbahn pump stages, in which case the rotor is journalled by actively controlled magnetic bearings.
以下、本発明を、添付された図面を参照して、例としての有利な実施形態に基づいて説明する。 The invention will now be described on the basis of advantageous embodiments as examples with reference to the attached drawings.
図1に示されたターボ分子ポンプ111は、吸気口フランジ113により取り囲まれたポンプ吸気口115を有する。ポンプ吸気口115には、それ自体公知の形で、図示されていないレシピエントを接続できる。レシピエントから到来する気体は、ポンプ吸気口115を介してレシピエントから吸引され、そしてポンプを通してポンプ排気口117へと圧送できる。ポンプ排気口117には、例えばロータリベーンポンプ等の補助真空ポンプを接続できる。
The
吸気口フランジ113は、図1の真空ポンプの向きでは、真空ポンプ111のハウジング119の上端部を形成する。ハウジング119は、下部分121を有する。下部分121には、側方にエレクトロニクスハウジング123が配置されている。エレクトロニクスハウジング123内には、例えば真空ポンプ内に配置された電動モータ125を作動させるための、真空ポンプ111の電気的及び/又は電子的な構成要素が収容されている(図3も参照)。エレクトロニクスハウジング123には、アクセサリに対する複数の接続部127が設けられている。さらに、データインタフェース129(例えばRS485規格に準拠するもの)及び電流供給接続部131が、エレクトロニクスハウジング123に配置されている。
取り付けられたこの種のエレクトロニクスハウジングを有さずに、外部の駆動エレクトロニクスに接続されるターボ分子ポンプも存在する。 There are also turbomolecular pumps that are connected to external drive electronics without having an electronics housing of this kind attached.
ターボ分子ポンプ111のハウジング119には、通気用吸気口133が、特に通気弁の形態で設けられている。通気用吸気口133を介して、真空ポンプ111に通気を行える。下部分121の領域には、その上さらに、シールガス接続部135(パージガス接続部とも称される)が配置されている。シールガス接続部135を介して、パージガスを、ポンプによって圧送される気体に対して電動モータ125(例えば図3参照)を防護するために、モータ室137内に送り込める。モータ室137内で、真空ポンプ111に、電動モータ125が収容されている。下部分121には、その上さらに、2つの冷却剤接続部139が配置されている。この場合、一方の冷却剤接続部は、冷却剤用の吸気口として、そして他方の冷却剤接続部は、排気口として設けられている。冷却剤は、冷却目的で真空ポンプ内に導入可能である。存在する別のターボ分子真空ポンプ(図示されていない)は、専ら空冷式に運転される。
The
真空ポンプの下面141は、ベースとして使用できるので、真空ポンプ111は、下面141を基準に縦置きで運転できる。しかも、真空ポンプ111は、吸気口フランジ113を介してレシピエントに固定してもよく、これにより、いわば懸架した状態で運転できる。さらに、真空ポンプ111は、図1に示されたのとは別の向きで整向されているときにも運転できるように構成してもよい。下面141を下向きではなく、横向きに、又は上向きに配置してよい真空ポンプの形態も実現可能である。その際、原則として、任意の角度が実現できる。
Since the
特に図示されたポンプよりも大きな、存在する別のターボ分子真空ポンプ(図示されていない)は、縦置きでは運転できない。 Other existing turbomolecular vacuum pumps (not shown), which are in particular larger than the one shown, cannot be operated vertically.
図2に示された下面141には、さらに、種々のねじ143が配置されている。これらのねじ143によって、ここでは詳細には特定されない真空ポンプの構成部材が互いに固定されている。例えば、軸受カバー145が下面141に固定されている。
下面141には、さらに固定孔147が配置されている。固定孔147を介して、ポンプ111を、例えば設置面に固定できる。このことは、特に図示されたポンプよりも大きな、存在する別のターボ分子真空ポンプ(図示されていない)では、不可能である。
A fixing
図2から図5には、冷却剤管路148が示されている。冷却剤管路148において、冷却剤接続部139を介して導入及び導出される冷却剤が循環可能である。
図3から図5の断面図に示されているように、真空ポンプは、複数のプロセスガスポンプ段を有する。プロセスガスポンプ段は、ポンプ吸気口115に作用するプロセスガスをポンプ排気口117へ圧送するためのものである。
As shown in the cross-sectional views of FIGS. 3-5, the vacuum pump has multiple process gas pumping stages. The process gas pump stage is for pumping the process gas acting on the
ハウジング119内には、ロータ149が配置されている。ロータ149は、回転軸線151を中心に回転可能なロータシャフト153を有する。
A
ターボ分子ポンプ111は、ポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続された複数のターボ分子ポンプ段を有する。ターボ分子ポンプ段は、ロータシャフト153に固定された半径方向の複数のロータディスク155と、ロータディスク155同士の間に配置され、そしてハウジング119内に固定されたステータディスク157とを有する。この場合、1枚のロータディスク155とこれに隣り合う1枚のステータディスク157とが、それぞれ1つのターボ分子ポンプ段を形成する。ステータディスク157は、スペーサリング159によって、互いに所望の軸方向の間隔を置いて保持されている。
The
真空ポンプは、さらに、半径方向で互いに内外に配置され、そしてポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続されたホルベックポンプ段を有する。ホルベックポンプ段を有しない別のターボ分子真空ポンプ(図示されていない)が存在する。 The vacuum pump further comprises Holweck pump stages arranged radially in and out of each other and connected in series with each other to exert a pumping action. There are other turbomolecular vacuum pumps (not shown) that do not have Holweck pumping stages.
ホルベックポンプ段のロータは、ロータシャフト153に配置されたロータハブ161と、ロータハブ161に固定され、そしてこのロータハブ161によって支持される円筒側面状の2つのホルベックロータスリーブ163、165を有する。ホルベックロータスリーブ163、165は、回転軸線151に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で互いに内外に係合している。さらに、円筒側面状の2つのホルベックステータスリーブ167、169が設けられている。ホルベックステータスリーブ167、169は、同様に、回転軸線151に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で見て互いに内外に係合している。
The rotor of the Holweck pump stage has a
ホルベックポンプ段の、ポンピング作用を奏する表面は、側面によって、つまりホルベックロータスリーブ163、165及びホルベックステータスリーブ167、169の半径方向の内側面及び/又は外側面によって形成されている。外側のホルベックステータスリーブ167の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙171を形成しつつ、外側のホルベックロータスリーブ163の半径方向の外側面に対向していて、そしてこの外側面と共に、ターボ分子ポンプに後続する第1のホルベックポンプ段を形成する。外側のホルベックロータスリーブ163の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙173を形成しつつ、内側のホルベックステータスリーブ169の半径方向の外側面に対向していて、そしてこの外側面と共に、第2のホルベックポンプ段を形成する。内側のホルベックステータスリーブ169の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙175を形成しつつ、内側のホルベックロータスリーブ165の半径方向の外側面に対向していて、そしてこの外側面と共に、第3のホルベックポンプ段を形成する。
The pumping surfaces of the Holweck pump stages are formed by the lateral surfaces, namely the radially inner and/or outer surfaces of the
ホルベックロータスリーブ163の下側端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられてよい。チャネルを介して、半径方向外側に位置するホルベック間隙171が、中央のホルベック間隙173に接続されている。さらに、内側のホルベックステータスリーブ169の上側端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられてよい。チャネルを介して、中央のホルベック間隙173が、半径方向内側に位置するホルベック間隙175に接続されている。これにより、互いに内外に係合する複数のホルベックポンプ段が、互いに直列で接続される。半径方向内側に位置するホルベックロータスリーブ165の下側端部には、さらに、排気口117に通じる接続チャネル179が設けられてよい。
The lower end of the
ホルベックステータスリーブ167、169の、上述したポンピング作用を奏する表面は、それぞれ、回転軸線151を中心に螺旋状に周回しつつ軸方向に延びる複数のホルベック溝を有する。他方、ホルベックロータスリーブ163、165の、これに対向する側面は、滑らかに形成されていて、そして真空ポンプ111の運転のための気体をホルベック溝内にて前方へ送り出す。
The pumping surfaces of the
ロータシャフト153の回転可能な軸支のために、ポンプ排気口117の領域に転がり軸受181が設けられていて、ポンプ吸気口115の領域に永久磁石式の磁気軸受183が設けられている。
A
転がり軸受181の領域には、ロータシャフト153に、円錐形のスプラッシュナット185が設けられている。スプラッシュナット185は、転がり軸受181の方へ増大する外径を有する。スプラッシュナット185は、作動媒体貯蔵部の少なくとも1つの掻落とし部材と滑り接触している。存在する別のターボ分子真空ポンプ(図示されていない)では、スプラッシュナットの代わりに、スプラッシュねじが設けられてよい。これにより、様々な構成が実現可能であるので、上記関係において、「スプラッシュ尖端部」との用語も用いられる。
A
作動媒体貯蔵部は、上下にスタックされた吸収性の複数のディスク187を有する。これらディスク187には、転がり軸受181用の作動媒体、例えば潤滑剤が含浸されている。
The working medium reservoir has a plurality of
真空ポンプ111の運転時、作動媒体は、毛管現象によって、作動媒体貯蔵部から掻落とし部材を介して、回転するスプラッシュナット185へと伝達され、そして、遠心力に基づいて、スプラッシュナット185に沿って、スプラッシュナット185の、増大していく外径の方へと、転がり軸受181に向かって送られる。そこでは、例えば潤滑機能が満たされる。転がり軸受181及び作動媒体貯蔵部は、真空ポンプ内にて槽状のインサート189と軸受カバー145とによって囲繞されている。
During operation of the
