밸런싱 기술의 획기적인 발전: Laser Balancing™은 터보 펌프 의 작동을 훨씬 더 효율적으로 만듭니다.
1958년 발명 이후 터보 분자 펌프(약칭으로 터보 펌프)는 고진공 기술의 원동력으로 간주되어 