永久磁石式の磁気軸受183は、ロータ側の軸受半部191と、ステータ側の軸受半部193を有する。これらは、それぞれ1つのリングスタックを有し、リングスタックは、軸方向に上下にスタックされた永久磁石の複数のリング195、197からなる。リング磁石195、197は、互いに半径方向の軸受間隙199を形成しつつ、対向していて、この場合、ロータ側のリング磁石195は、半径方向外側に、そしてステータ側のリング磁石197は、半径方向内側に配置されている。軸受間隙199内に存在する磁界は、リング磁石195、197の間に磁気的反発力を引き起こす。その反発力は、ロータシャフト153の半径方向の軸支を実現する。ロータ側のリング磁石195は、ロータシャフト153の支持部分201によって支持されている。支持部分201は、リング磁石195を半径方向外側で取り囲む。ステータ側のリング磁石197は、ステータ側の支持部分203によって支持されている。支持部分203は、リング磁石197を通って延びていて、そしてハウジング119の半径方向の支材205に懸架されている。回転軸線151に対して平行に、ロータ側のリング磁石195が、支持部分203と連結されたカバー要素207によって固定されている。ステータ側のリング磁石197は、回転軸線151に対して平行に1つの方向で、支持部分203に結合された固定リング209と支持部分203に結合された固定リング211とによって固定されている。さらに、固定リング211とリング磁石197との間には、皿ばね213が設けられてよい。
The permanent magnet
磁気軸受内に、非常用軸受又は安全軸受215が設けられている。非常軸受又は安全軸受215は、真空ポンプの通常運転時には、非接触で空転し、そしてロータ149がステータに対して相対的に半径方向に過剰に変位するとようやく係合し、これにより、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突が阻止されるように、ロータ149に対する半径方向のストッパが形成される。安全軸受215は、非潤滑式の転がり軸受として構成されていて、そしてロータ149及び/又はステータと共に半径方向の間隙を形成する。間隙によって、安全軸受215は、通常のポンプ運転時には係合しないようになる。安全軸受215が係合する半径方向の変位は、十分に大きく寸法付けられているので、安全軸受215は、真空ポンプの通常運転時は係合せず、そして同時に十分に小さいので、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突があらゆる状況で阻止される。
An emergency or
真空ポンプ111は、ロータ149を回転駆動する電動モータ125を有する。電動モータ125の電機子は、ロータ149によって形成されている。ロータ149のロータシャフト153は、モータステータ217を通って延びる。ロータシャフト153の、モータステータ217を通って延びる部分には、半径方向外側に又は埋入して、永久磁石アセンブリが配置されてよい。モータステータ217と、ロータ149の、モータステータ217を通って延びる部分との間には、中間室219が配置されている。中間219は、半径方向のモータ間隙を有する。モータ間隙を介して、モータステータ217と永久磁石アセンブリとは、駆動トルクを伝達するために、磁気的に影響し合える。
The
モータステータ217は、ハウジング内で、電動モータ125に対して設けられたモータ室137内に固定されている。シールガス接続部135を介して、シールガス(パージガスとも称され、これは例えば空気や窒素であってよい)が、モータ室137内へと到達し得る。シールガスを介して、電動モータ125を、プロセスガス、例えばプロセスガスの腐食性の部分に対して保護できる。モータ室137は、ポンプ排気口117を介して真空引きすることもできる。つまりモータ室137に、少なくとも近似的に、ポンプ排気口117に接続された補助真空ポンプによって実現される真空圧が作用する。
The
ロータハブ161と、モータ室137を画成する壁部221との間には、さらに、それ自体公知のいわゆるラビリンスシール223が設けられてよい。これにより、特に、半径方向外側に位置するホルベックポンプ段に対するモータ室217のより良好なシールが達成される。
A so-called
前述の、図1から図5に示された例示的なターボ分子ポンプ111は、受動型で永久磁石式の磁気軸受183と安全軸受215とを有する。図8に一実施例が示された、本発明に係る方法は、ロータの能動型の磁気軸受部又は能動制御型の磁気軸受を有する真空ポンプに関し、これに、例えば安全軸受215(図3参照)のような安全軸受が設けられているので、図6には、付加的に、能動型の磁気軸受部を有するそのような真空ポンプ10が示されていて、これは、以下に説明される。この真空ポンプ10は、ロータ149を軸支するための構成要素を除いて、前述の真空ポンプ111の全ての特徴を含んでよい。
The exemplary
図6は、真空ポンプ10を、模式的に著しく簡略化した図で示している。真空ポンプ10は、ロータ12を有し、ロータ12は、複数のターボロータディスク14を支持し、そしてモータ16によって、ロータ軸線18を中心として回転駆動可能であるので、図示されていないステータディスクに対して相対的に回転するターボロータディスク14が、ポンピング作用を生じさせる。図6では、ポンピング作用は、上から下へ進行する。
FIG. 6 shows the
ロータ12は、複数の磁気軸受によって軸支されている。ロータ12に対する第1のラジアル軸受20が、ロータ12の、排気口側の端部に配置されている。同一のロータ端部に、スラスト軸受22が配置されている。ロータ12の、吸気口側の端部には、第2のラジアル軸受24が配置されている。
The
第1のラジアル軸受20とスラスト軸受22とは、能動制御型に構成されている。要するに、これらの軸受は、例えば電磁石を介して、ロータ12の理想位置からのロータ12の半径方向又は軸方向の変位に能動的に対抗できる。そのために、ラジアル軸受20の傍に、ラジアルセンサアセンブリ26が配置されていて、ラジアルセンサアセンブリ26によって、ロータ軸線16に対して直交する2つの空間方向で、第1の軸方向領域におけるロータ12の半径方向の変位が測定可能である。スラストセンサアセンブリも同様に設けられているが、ここでは単純化のために図示されていない。
The first
第2のラジアル軸受24は、受動型に構成されていて、つまりロータ12に影響を与えるアクチュエータを有しない。というより、第2のラジアル軸受24は、例えばロータ側及びステータ側に複数の永久磁石を有する。
The second
第2のラジアルセンサアセンブリ28が設けられていて、第2のラジアルセンサアセンブリ28によって、第2の軸方向領域におけるロータ12の変位が測定可能である。本実施形態において、第2のラジアルセンサアセンブリ28は、第1のラジアル軸受20と第2のラジアル軸受24との間にも、モータ16と第2のラジアル軸受24との間にも配置されている。そのために、第2のラジアルセンサアセンブリ28は、モータ16のモータ室32を画定する構成部材30に固定されている。
A second
第1のラジアルセンサアセンブリ26と第2のラジアルセンサアセンブリ28とは、軸方向で互いに大きく離間されている。これらのラジアルセンサアセンブリによって、対応する軸方向領域でロータ12のそれぞれ異なる変位が測定されると、ロータ12が傾斜している、つまりロータ12のロータ軸線18がゼロ軸線とも称されてよい理想的なロータ軸線に対して非平行であると推測できる。傾斜が認識されると、直ちに、能動型の第1のラジアル軸受20がこれに対抗できる。そのために、第1のラジアル軸受20は、例えば、ロータ12をある程度その直立した姿勢へと押し戻すために、ロータ12に衝撃による影響を及ぼすことができる。この種の制御は、倒立振子のそれと比較可能である。ロータ12の上側の領域が傾倒し始めると、下側で衝撃がロータ12に導入され、この衝撃は、傾倒に対抗し、最良のケースでは、ロータ12を、直接に又は徐々にその直立した姿勢へと戻すので、ロータ軸線18は、ゼロ軸線に対して平行となっている。しかも例えば、同時に、傾斜だけが制御されるのではなく、ロータ12の半径方向の位置も同様に制御される。傾斜制御と位置制御とは、特に互いに重畳される。
The first
例えば能動型の磁気軸受部のトラブルに際して、ロータ12と図示されていないステータとの接触を回避するために、ラジアル軸受20、24及びスラスト軸受22に、図示されていない安全軸受、例えば図3に示されたような安全軸受215がそれぞれ設けられている。
To avoid contact between the
例示的なラジアルセンサアセンブリ34が、図7に示されている。第1及び第2のラジアルセンサアセンブリ26、28の一方又は両方が、相応に構成されてよい。
An exemplary
ラジアルセンサアセンブリ34は、複数のコイル38が取り付けられたリング状のボード36を有する。変位を測定されるべきロータは、このリングを通って延びていて、そのロータ軸線は、図平面に対して垂直に延びるはずである。ロータが変位されると、つまり図7において図平面に沿って摺動すると、これにより、コイル38における誘導電圧が変化して、測定信号の変化が生じる。つまりこの測定信号から、変位を推測できる。この場合、各移動方向x、yにおいて2つのコイルがそれぞれ反対側に設けられている。
例えば図1から図6に示された真空ポンプ10、111等の真空ポンプについて、原則として、能動型の磁気軸受部の様々な態様及び配置を有する様々な軸受構成が実現可能である。5軸の能動型の磁気軸受部を実現でき、5軸の能動型の磁気軸受部は、回転軸線を除いてロータ12、149を完全に能動制御し、そして非接触式に軸支する。さらに、1本又は2本の軸受軸線及び/又は1つの軸方向の又は2つのうちの1つの半径方向の2軸の軸受平面が、能動的ではなく受動的に作用する永久磁石式の磁気軸受で、接触式の尖頭形の滑り軸受で又は例えば玉軸受である転がり軸受で構成されてよい。受動的に作用する永久磁石式の磁気軸受は、典型的には、安全軸受(図3の安全軸受215参照)をも有するが、これに対して、接触式の滑り軸受又は転がり軸受を有しないことが多い。以下、「安全軸受」という用語は、常に、単軸、3軸、4軸又は5軸で作用する安全軸受の考えられる様々な実現可能な構成の全てを意味する。
For vacuum pumps, such as for example the vacuum pumps 10, 111 shown in FIGS. 1 to 6, in principle various bearing configurations with different aspects and arrangements of the active magnetic bearings are possible. A 5-axis active magnetic bearing can be implemented, which has full active control and contactless journaling of the
真空ポンプ10、111の安全軸受215は、空間的に分離された複数の軸受箇所を有する。軸受箇所は、単列の総玉軸受として、又は対をなす、つまり最小の軸受間隙を置いて相互に調整される又は選定される、O字形又はX字形配置の総玉軸受対として構成されている。単列の玉軸受は、とりわけ純粋に半径方向に作用する軸受箇所に対して使用される。安全軸受215の耐久性及び/又は僅かな軸受荷重に対する要求が低いとき、純粋に軸方向の軸受箇所又は半径方向と軸方向との作用が組み合わされた軸受箇所に対して単列の玉軸受の使用も可能である。軸方向の軸受箇所又は半径方向と軸方向との作用が組み合わされた軸受箇所に対する高い要求は、調整された玉軸受対の使用により満たせる。
The
玉軸受の構成部材は、様々な材料からなる。玉軸受の内輪及び外輪は、鋼、特殊鋼又は転がり軸受に使用するための特殊な高いグレードの調質鋼から作製されている。転動体は、同様に、特殊な高いグレードの調質鋼又はセラミック材料からなってもよい。場合により存在する軸受保持器は、同様に、特殊な高いグレードの調質鋼、又は強度を向上させるための繊維成分を有する又は有しない、自己潤滑特性を有する耐摩耗性のプラスチックからなってよい。あらゆるケースで、鋼成分は、様々なタイプの熱処理によって、部分的に又は部分ごとに、完全に又は個々の表面に集中的に硬化されてよい。 The components of ball bearings are made of various materials. The inner and outer rings of ball bearings are made of steel, special steel or special high grade tempered steel for use in rolling bearings. The rolling elements may likewise consist of special high grade tempered steel or ceramic materials. The optionally present bearing cage may likewise consist of a special high-grade tempered steel or a wear-resistant plastic with self-lubricating properties, with or without a fiber content to improve strength. . In all cases, the steel components may be hardened in parts or by parts, completely or intensively on individual surfaces, by various types of heat treatments.
総玉軸受は、例えば軸受保持器又は他の形態の転動体スペーサ等の、転動体に対するガイド要素を有しない。玉軸受には、できるだけ多くの玉が装填される。軸受輪壁部における特別な装填用切欠きは、玉を装填する動作を補助できる。考えられる転動体の数が、軸受保持器を有する構成に対してより多いと、一定の構成サイズで、軸受のより高い絶対耐荷重を実現できる。さらに、軸受保持器は、通常は、使用中に軸受の高い加速度に支障なく耐えるのに十分なロバスト性を有しない。 Full ball bearings do not have guide elements for the rolling elements, such as bearing cages or other forms of rolling element spacers. Ball bearings are loaded with as many balls as possible. A special loading notch in the bearing ring wall can assist the ball loading operation. The higher the number of possible rolling elements for the design with bearing cage, the higher the absolute load capacity of the bearing can be achieved for a given design size. Furthermore, bearing cages are usually not robust enough to withstand high accelerations of the bearings without failure during use.
安全軸受215は、ステータの側で又はステータに固く緊締されていて、真空ポンプ10、111の通常運転時には完全に停止している。しかも、安全軸受215は、代替的に、ロータ149の側で又はロータ149に固く緊締されてもよく、真空ポンプ10、111の通常運転時に完全にロータ149と一緒に回転できる。「完全な停止」及び「完全な一緒の回転」とは、それぞれ、安全軸受215の全ての構成要素が、真空ポンプ10、111の通常運転中に、軸受荷重が作用しないと、相互に相対運動をほとんど行わないことを意味する。
The
安全軸受215がロータ側で緊締されているか又はステータ側で緊締されているかにかかわらず、安全軸受215の他方の自由回転可能な半部は、相手側に対して間隙を残して配置されていて、能動型の磁気軸受の通常動作で一般的な程度を超えてロータ12、149が変位するときにだけ、安全軸受215とステータにおける接触面との間で接触が形成され、ひいては変位を機械式に制限する非常用軸受部が形成される。安全軸受動作時にのみ、安全軸受215の内輪と外輪との間の回転が行われ、回転により、安全軸受215の摩耗が引き起こされる。接触面同士の間に残る遊びは、安全軸受遊びと称される。通常、安全軸受遊びは、一運動軸線又は一運動平面内でのシステムの絶対的な全体遊びと見なされる。ラジアル軸受では、これは、2つの接触面の直径の絶対差であり、2つの半径の間の差ではなく、これは、通常動作時に平均的に接触面の周りに作用する、実際の周方向の絶対的な間隙の大きさを表すだろう。このことは、同様に、接触面同士の間に相応の直線的な寸法が存在するスラスト軸受にも当てはまる。
Whether the
能動型の磁気軸受20、22の動作時に、寄生連行作用によって、安全軸受215の自由回転可能な半部が、自動的に、安全軸受215の自由に離間した相手側と一緒に回転し始めるおそれがある。寄生連行作用は、例えば、安全軸受215の半部同士の間の電磁相互作用に起因する、又は安全軸受215の半部同士の間の回転数差又は速度差が極めて大きいときの狭い間隙でのガス摩擦に起因する。ロータ12、149に固定されていて、これと一緒に回転する安全軸受215の場合には、寄生連行作用は逆になり、安全軸受215の自由回転可能な半部は、全体的な基準系で見ると、ステータ側で停止したままに見える。
During operation of the active
所望されない同時回転が継続的に生じるとき、これに、安全軸受215の不要な摩耗が伴う。この不要な摩耗に対抗するために、所望されない同時回転が抑制される又は十分に阻止されるような作用が、安全軸受215の自由回転可能な半部にもたらされる。この作用は、例えば機械式に接触し電磁式に作用する制動要素によって、又は例えばクランプされて装着された転動体又は意図的に非円形に構成された若しくは不完全な軸受要素等の独特な軸受構成によって行われる。
This is accompanied by unnecessary wear of the
所望されない同時回転とは異なり、磁気軸受部のトラブル又は故障のとき、所定の運動範囲を越えるロータ12、149の変位が行われる。この変位は、安全軸受215の自由回転可能な半部と相手側との接触によって、空間的に制限されている。滑り摩擦効果及び静止摩擦効果によって、安全軸受215における自由回転可能な半部とその相手側との回転速度の極めて迅速でほぼ完全な均一化がもたらされる。これによって生じる非常用軸受部は、ロータ要素とステータ要素との間の所望されない接触による真空ポンプ10、111の大規模の損傷を阻止する。真空ポンプ10、111は、安全軸受動作状態にある。
Unlike undesired co-rotation, in the event of magnetic bearing trouble or failure, a displacement of the
トラブルの種類に応じて、安全軸受動作が、能動型の磁気軸受部の再開によって終了する、又はポンプが、ロータ12、149が停止するまで安全軸受動作を維持する。能動型の磁気軸受部の再開は、再始動、再稼働又は再安定化とも称される。安全軸受動作中に停止するまでの、特に真空ポンプ10、111の動作回転数から静止するまでの、ロータ12、149の停止動作、減速又は回転数低下のプロセスは、総じて、完全停止動作と称される。ロータ12、149が停止に至る前に、安全軸受動作中に再安定化が行われるとき、これは、特定の初期回転数及び終了回転数を有する部分停止動作と称される。部分停止動作は、例えば、真空ポンプ10、111の動作回転数から、動作回転数よりも低いがこれとほぼ同一である再安定化回転数まで行われる。これらの全てのプロセスは、安全軸受動作での実行時間とも称される、安全軸受動作の、開始時点と終了時点との間にある様々な長さの期間を含む。
Depending on the type of trouble, safe-bearing operation is terminated by restarting the active magnetic bearings, or the pump maintains safe-bearing operation until the
トラブルの種類は、真空ポンプ10、111の表面で、真空ポンプ10、111の内部で又は真空ポンプ10、111の付近で、付加的なセンサの観察によって、例えば1つ又は複数の作用方向を検出する1つ又は複数の振動センサ及び/又は加速度センサによって、詳細に特定できる。真空ポンプ10、111のステータにおいてトラブル事象がそのようなセンサを用いて検出されると、トラブルの始まりは、能動型の磁気軸受部内でロータ12、149に対するラジアルセンサアセンブリ26、28の位置信号の監視だけによるよりも早期に認識可能である。機械的なトラブルは、通常、設備側又はステータ側に起因し、空間的なステータの変位をもたらす。変位が始まると、ロータ12、149は、安定化されたジャイロとして、能動型の磁気軸受部によって、位置が遅れてステータに追従する。ステータの、外部で作用する加速度及び運動の迅速で全周にわたる認識を、能動型の磁気軸受部によって、一方では、軸受制御を最適化するために利用できる。他方では、この認識は、生じる安全軸受摩耗の予測及びトラブルの継続時間の予測を可能にする。
The type of trouble is detected by observation of additional sensors at the surface of the
磁気軸受部のトラブルについて起こり得る原因は、供給電圧の喪失である。この場合、安全軸受動作は、様々な形で回避又は遅延できる。一方では、真空ポンプ10、111又は能動型の磁気軸受部の要素又は制御部は、エネルギ貯蔵部、例えば能動型の磁気軸受部への非常用供給を確保する高容量のワンウェイ使用のバッテリ又は一次電池及び/又はアキュムレータ及び/又はコンデンサを有してよい。他方では、真空ポンプ10、111に設けられる駆動部が、駆動できるだけではなく、発電作用もできるように構成されてよい。これにより、回転エネルギは、電気エネルギへと戻るように変換され、その際、電気エネルギは、能動型の磁気軸受部への非常用供給を可能にする。
A possible cause for trouble with magnetic bearings is loss of supply voltage. In this case, safe bearing operation can be avoided or delayed in various ways. On the one hand, the
1つの安全手段又はそのような様々な安全手段の組合わせが存在すると、最後の安全手段が機能停止するまで、安全軸受が作動しない。しかし、ロータ12、149は、供給電圧が喪失するとそれ以上駆動できないので、ロータ12、149は、能動的に軸支されて自由に又は発電制動されて停止するまで停止動作する。ロータ12、149のそのような停止動作は、数秒から数時間の間継続し得、これは、真空ポンプ10、111内の真空の質及び維持と、例えば渦電流及び磁気反転損失によって引き起こされる構成要素の電磁損失の程度と、能動型の磁気軸受部のエネルギ消費量と、付加的な負荷抵抗による任意選択的な能動的な制動とに依存する。ロータ12、149が停止する前に、能動型の磁気軸受部の電圧供給を維持するための全ての安全手段が機能停止すると、安全軸受動作が導入される。このことは、一般的に、ロータ12、149が停止するまで、最終的な回転数の15%から20%未満の中速から低速までの回転数の再安定化を試みる可能性なしに、部分停止動作として行われる。
If one safety means or a combination of various such safety means exists, the safety bearing will not operate until the last safety means fails. However, since the
安全軸受動作時に生じる、安全軸受215の摩耗は、複数の要因に依存し、そのうちの、安全軸受動作時におけるロータ12、149の動作時間及び回転数が、主要な影響の要因をなす。別の1つの影響の要因は、安全軸受動作の開始時の、つまり安全軸受の半部の接触の瞬間の、安全軸受の自由回転可能な半部とその相手側との間の相対速度である。というのも、接触の瞬間に、安全軸受の即座の急激な加速が行われるからである。加速の極端に短い期間では、安全軸受215の自由回転可能な半部及びその相手側は、ロータ12、149と共に、カオス的で安定しない動作段階にある。
The wear of the
著しく簡略化すると、この動作段階は、複数のステップに分けられる。まず、接触する相手側が、安全軸受215の、自由回転する輪を連行し、次いで、この輪が、安全軸受215の転動体を連行する。その間、滑り摩擦を伴うその都度の相対運動が、全ての要素の間で、つまり相手側と、安全軸受の自由回転する輪と、安全軸受215の転動体と、安全軸受215の固定の輪との間で行われる。これに続いて、全ての要素は、安定した動作状態に至る。この動作状態では、大体においてカオス的ではない要素の転動、ひいては要素の設定通りの機能が行われる。安全軸受と相手側との間だけではなく安全軸受内における要素同士の間の短時間のカオス的な動作状態の間に、様々な摩擦状態、剥離力及び耐荷重の負荷ピークが生じる。耐荷重は、発生する加速度が高くなるほどより高くなっている。
For significant simplification, this operating phase can be divided into a number of steps. First, the contact partner entrains the free-running ring of the
安全軸受の動作の安定した動作状態に至った後でも、カオス的な挙動の一部が残存する。というのも、ロータ12、149が、安全軸受動作中に必然的に存在する安全軸受遊びの範囲内で自由に可動であって、安全軸受215内のその位置又はその接触点をいつでも変位できるからである。これは、典型的には、ロータ12、149の様々な固有運動モード及びジャイロ力によって行われるとともに、ロータ12、149の幾何学的な例えば慣性の主軸に対する、安全軸受215とロータ12、149とからなるシステムの、安全軸受動作中に安全軸受遊びによって変位される機械的な回転軸線の結果でもある。安全軸受遊びの運動範囲内で、不規則に、真空ポンプ10、111の構成及び/又は設置配向に応じて、つまり安全軸受位置に対するロータ12、149の重心の位置に依存して、及び/又は重力に対するロータ12、149の空間配向に依存して、様々な頻度で、安全軸受215内におけるロータの傾倒、揺動又は一般的にカオス的で不規則な変位が行われる。
Even after reaching a stable operating state of safety bearing operation, some chaotic behavior remains. This is because the
安全軸受遊びによって、真空ポンプ10、111の構成及び/又は設置配向に依存して、安全軸受215の自由回転する半部及びその相手側が、安全軸受動作中に、一時的に又は持続的に、相互に転動を行うことも引き起こされる。回転軸受技術の分野において、軸受箇所が誤って設計されるときのこの事象は知られている。そこでは、このような構成は、内輪における隙間嵌めと周方向荷重とを有する回転軸といわれる。この場合、安全軸受215の自由回転する輪又は自由回転する半部の回転数は、ロータ12、149の回転数に一致せず、わずかに逸脱する。というのも、互いに対する転動が、付加的な伝達比を及ぼすからである。
The safety bearing play causes, depending on the configuration and/or installation orientation of the
さらに、安全軸受動作の全ての段階の間の高い動作負荷による安全軸受215、ロータ12、149及びステータの弾性変形も、付加的な影響要因として生じ得、そして前述の様々な作用を増強する。このような変形の固有振動数は、変形によって共振が発生せず、ひいては真空ポンプ10、111の構成要素の損傷がもたらされないように選択されるべきである。動的に生じる変形によって、場合によっては、ロータ12、149とステータとの間の予期されないかつ所望されない接触箇所も生じ、ロータ12、149とステータとは、一連の寸法の純粋に静的な公差を考慮すると、いずれにしても互いに対して十分な遊び又は間隔を有するが、動的な場合には、接触箇所を形成し、真空ポンプ10、111の構成要素の損傷を招いてしまう恐れがある。
In addition, elastic deformation of the
安全軸受215は、持続的に動作するようには設計されていない、そして安全軸受動作中の安全軸受215の耐用期間は、通常、数分から数時間にすぎないので、安全軸受動作は、可能な限り短時間に維持されるべきである。あらゆる安全軸受動作によって、接触面同士の間のみならず安全軸受215内でも個々の要素、つまり転動体と内輪及び外輪との間で安全軸受215の摩耗がもたらされる。極端なケースでは、真空ポンプ10、111は、既に安全軸受動作に伴う重大なトラブル事象の後で、もはや動作可能ではなく、次の運転開始間に修理しなければならない。
Since the
図8には、ロータ12、149を軸支する能動制御型の磁気軸受20、22と、これに対応する安全軸受215とを有する真空ポンプ10、111(図1から図6参照)を運転するように設定された、本発明に係る方法の概略的なブロック図が示されている。方法は、しかも、能動制御型の磁気軸受部と安全軸受とを有する他の真空ポンプで用いてもよい。例えば、方法は、ジークバーン(Siegbahn)ポンプ段を有する真空ポンプで用いてよい。
FIG. 8 shows an operating
方法300は、301で、トラブル事象が検出されることによって始まる。トラブル事象に際して、ロータ12、149が、ステータに対して、通常動作ではロータ12、149に対して設定された空間範囲から離脱する。トラブル事象は、例えば磁気軸受位置センサ26、28によって検出される。磁気軸受位置センサ26、28は、ロータ12、149の半径方向及び軸方向の位置を取得する。
Method 300 begins at 301 by detecting a trouble event. During a trouble event, the
トラブル事象によって安全軸受215に摩耗が生じ得る。したがって、方法によれば、310で、検出されたトラブル事象に割り当てられた摩耗増加量315-1が推定される。推定される摩耗増加量315は、例えば磁気軸受位置センサ26、28の測定データに基づいて推定できる。磁気軸受位置センサ26、28は、どの程度ロータ12、149がこの通常動作に対して設定された位置から離反したのか示す。摩耗増加量315-1は、これらの測定データと、これらの測定値に割り当てられた経験値とに基づいて推定される。
A trouble event can cause wear to the
摩耗増加量315-1は、続いて、メモリ320へ伝送される。メモリ320は、安全軸受215の総摩耗についての変数を有し、したがって、安全軸受215の摩耗を記録するように設定されている。したがって、メモリ320は、真空ポンプ10、111に属し、安全軸受215の傍に配置されてよい(図3参照)。
Wear increment 315 - 1 is then transmitted to
摩耗増加量315-1は、安全軸受215の総摩耗についての変数325に加えられる又は加算される。安全軸受215の総摩耗についての変数325は、真空ポンプ10、111が設置される又は初動されるときにゼロで初期化される。摩耗増加量315-1及び安全軸受215の総摩耗についての変数325は、それぞれ、安全軸受215の最大許容摩耗に関する百分率として表される。最大許容摩耗のとき、安全軸受215の交換を伴う真空ポンプ10、111の保守が必要とされる。換言すると、摩耗増加量315-1及び安全軸受215の総摩耗についての変数325は、それぞれ、安全軸受215の全耐用期間の百分率に関する。
Wear increment 315 - 1 is added or added to variable 325 for
方法によれば、さらに、真空ポンプ10、111についての運転設定値のセット330が用意される。運転設定値のセット330は、310で検出されるトラブル事象の発生時に達成されるべき真空ポンプ10、111の運転状態を含む。達成されるべき運転状態は、例えば「真空を必ず維持する」及び「ターボ分子ポンプのロータをできるだけ迅速に停止させる」というものである。しかも、真空ポンプ10、111についての運転設定値のセット330は、「極端な状態」同士の間に、つまり「真空を維持する」と「ロータの停止」との間に分類されるべき、真空ポンプ10、111の達成されるべき別の運転状態を含んでよい。
The method further provides a
340で、エレクトロニクスハウジング123(図1から図3参照)内に収容された、真空ポンプ10、111の制御装置が、真空ポンプ10、111のロータ12、149についてのトラブル事象が検出されたとの情報を、ステップ310から取得する。さらに、制御装置は、340で、メモリ320から安全軸受215の総摩耗についての変数325を取得し、真空ポンプ10、111についての運転設定値のセット330を取得する。340では、さらに、安全軸受215の総摩耗についての変数325と真空ポンプ10、111についての運転設定値のセット330との間で「仲介」が行われる。具体的には、安全軸受215の総摩耗についての変数325の値に基づいて、どのセット330の運転設定値を実行すべきか、つまり存在するトラブル事象に対してどのセット330の運転状態が達成されるべきか決定される。選定された達成されるべき運転状態に基づいて、さらに、350で、ロータ12、149を安定化させる手段を実行するか判定される。そのような手段は、ロータ12、149が能動型の磁気軸受部によって再び真空ポンプ10、111の通常運転のための所定の空間位置へ戻されることを含む。
At 340, the controller of the
350で、ロータ12、149を安定化させる手段を実行するべきではないと判定されると、真空ポンプ10、111は、360でシャットダウンされ、その際、停止するまでロータ12、149の完全停止動作が行われる。ロータ12、149の完全停止動作のために、360で、別の摩耗増加量315-2が特定される。別の摩耗増加量315-2は、完全停止動作の開始時におけるロータの回転数と完全停止動作時の摩耗についての経験値とに依存する。完全停止動作についての摩耗増加量315-2は、メモリ320へ伝送され、推定された摩耗増加量315-1に代えて、安全軸受215の総摩耗についての変数325に加えられる。したがって、推定された摩耗増加量315-1は、完全動作停止について特定された摩耗増加量315-2によって更新され、その際、例えば、摩耗増加量315-2と摩耗増加量315-1との間の差分が、安全軸受215の総摩耗についての変数325に加えられる。
If it is determined at 350 that the measures to stabilize the
350で、ロータ12、149を安定化させる手段を実行するべきであると判定されると、この手段は実際に実行される。したがって、手段は、310で検出されたトラブル事象以前に安定していたロータ12、149の前述の「再安定化」をもたらすはずである。370では、ロータ12、149を安定化させる又は再安定化させる手段が成功しているかチェックされる。該当するとき、ロータ12、149が再び通常運転のための所望の空間位置にあるので、真空ポンプ10、111は、380で、通常運転に戻される。
At 350, if it is determined that measures to stabilize the
370で、ロータ12、149の安定化が成功していないと判定されると、390で、方法が340へ戻される前に、ロータ12、149を安定化させる手段を再び実行するべきか判定するために、特定の待機時間、待機される。同時に、390で、更新された摩耗増加量315-3が特定される。更新された摩耗増加量315-3は、失敗したロータ12、149を安定化させる試行に割り当てられている。摩耗増加量315-2と同様に、更新された摩耗増加量315-3は、推定された摩耗増加量315-1に代えて、真空ポンプ10、111の総摩耗についての変数325に加えられる。その際、同様に摩耗増加量315-3と摩耗増加量315-1との間の差分だけが、後から、つまり推定された摩耗増加量315-1が真空ポンプ10、111の総摩耗についての変数325に予め加えられた後で、真空ポンプ10、111の総摩耗についての変数325に加えられ得る。
If it is determined at 370 that stabilization of
390での待機時間の後に、ステップ340から380が繰り返され、つまりまず340で、ロータ12、149を安定化させる再度の新たな試行を行うべきか判定される。方法ステップ340から380が新たに実行されるとき、付加的に、310で検出されたトラブル事象が依然として存在するかチェックされる。該当しないとき、ロータ12、149の安定化が成功する確率が大幅に増加する。したがって、この場合、350で、ロータ12、149の安定化を実行するべきと判定される。しかし、ロータ12、149の安定化が再び失敗すると、これは370で判定されるが、ステップ390、340、350、370を反復的に繰返し可能で、その際、390での待機時間は、ロータ12、149を安定化させる試行が失敗するごとに長くなる。
After a waiting period at 390,
付加的に、メモリ320における安全軸受215についての摩耗記録によって、つまり真空ポンプ10、111の総摩耗についての変数325によって、矢印395によって示唆されているように、ターボ分子ポンプについての運転設定値のセット330に影響を及ぼすことが可能である。例えば、トラブル事象のとき、真空ポンプ10、111の達成されるべき複数の運転状態の間の優先付けは、真空ポンプ10、111の総摩耗についての変数325の値に基づいて変更できる。この場合、真空ポンプ10、111についての運転設定値のセット330は、達成されるべき運転状態自体の他に、ロータ12、149を安定化させる手段を実行するべきか決定するために、340及び350で使用可能な、これらの運転状態の間の優先付けのための値も含む。
Additionally, the wear record for the
以下、安全軸受215についての摩耗の記録を、摩耗増加量315-1及び総摩耗についての変数325の数値例に基づいて詳説する。数値は、ターボ分子ポンプである真空ポンプ10、111にとって代表的なものである。ただし、数値は、真空ポンプのタイプに応じて異なり得、記載の値以外をとってよい。
The recording of wear for
前述のように、摩耗増加量315-1及び安全軸受215の総摩耗についての変数325は、それぞれ、安全軸受215の全耐用期間の百分率に関連している。摩耗の記録は、安全軸受215の総摩耗についての変数325が最初にゼロで初期化され、これに続いて、トラブル事象が検出されるたびに(図8のステップ310参照)摩耗増加量315-1の分だけ増加されるように行われる。安全軸受215の総摩耗についての変数325が100%の値に達すると、エラー通知が出力される。したがって、総摩耗についての100%の値は、安全軸受215の予想耐用期間に相当する。
As previously mentioned,
安全軸受215の総摩耗についての変数325が、例えば真空ポンプ10、111の停止動作中にこの100%の値に達するとき、それにもかかわらず、安全軸受215の総摩耗についての変数325は、安全軸受215の摩耗をできるだけ完全に記録するために、真空ポンプ10、111の停止状態まで、引き続き摩耗増加量315-1の分だけ増加される。これにより、変数325は、真空ポンプ10、111の停止時に、100%より大きい値、例えば130%をとってよい。
When the variable 325 for the total wear of the
しかもその逆に、安全軸受215の総摩耗についての変数325を100%の値で初期化することも可能である。この場合、変数325は、トラブル事象ごとに、それぞれ摩耗増加量315-1の分だけ減少される。エラー通知は、摩耗増加量のこの「負のカウント方法」では、変数325が0%の値に達すると出力される。完全な摩耗記録のために、変数325は、前述の例に相応して、真空ポンプ10、111の停止まで、負の値、例えば-30%をとってよい。
And vice versa, it is possible to initialize the variable 325 for the total wear of the
図8において看取されるように、様々なプロセス又は方法ステップ310、360、390が、様々な摩耗増加量315-1、315-2、315-3をもたらす。例えば、ステップ360において、真空ポンプ10、111の運転回転数、つまり真空ポンプ10、111の到達可能な終了回転数から停止状態までの完全停止動作は、真空を維持しつつ、41%の摩耗増加量315-2をもたらす。この摩耗増加量315-2は、簡単に表すと、2つの成分からなる。第1の成分は、安全軸受215の自由回転部分の初期加速度から生じ、本例では1%であり、他方、第2の成分は、停止状態までの安全軸受動作におけるロータ12、149の実際の停止動作から生じ、本例では40%である。しかし、ロータ12、149の停止動作の時間は、真空ポンプ10、111が存在する真空設備の通気によって又は真空ポンプ10、111の発電制動によって、例えば半分にされ得るとき、最初の近似で、摩耗増加量315もまた約20%の値へと半分になる。この場合、ロータの完全停止動作は、2つの成分を合計すると、21%の摩耗増加量315-2となる。
As seen in FIG. 8, different process or method steps 310, 360, 390 result in different wear increments 315-1, 315-2, 315-3. For example, in
ステップ310(図8参照)で安全軸受動作をもたらすトラブル事象は、短時間で又は持続的に作用し得る。トラブル事象が短時間後になくなると、ロータ12、149の完全な完全停止動作は実行されない。というのも、能動型の磁気軸受部及びロータ12、149を再安定化させる、直後に実行される試行が即刻成功し得るからである。再安定化を伴う極めて短時間の安全軸受動作のそのようなケースにおいて、摩耗増加量315-3は、典型的には、3つの成分からなる。第1の成分は、ここでも安全軸受215の初期加速度から生じ、1%であり、他方、第2の成分は、再安定化の実際のプロセスから生じ、約1.5%の摩耗増加量315-3となる。第3の成分は、約0.5%の摩耗増加量315-3となる値で、停止するまでの安全軸受215の自由な停止動作に関連している。したがって、数秒の期間の短時間の安全軸受動作を伴うまれに生じる短時間のトラブルは、能動型の磁気軸受によるロータ12、149の再安定化が直ちに成功する最適なケースでは、総じて、3%の摩耗増加量315-3をもたらす。
The trouble event that results in safe bearing operation at step 310 (see FIG. 8) can be short term or persistent. If the trouble event disappears after a short period of time, a full kill-stop operation of
ロータ12、149を再安定化するこの最初の試行が、例えば引き続き継続するトラブルに基づいて不成功であるならば、安全軸受動作の進行中に、更なる又は他の態様の摩耗増加量315-3が生じる。不成功の再安定化試行に、ロータ12、149の完全停止動作が続くとき、この完全停止動作は、前述のように、ロータが停止するまでの持続時間に応じて、摩耗増加量315-2について20%から40%の値をもたらす。しかし、他方、再安定化の終了後の安全軸受215の停止動作についての値が、この停止動作が行われないので、生じない。したがって、要約すると、より長く続くトラブルの間では、再安定化試行が不成功であり、これに続いて、真空ポンプ10、111の運転回転数から停止するまで真空ポンプ10、111の通気を伴う完全停止動作が行われ、より長く続くトラブルについての摩耗増加量315-2は、以下の成分、i)安全軸受215の加速度に基づいて1%と、ii)再安定化試行に基づいて1.5%と、iii)真空ポンプ10、111の通気を伴う迅速な完全停止動作に基づいて20%とからなる。したがって、合計では、摩耗増加量315-2は、本例では22.5%である。
If this initial attempt to re-stabilize the
しかも、真空ポンプ10、111の通気を伴う完全停止動作の代わりに、所定の期間の後に、又は真空ポンプ10、111が徐々に停止動作している間に所定の回転数を下回ると、再安定化の別の試行を行ってよい。所定の期間は、例えば、安全軸受動作の開始から2分、1分又は0.5分であり、他方、所定の回転数は、例えば、半分の運転回転数である。ロータ12、149の再安定化の新たな試行は、成功し得る。というのも、トラブルがその間に漸減している、又はロータ12、149が、低い回転数が維持されるとき、より低いジャイロ力に基づいてより良好に再安定化され得るからである。新たな再安定化の成功にかかわらず、新たな安定化は、例えば0.9%の摩耗増加量315-2又は315-3となる別の値を伴う。両方の再安定化試行が失敗すると、310(図8参照)で検出されるトラブルは、総じて、22.5%の代わりに23.4%の摩耗増加量をもたらし、これは、単一の再安定化試行とこれに続く真空ポンプ10、111の完全停止動作とを伴う前述の例について特定された。これに対して、第2の再安定化試行が成功すると、ロータ12、149の半分の動作回転数から停止状態までの部分停止動作の値は生じず、これは、約6%の摩耗増加量315-3の減少につながる。しかし、安全軸受215の自由な停止動作についての値が加えられ、この値は、ロータ12、149の既に低下された回転数に基づいて約0.2%である。トラブル後に第1の再安定化試行が失敗し、第2の再安定化試行が成功する場合において、摩耗増加量315-3は、結果として合計約17.6%である。
Moreover, instead of a complete stop operation with venting of the vacuum pumps 10, 111, after a predetermined period of time or when the vacuum pumps 10, 111 fall below a predetermined rotation speed during the gradual stop operation, restabilization Another trial of conversion may be performed. The predetermined period is, for example, 2 minutes, 1 minute or 0.5 minutes from the start of the safety bearing operation, while the predetermined speed is, for example, half the operating speed. A new attempt to re-stabilize the
摩耗増加量315-1、315-2、315-3の値は、真空ポンプ10、111の運転パラメータ、例えば真空ポンプ10、111のロータ12、149の現在の回転数と、真空ポンプ10、111の設置姿勢と、安全軸受215の状態とに依存する。前述のように、真空ポンプ10、111の運転回転数で、摩耗増分量315-3に対する再安定化試行の値は、約1.5%であり、他方、半分の運転回転数では、対応する値は、約0.9%にすぎない。安全軸受動作に入るときの初期加速度の値は、真空ポンプ10、111の運転回転数で約1.0%、半分の運転回転数で0.4%である。安全軸受215の自由停止動作については、値は、真空ポンプ10、111の運転回転数で約0.5%、半分の運転回転数で0.2%である。
The values of the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 are based on the operating parameters of the vacuum pumps 10, 111, for example, the current rotation speeds of the
さらに、図8の方法ステップ310で検出される、トラブル事象の種類によって、安全軸受215の半部同士の接触ひいては安全軸受動作を引き起こす、ロータ12、149とステータとの、相互に接近する運動形態が認められる。これにより、トラブル事象の種類は、摩耗増分量315-1、315-2に対する、安全軸受の初期加速時に生じる値と、成功する再安定化を行う確率とに影響を及ぼす。運動形態がゆっくり増大する又は少なくとも連続して定常であるのみならず場合によっては持続するとき、最初の安全軸受接触は、遅く進行しがちである。これにより、安全軸受215は、軸受荷重がさらに低いとき、初期加速を完全に行うのにより多くの時間を得る。これに対して運動形態がカオス的で衝撃的であり、高い勾配及び場合によっては正負符号の変化を伴うとき、能動型の磁気軸受部の反応も複雑であり、カオス的な全体像に対応する。この場合、最初の安全軸受接触は、強い衝撃の間にランダムに行われがちであり、相応して、高い耐荷重を伴う迅速な安全軸受接触につながる。これは、ゆっくりとしたロータ12、149とステータとのカオス的ではない相互に接近する運動形態が続くトラブルと比較して、増加した摩耗増加量315-1、315-2、315-3を引き起こす。
In addition, the type of trouble event detected in
近似的に、摩耗増加量315-1、315-2、315-3は、一次的にロータ12、149の回転エネルギに依存し、ひいては二次的にその回転数に依存すると仮定される。詳細には、摩耗増加量315-1、315-2、315-3に対する値は、様々なプロセスによって、ロータ12、149のその都度の回転数に依存して、及び/又は直接にそのときに存在する各々の回転エネルギに、若しくは安全軸受動作による、回転エネルギの所定の期間にわたって生じる損失に依存して特定できる。安全軸受動作による以外の態様でロータ12、149から取り出される又はロータに供給されるエネルギ量を考慮してもよい。そのようなエネルギ量は、例えばロータ12、149の駆動部への駆動エネルギ及び/又はロータ12、149の駆動部からの制動エネルギ、又はその都度存在する既知の真空圧及び/又は通流する気体量で、発生するロータ12、149のガス摩擦に基づく仮想計算された値である。
Approximately, the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 are assumed to depend primarily on the rotational energy of the
安全軸受動作を伴うトラブルの開始時における安全軸受の初期の加速によって生じる、摩耗増加量315-1、315-2、315-3に対する値は、パラメータとしてロータ12、149の回転数及び/又は回転エネルギを伴うまれに生じる事象として推測できる。トラブルの開始後に生じ、ある程度の期間継続する前述の別のプロセスでは、この期間と、期間の開始及び終了時のロータ回転数と、場合によっては期間にわたるロータ回転数の経過とが、摩耗増加量315-1、315-2、315-3に対する値の算定要素である。例えば、トラブルの終了後における安全軸受215の自由な動作停止の既知の期間が、安全軸受215のその都度残っている相対回転数又は回転残数を推定するために用いられる。安全軸受動作を伴う複数のトラブルが短時間で連続して発生すると、必要な加速度、ひいては安全軸受と相手側との間の速度差を考慮することによって、適合された減少した摩耗増加量315-1、315-2、315-3を特定できる。数秒どころか数分の十分に長い期間を有するプロセスによって生じる、摩耗増加量315-1、315-2、315-3に対する値は、パラメータとして、ロータ12、149の回転数及び/又は回転エネルギを用いてより正確に特定でき、そのとき、摩耗増加量315-1、315-2、315-3についての時間及び/又は回転数に依存する計算式が存在し、計算式では、その都度のプロセスの期間及び/又は回転数範囲に関して積分される。
The values for the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 caused by the initial acceleration of the safety bearings at the onset of trouble with safety bearing operation are the number of revolutions and/or revolutions of the
摩耗増加量315-1、315-2、315-3に関与するプロセスは、様々な形で、ロータ12、149及び安全軸受215の構成要素の回転数及び/又は回転エネルギ、及び/又は目下発生している軸受荷重に依存する。プロセスは、例えば開始回転数及び終了回転数、又は各々の構成要素の回転数の経過、及びその間に作用する軸受荷重及び/又は存在する回転エネルギ、並びにその都度のプロセスの間のこれらのパラメータの連続的な経過に依存する。
The processes responsible for the wear increments 315-1, 315-2, 315-3, in various ways, are the rotational speed and/or rotational energy of the
その都度存在する軸受荷重は、単純化して示すと、同様に一次的に回転エネルギに依存し、したがって二次的に回転速度に依存する。構成及び/又は設置配向に応じて、通常、様々な軸受箇所の間に様々な軸受荷重又は部分軸受荷重の関係が存在し得る。例えば、真空ポンプ10、111の全ての設置配向において全ての軸受箇所の外側に重心を有するロータ12、149の片持ち式の軸受部によって、とりわけロータ12、149の回転軸線が、大体において空間内で水平に、つまり重力に対して直交方向に配置されているとき、ロータ12、149の回転軸線の方向に相互に離間された少なくとも2つの軸受箇所に、相互に逆向きに作用する高められた軸受力を生じさせ得る。
The respectively present bearing load, in a simplified manner, likewise depends primarily on the rotational energy and thus secondarily on the rotational speed. Depending on the configuration and/or installation orientation, there may typically be different bearing load or partial bearing load relationships between different bearing locations. For example, the cantilever bearing of the
真空ポンプ10、111のロータ12、149及びステータの幾何学パラメータ、例えば軸受箇所からの距離、重心、質量慣性モーメントや固有振動数及び/又は曲げ臨界モードが知られていると、軸受箇所ごとの摩耗増加量315-1、315-2、315-3の関係の特定が可能である。さらに、空間内の真空ポンプ10、111の向き、つまり真空ポンプ10、111の構成要素に作用する重力の方向が知られていると、摩耗増加量315-1、315-2、315-3を相応に適合できる。というのも、例えば特定の向きで、標準の向きに対してより高い又はより低い、個々の軸受箇所の負荷が存在し得るからである。
Knowing the geometrical parameters of the
安全軸受215の摩耗がそれぞれ異なる軸受箇所で大きく異なることが予想されるとき、安全軸受摩耗は、代替的に、総摩耗についての単一の変数325を用いてではなく、個々の軸受箇所ごとに、軸受箇所作用方向ごとに、それどころか軸受箇所部分セグメントごとに特定されて、記録される。例えば安全軸受動作中に回転軸線が空間内で水平に配置されるとき、固定の軸受箇所は、高いラジアル荷重を受け、これに伴う摩耗にさらされ得る一方、これに対して、軸方向の荷重及びこれに伴う摩耗は、最小限である。というのも、ロータ重量が、真空ポンプ10、111のこの空間配向に軸方向の耐荷重を生成しないからである。
When the wear of the
能動型の磁気軸受部の全軸の能動的な位置検出(図6及び図7参照)によって、1つ又は複数の軸受箇所における接触の順序及び/又は真空ポンプ10、111の周における位置に関する1つの若しくは複数の最初の接触箇所を特定することがさらに可能である。順序に応じて、様々な摩耗増加量を軸受箇所ごとに特定して記録できる。軸受輪走行面の、局所的に制限された摩耗増加量は、安全軸受215の固定側の周において常に同じ位置に留まる最初の接触位置について、ひいては完全な耐荷重の最初の作用方向について空間分解して記憶できる。
By means of active position detection of all axes of the active magnetic bearing (see FIGS. 6 and 7), a one It is further possible to identify one or more initial contact points. Depending on the sequence, different wear increments can be identified and recorded for each bearing location. The locally limited wear increment of the bearing ring running surface is spatially resolved for the first contact position, which always remains the same on the circumference of the fixed side of the
摩耗増加量315及び安全軸受215ごとの結果として生じる総摩耗の、軸受箇所及び/又は軸受軸線に関連するそのような記憶は、ユーザに直接通信しても、数式に基づく計算によって、総摩耗値又は複数の部分摩耗値に計算し直してもよい。例えば、純粋に最大値又は最小値を考慮すると、安全軸あたりの全ての摩耗値の最大値又は最小値、つまり全ての部分値の最悪値又は最良値のみを、総摩耗と定義し、通信できる。さらに、総摩耗は、様々な部分値の重み付けによって、よりバランスのとれた形で計算し、通信できる。
Such storage of the
摩耗についての境界値を上回るときのエラー通知及び/又は真空ポンプの確実な停止は、相応に、総摩耗の高さに基づいて行うだけではなく、個々の部分値又は部分値のうちの1つに基づいて行ってもよい、又は専ら個々の部分値又は部分値のうちの1つに基づいて行ってよい。様々な部分値の内部記憶は、一般的に、真空ポンプ10、111の後の時点での点検に際して、サービス技術者が、実際に摩耗した要素及び/又は最も強く摩耗にさらされた要素だけを交換し、隣り合う又は通常の範囲で摩耗にさらされた構成部材をより入念にコントロール下に置くことを可能にし、これにより、点検又は保守の品質及び効率が最適化される。
An error message and/or a safe shutdown of the vacuum pump when threshold values for wear are exceeded are correspondingly based not only on the height of the total wear, but also on the individual partial values or one of the partial values. or solely on the basis of the individual partial values or one of the partial values. The internal storage of the various part values generally allows a service technician, upon inspection of the
真空ポンプ10、111の供給電圧が喪失するとき、前述の非常用供給部は、少なくとも限られた期間にわたって、能動型の磁気軸受部の継続動作を確保できる。供給電圧の喪失によって、メモリ320内の各々の摩耗増加量315-1、315-2、315-3の記憶が場合によっては妨害される又は阻止される。しかし、供給電圧の前述の喪失は、例示的には、ダイオードによってエネルギが逆流しないように確保された中間記憶装置、例えばコンデンサより手前の供給電圧の低下の始まりを観察することによって、適時認識できる。例えば発電供給によって、非常用供給部の起動が可能であるとき、起動は、供給電圧の喪失直後に行える。この場合、安全軸受動作が起こらない。
When the supply voltage of the vacuum pumps 10, 111 is lost, the aforementioned emergency supply can ensure continued operation of the active magnetic bearings, at least for a limited period of time. Loss of supply voltage possibly disturbs or prevents storage of each wear increment 315-1, 315-2, 315-3 in
非常用供給の間に、又は既に供給電圧の喪失の開始時に、ロータ12、149の残っている回転残数又は例えば非常用バッテリの充電残量等の他の運転パラメータは、場合によっては非常用供給及び能動型の磁気軸支の維持にとってもはや十分ではない。そのような状態を解消するために、喪失中のあらゆる時点で、能動型の磁気軸受部にとって不要な電気負荷の部分スイッチオフを、例えば残っている回転残数又は現在の発電フィードバック電圧等の運転パラメータに依存して行える。部分スイッチオフについて考慮される電気負荷は、例えばインタフェースモジュール又はアクセサリ構成部材である。個々の要素の順序、ひいては重要性は、予め又は動的に運転パラメータに基づいて確定できる。例えば、インタフェースモジュールは、能動的なデータ接続を有するとき、後でスイッチオフできる。
During emergency supply, or already at the onset of loss of supply voltage, the remaining number of revolutions of the
能動型の磁気軸受部の機能停止を遅らせるあらゆる可能性が利用されると、非常用供給の喪失前に、能動型の磁気軸受部の規則通りのスイッチオフ、例えば安全軸受215内へのロータ12、149のコントロールされたゆっくりとした穏やかな移動、及び/又は摩耗増加量315-1、315-2、315-3の最終的な記憶を実行できる。この場合、ロータ12、149の残りの停止動作について、予め設定された又は既知の運転パラメータに基づいて動的に適合された摩耗増加量が、まだ停止動作の実際の終了前に記憶される、又は少なくとも不揮発性バッファメモリに格納されるので、最終的な記憶を、供給電圧の再利用又は復帰に際して後から行える。
Any possibility of delaying the failure of the active magnetic bearing is exploited, before the loss of emergency supply, the orderly switch-off of the active magnetic bearing, e.g. , 149 and/or final storage of wear increments 315-1, 315-2, 315-3. In this case, for the rest of the stopping motion of the
真空ポンプ10、111又は能動型の磁気軸受部の制御装置は、さらに、供給電圧の復帰ごとに、ロータ12、149の静止状態で能動型の磁気軸受部の以前のスイッチオフが行われていたかチェックできる。そのために、データ識別子が不揮発性メモリに設けられてよく、不揮発性メモリに、ロータ12、149が停止動作するとき、能動型の磁気軸受部の通常動作で、通常動作時のシャットダウン事象についての第1の値が割り当てられる。データ識別子は、ロータが回転し始めるたびに第2の値にリセットされる。データ識別子が、供給電圧の復帰に際して最初の値を有しないとき、おそらく、最後のシャットダウンが通常動作で行われていないだろう。
The control of the
真空ポンプ10、111の運転パラメータが、継続的に又は少なくとも規則的に特定の時間間隔で不揮発式に記憶されるとき、供給電圧の喪失後に、後から摩耗増加量315-1、315-2、315-3を算定し、メモリ320において、総摩耗についての変数325に追加できる。しかし、このプロセスは、一方では不揮発式に、他方では常に又は少なくとも極めて頻繁にデータを記憶しなければならないメモリ320に高い要求を課す。したがって、メモリ320の予想耐用期間は、これが真空ポンプ10、111の総耐用期間を、安全軸受摩耗又は真空ポンプ10、111の他の構成要素の劣化よりも強く制限することがないように、十分に長くなければならない。
When the operating parameters of the vacuum pumps 10, 111 are continuously or at least regularly stored in a non-volatile manner at specific time intervals, after a loss of the supply voltage, the wear increments 315-1, 315-2, 315-3 can be calculated and added in
方法300を実行するとき、安全軸受摩耗に関与する前述の各プロセスについて、それぞれ個々の部分摩耗増加量は、可能な限り直接にメモリ320に記憶され得る。これにより、あらゆる時点で、総安全軸受摩耗の現在の状態が記憶されていて、これは、通信可能である。このことは、実際の安全軸受動作に加えて供給電圧の完全な喪失が生じるとき、例えばユーザが設備の非常停止によって所望されないトラブルシューティングを施し、次いで、場合によってはロータ12、149の十分な運転時間が残っていない、又は現在の摩耗増加量を記憶するための十分なエネルギが残っていないときでも有利である。
When performing method 300, for each of the aforementioned processes involved in safety bearing wear, each individual partial wear increment may be stored in
以下、図8の方法ステップ340、350、370及び390の反復的な実行を、一例に基づいて詳説する。これらの方法ステップの反復的な実行は、再安定化試行の繰り返しの実行に対応し、その間、ステップ390で生じる待機時間が反復ごとに増加する。
The iterative execution of method steps 340, 350, 370 and 390 of FIG. 8 will now be detailed on the basis of an example. Repeated execution of these method steps corresponds to repeated execution of restabilization attempts, during which the waiting time occurring at
真空ポンプ10、111の制御装置は、付加的に、再安定化試行の反復的な実行の制御において使用される2つのカウンタを有する。第1のカウンタは、2つの再安定化試行の間の待機時間390を確定し、他方、第2のカウンタは、トラブル事象(図8のステップ310)の検出後の再安定化試行の回数を反映する数値を得る。真空ポンプ10、111の通常運転時に、つまりトラブル事象が発生しない限り、第1のカウンタ及び第2のカウンタは、まずは0で初期化される。
The controller of the
第1のカウンタに、第1のポンプ固有値が割り当てられている。各再安定化試行の開始時に、第1のポンプ固有値に第2のカウンタの現在値が乗算され、第1のカウンタに割り当てられる。第2のカウンタは、再安定化試行の回数を反映するので、これにより、後で詳説するように、再安定化試行の間の期間又は遅延が漸次延長される。 A first pump-specific value is assigned to the first counter. At the start of each restabilization attempt, the first pump-specific value is multiplied by the current value of the second counter and assigned to the first counter. A second counter reflects the number of restabilization attempts, thereby progressively increasing the period or delay between restabilization attempts, as will be discussed in more detail below.
第1のポンプ固有値は、例えば10から99の範囲にあり、本数値例では10である。したがって、本例では、再安定化試行の間の待機時間は、第2の再安定化試行以降、10の倍数だけ漸次延長される。 The first pump eigenvalue is, for example, in the range of 10 to 99, and is 10 in this numerical example. Thus, in this example, the waiting time between restabilization attempts is progressively increased by a multiple of 10 after the second restabilization attempt.
増加後に、第1のカウンタは、毎秒1ずつ減少され、原則的に、第1のカウンタが0に等しいときにのみ再安定化試行が行われる。これにより、第1のカウンタは、再安定化試行の間の遅延又は待機時間390を制御する。
After incrementing, the first counter is decremented by 1 every second, and in principle a restabilization attempt is made only when the first counter is equal to zero. The first counter thereby controls the delay or waiting
310(図8参照)においてトラブル事象が検出されると、直ちに、制御装置は、それぞれの短い期間の後で、例えば毎秒、再安定化試行を実行しようとする。しかし、その都度の再安定化試行は、第1のカウンタが0に等しいときにのみ実行されるので、その都度の再安定化試行は、第1のカウンタによって遅延できる。 As soon as a trouble event is detected at 310 (see FIG. 8), the controller attempts to perform a restabilization attempt after each short period of time, eg, every second. However, since each restabilization attempt is performed only when the first counter is equal to zero, each restabilization attempt can be delayed by the first counter.
第2のカウンタは、0で初期化されていて、第1のカウンタに、第1のポンプ固有値と第2のカウンタの値との積が割り当てられるので、第1のカウンタは、第1の再安定化試行の後でなお0に等しい。したがって、第1の再安定化試行の直後に第2の再安定化試行を行える。 The second counter is initialized at 0 and is assigned the product of the first pump-specific value and the value of the second counter, so that the first counter Still equal to 0 after a stabilization attempt. Therefore, a second restabilization attempt can be made immediately after the first restabilization attempt.
これに続いて、第2のカウンタは、第2のポンプ固有値で増加され、この値は、例えば1から9の範囲にあり、本数値例では1である。したがって、本例では、第2のカウンタは、トラブル事象後に再安定化試行をカウントし、したがって、第1の再安定化試行後では1に等しい。 Following this, the second counter is incremented by a second pump-specific value, which for example ranges from 1 to 9, and is 1 in this numerical example. Thus, in this example, the second counter counts restabilization attempts after a trouble event and is therefore equal to 1 after the first restabilization attempt.
第1の再安定化試行が成功すると、真空ポンプ10、111は、通常運転に移行し、その際、第1のカウンタ及び第2のカウンタは、再び0にセットされる。しかし、第1の再安定化試行が失敗すると、1秒後に第2の再安定化試行が行われる。というのも、第1のカウンタが、依然として0に等しいからである。第2の再安定化試行の開始時に、本例では、まず第1のカウンタに値10が割り当てられ、つまり第2のカウンタの現在値1に第1のポンプ固有値10が乗算され、続いて、第2のカウンタが2に増加される。
If the first re-stabilization attempt is successful, the
第2の再安定化試行が成功すると、真空ポンプは、再び通常運転に移行し、一方、第1のカウンタ及び第2のカウンタは、再び0にセットされる。しかし、第2の再安定化試行が失敗すると、第3の安定化試行までの待機時間は、10秒である。というのも、第1のカウンタの値10が毎秒1ずつ減少され、第1のカウンタが再び0に等しいとき、ようやく次の再安定化試行が行われるからである。
If the second re-stabilization attempt is successful, the vacuum pump resumes normal operation while the first and second counters are set to zero again. However, if the second restabilization attempt fails, the waiting time before the third stabilization attempt is 10 seconds. This is because the
トラブル事象が10秒後に依然として継続するとき、第3の再安定化試行が行われ、その際、第1のカウンタに、値20が割り当てられ、第2のカウンタは、第3の再安定化試行が失敗したときには値3を得る。その他の場合には、両方のカウンタは、再び0に等しい。 When the trouble event still continues after 10 seconds, a third restabilization attempt is made, with the first counter being assigned a value of 20 and the second counter increasing to the third restabilization attempt. fails, you get the value 3. Otherwise, both counters are equal to 0 again.
第3の再安定化試行が失敗した後では、第1のカウンタが0に等しく、更なる再安定化試行を行えるまで20秒かかる。したがって、2つの更なる再安定化試行の間の待機時間390は、再安定化試行が失敗するごとに、第1のポンプ固有値に対応する数の秒数だけ延長される。換言すると、新たな再安定化試行は、再安定化試行が失敗するごとに「魅力がなくなる」。
After the third unsuccessful restabilization attempt, the first counter equals 0 and it takes 20 seconds before a further restabilization attempt can be made. Thus, the waiting
前述した複数の再安定化試行を反復して実行するとき、真空ポンプ10、111についての運転設定値の特定のセット330(図8参照)が用いられる。セット330には、例えば運転設定値「真空ポンプの運転を維持する」及び「再安定化試行を漸次遅らせる」が含まれる。これに対応して、再安定化試行は、ロータ12、149の完全停止動作をまずは阻止するために、反復的に実行され、しかも、次の再安定化試行までの待機時間は、再安定化試行が失敗するごとに長くなる。
A particular set of operating settings 330 (see FIG. 8) for the
1つ又は複数の静的な運転設定値、例えば「安全軸受動作をできるだけ長く回避する、安全軸受動作の期間をできるだけ短く維持する」に対して代替的に又は付加的に、運転設定値のセット330は、動的に適合可能で動作状態に反応する複数の運転設定値又は規則のセットを含んでよい。これらの運転設定値は、予め固定に設定されてよく、真空ポンプ10、111の運転状態又はユーザ設定値による優先順位に応じて変更してよい。さらに、運転設定値は、適応アルゴリズム又は自己学習アルゴリズムによって実行及び適合できる。 A set of operating setpoints, alternatively or additionally to one or more static operating setpoints, e.g. "avoid safety bearing operation as long as possible, keep period of safety bearing operation as short as possible" 330 may include a plurality of sets of operational settings or rules that are dynamically adaptable and responsive to operating conditions. These operating set values may be fixed in advance, or may be changed according to the operating state of the vacuum pumps 10, 111 or the priority set by the user. Additionally, operating settings can be implemented and adapted by adaptive or self-learning algorithms.
安全軸受動作の開始時には、真空ポンプ10、111の制御装置又は能動型の磁気軸受部の制御について、トラブル事象の保持及び経過が不明である。しかし、どの摩耗増加量315-2が、ロータ12、149の完全停止動作の最悪の場合に生じるか知られている。さらに、前述したように、再安定化試行によってそれぞれ付加的に生じる摩耗増加量315-3を推定できる。安全軸受動作を引き起こしたトラブルの種類及び重大度も、センサデータに基づいて知ることができる。 At the start of safety bearing operation, the hold and progress of trouble events are unknown for the controls of the vacuum pumps 10, 111 or the controls of the active magnetic bearings. However, it is known what wear increment 315-2 would occur in the worst case of a complete stop motion of rotors 12,149. Additionally, as previously described, the additional wear increment 315-3 caused by each restabilization attempt can be estimated. The type and severity of trouble that caused safe bearing operation can also be known based on sensor data.
例えばユーザの設定値として、運転設定値のセット330には、さらに、真空ポンプ10、111の通気、ひいては迅速な外部の制動が可能であるか、又は設備電圧供給部へのエネルギフィードバックが可能であるか、ひいてはロータ12、149の発電制動が組み込まれた負荷抵抗なしで又は負荷抵抗を介して行えるかも含まれる。運転設定値のセット330の一部は、さらに、真空ポンプ10、111がその中に位置する真空設備の性質によって、又は直接にユーザによって設定されてよい。例えば相反する設定値「真空ポンプの運転を必ず維持する」又は「安全軸受摩耗を最小限に抑える」が含まれてよく、これらの設置値は、ユーザによって及び/又は真空設備又は真空ポンプ10、111の現在の運転状態に応じて優先付けられる。
The set of operating
運転設定値「真空ポンプの運転を必ず維持する」については、通常のように安全軸受動作で一般的にロータ12、149の駆動を停止させるのではなく、例えばプロセスバッチの中断、及びこれにより生じるその後のコストを回避するために、ロータを必要な限りできるだけ長く運転回転数で維持することが合理的であり得る。さらに、設備制御部は、場合により予備真空ポンプを運転回転数にする、及び/又は予備真空ポンプの弁スライダを真空設備へ向けて開き、これと同時に該当する真空ポンプを遮断するための時間を必要とし、これにより、真空システム内で安定維持される真空圧が保証される。トラブル事象が持続するとき、運転設定値「真空ポンプの動作を必ず維持する」は、特定の期間の後ではあまり重要でなくなり、別の運転設定値、例えば「設備及び真空ポンプをできるだけ迅速に停止させる」が、より高い優先度を有する。
For the operating setpoint "always keep the vacuum pump running", rather than typically stopping the drive of the
運転設定値「真空ポンプをできるだけ迅速に停止させる」は、再安定化が行われないことを前提としている。その代わり、安全軸受動作と、これによりロータ12、149から取出し可能な回転エネルギは、安全軸受摩耗を犠牲にして、ロータ12、149における制動効果を最大化し、真空ポンプ10、111の停止を可能な限り短時間で行う可能性をなす。
The operating setpoint "stop the vacuum pump as quickly as possible" assumes that no restabilization takes place. Instead, the safety bearing action, and thus the rotational energy that can be extracted from the
極端な例をなす前述の運転設定値の他に、複数の別の運転設定値、例えば「絶対に可能な限り迅速に再安定化する」又は「安全軸受摩耗を最小限に抑えながらロータ回転数の少なくとも半分を維持する」が可能である。しかし、特別な周辺条件が存在しないとき、通常、運転設定値のセット330について「最適化された標準状態」が設定され、その主要目標は、僅かな安全軸受摩耗である。以下、そのような運転設定値のセット330の詳細を記載する。
In addition to the above operating setpoints, which constitute extreme examples, there are several other operating setpoints, such as "re-stabilize as quickly as possible" or "rotor speed while minimizing safety bearing wear." is possible to maintain at least half of However, in the absence of special peripheral conditions, an "optimized standard condition" is typically set for the set of operating
トラブル事象が生じると、まず、トラブル事象が継続しているか又は収束しているかチェックされる。トラブル事象をもはや認識できないとき、再安定化試行が行われる。その際、再安定化試行の摩耗増加量315-3が、潜在的な完全停止動作の摩耗増加量315-2よりも小さくなければならないという規則が適用される。ロータ12、149の回転数が既に極めて低いとき、例えば真空システムがスイッチオフされ、誤って真空ポンプ10、111が停止する前に既に動かされる間は、ロータ12、149の完全停止動作は、安全軸受摩耗に関してより好ましい。これに対して、再安定化試行は、極めて低い回転数では、安全軸受動作を伴う更なるトラブル事象を再び招くおそれがあり、これは、更なる摩耗増加量315-1、315-2、315-3を生成する。
When a trouble event occurs, it is first checked whether the trouble event continues or has been resolved. A restabilization attempt is made when the trouble event can no longer be recognized. The rule then applies that the wear increment of a restabilization attempt 315-3 must be less than the wear increment of a potential full stop motion 315-2. When the rotation speed of the
再安定化が成功しなかったとき、以前の試行から経過した時間が少ないほど、次の試行も失敗する確率が高くなる。というのも、例えばトラブル事象がまだ収束していない、又はロータ12、149が真空ポンプ10、111の不都合な設置姿勢で過度に多くの回転エネルギを有し、したがって、能動型の磁気軸受部の既存の手段による安定化が実行できないからである。両方のケースで、トラブル事象の終了を待つ、又は回転数又は回転エネルギの減少を待つのが好ましい。
When restabilization is not successful, the less time that has passed since the previous attempt, the higher the probability that the next attempt will also fail. This is because, for example, the trouble event has not yet subsided, or the
トラブル終了は、例えば前述したセンサを用いて能動的に検出される。さらに、例えば所定の値又は運転回転数の一部として特定される値の分だけ、回転数、ひいては回転エネルギの減少を待ってよい。さらに、再安定化試行中の待機時間390を設定できる、又は運転回転数に依存して特定できる。前述の事象の1つ又は組合せが、新たに再安定化試行を惹起し、これは、今度は、この時点で予期される摩耗増加量315-3が、ロータ12、149の残りの停止動作についての摩耗増加量315-2より小さいときにのみ行える。代替的に、再安定化試行は、真空設備の運転状況によって又はユーザによって相応の要求が行われると、直ちに惹起される。
Trouble termination is actively detected using, for example, the sensors described above. Furthermore, it is possible to wait for the rotational speed and thus the rotational energy to decrease, for example by a predetermined value or a value specified as part of the operating rotational speed. Additionally, a
10 真空ポンプ
12 ロータ
14 ターボロータディスク
16 モータ
18 ロータ軸線
20 第1のラジアル軸受
22 スラスト軸受
24 第2のラジアル軸受
26 第1のラジアルセンサアセンブリ
28 第2のラジアルセンサアセンブリ
30 構成部材
32 モータ室
34 ラジアルセンサアセンブリ
36 ボード
38 コイル
111 ターボ分子ポンプ
113 吸気口フランジ
115 ポンプ吸気口
117 ポンプ排気口
119 ハウジング
121 下部分
123 エレクトロニクスハウジング
125 電動モータ
127 アクセサリ接続部
129 データインタフェース
131 電流供給接続部
133 通気用吸気口
135 シールガス接続部
137 モータ室
139 冷却剤接続部
141 下面
143 ねじ
145 軸受カバー
147 固定孔
148 冷却剤管路
149 ロータ
151 回転軸線
153 ロータシャフト
155 ロータディスク
157 ステータディスク
159 スペーサリング
161 ロータハブ
163 ホルベックロータスリーブ
165 ホルベックロータスリーブ
167 ホルベックステータスリーブ
169 ホルベックステータスリーブ
171 ホルベック間隙
173 ホルベック間隙
175 ホルベック間隙
179 接続チャネル
181 転がり軸受
183 永久磁石式の磁気軸受
185 スプラッシュナット
187 ディスク
189 インサート
191 ロータ側の軸受半部
193 ステータ側の軸受半部
195 リング磁石
197 リング磁石
199 軸受間隙
201 支持部分
203 支持部分
205 半径方向の支柱
207 カバー要素
209 支持リング
211 固定リング
213 皿ばね
215 非常用軸受又は安全軸受
217 モータステータ
219 中間室
221 壁部
223 ラビリンスシール
300 真空ポンプを運転する方法
310 検出されたトラブル事象
315-1 推定された摩耗増加量
315-2 初期化された摩耗増加量
315-3 初期化された摩耗増加量
320 メモリ
325 安全軸受の総摩耗についての変数
330 真空ポンプについての運転設定値のセット
340 総摩耗についての変数と運転設定値のセットとの間の仲介
350 ロータの安定化?
360 真空ポンプシャットダウン
370 安定化成功?
380 真空ポンプの通常運転
390 待機時間
395 矢印
10 Vacuum Pump 12 Rotor 14 Turbo Rotor Disk 16 Motor 18 Rotor Axis 20 First Radial Bearing 22 Thrust Bearing 24 Second Radial Bearing 26 First Radial Sensor Assembly 28 Second Radial Sensor Assembly 30 Components 32 Motor Chamber 34 Radial sensor assembly 36 board 38 coil 111 turbomolecular pump 113 inlet flange 115 pump inlet 117 pump outlet 119 housing 121 lower part 123 electronics housing 125 electric motor 127 accessory connection 129 data interface 131 current supply connection 133 vent intake Mouth 135 Seal gas connection 137 Motor chamber 139 Coolant connection 141 Lower surface 143 Screw 145 Bearing cover 147 Fixing hole 148 Coolant line 149 Rotor 151 Rotation axis 153 Rotor shaft 155 Rotor disk 157 Stator disk 159 Spacer ring 161 Rotor hub 163 Holder Beck rotor sleeve 165 Holweck rotor sleeve 167 Holweck stator sleeve 169 Holweck stator sleeve 171 Holweck gap 173 Holweck gap 175 Holweck gap 179 Connection channel 181 Rolling bearing 183 Permanent magnet magnetic bearing 185 Splash nut 187 Disc 189 Insert 191 Rotor side bearing half 193 stator side bearing half 195 ring magnet 197 ring magnet 199 bearing gap 201 support part 203 support part 205 radial strut 207 cover element 209 support ring 211 fixing ring 213 disc spring 215 emergency or safety bearing 217 Motor Stator 219 Intermediate Chamber 221 Wall 223 Labyrinth Seal 300 Method of Operating Vacuum Pump 310 Trouble Events Detected 315-1 Estimated Wear Growth 315-2 Initialized Wear Growth 315-3 Initialized Wear Growth 320 memory 325 variable for total safety bearing wear 330 set operating setpoints for vacuum pump 340 mediation between variable for total wear and set of operating setpoints 350 rotor stabilization?
360
380 Normal operation of
Claims (15)
方法は、
真空ポンプ(10、111)についての運転設定値のセット(330)を用意し、運転設定値のセット(330)は、真空ポンプ(10、111)の、トラブル事象のときに達成されるべき少なくとも1つの運転状態を有し、
トラブル事象を検出し、トラブル事象のとき、ロータ(12、149)は、ステータに対して、ロータ(12、149)に対して設定された空間領域から離反し、安全軸受(215)に摩耗が発生し、
検出されたトラブル事象に基づいて、安全軸受(215)についての摩耗増加量(315-1)を推定し、
摩耗増加量(315-1)を、安全軸受(215)の総摩耗についての変数(325)に加え、
真空ポンプ(10、111)についての運転設定値のセット(330)に基づいて、及び安全軸受(215)の総摩耗についての変数(325)に基づいて、ロータ(12、149)を安定化させる手段を実行するか判定する、
ことを有する、方法。 It has a rotor (12, 149), a stator, actively controlled magnetic bearings (20, 22) for journaling the rotor (12, 149), and a safety bearing (215) for the rotor (12, 149). In a method of operating a vacuum pump (10, 111), comprising:
The method is
A set (330) of operating settings for the vacuum pump (10, 111) is provided, the set (330) of operating settings for the vacuum pump (10, 111) to be achieved in the event of at least having one operating state,
A trouble event is detected, and when the trouble event occurs, the rotor (12, 149) moves away from the spatial area set for the rotor (12, 149) with respect to the stator, and wear occurs in the safety bearing (215). occur,
estimating a wear increase amount (315-1) for the safety bearing (215) based on the detected trouble event;
Adding the wear increment (315-1) to the variable (325) for the total wear of the safety bearing (215),
Stabilize the rotor (12, 149) based on a set (330) of operating settings for the vacuum pump (10, 111) and based on a variable (325) for the total wear of the safety bearings (215) determine whether to carry out the means,
Having a method.
ロータ(12、149)と、
ステータと、
ロータ(12、149)を軸支する能動制御型の磁気軸受(20、22)と、
ロータ(12、149)用の安全軸受(215)と、
トラブル事象を検出する少なくとも1つの手段であって、トラブル事象のとき、ロータ(12、149)が、ステータに対して、ロータ(12、149)に対して設定された空間領域から離反し、安全軸受(215)に摩耗が生じる、トラブル事象を検出する少なくとも1つの手段と、
制御装置と、
安全軸受(215)の総摩耗についての変数(325)を含むメモリ(320)と、
を備え、
制御装置は、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている、真空ポンプ(10、111)。 In the vacuum pump (10, 111),
a rotor (12, 149);
a stator;
actively controlled magnetic bearings (20, 22) for supporting the rotor (12, 149);
a safety bearing (215) for the rotor (12, 149);
at least one means for detecting a trouble event, wherein when the trouble event the rotor (12, 149) moves away from the spatial region set for the rotor (12, 149) with respect to the stator, a safe at least one means for detecting a trouble event in which wear occurs in the bearing (215);
a controller;
a memory (320) containing a variable (325) for the total wear of the safety bearing (215);
with
A vacuum pump (10, 111), the controller being configured to perform the method according to any one of claims 1 to 12.
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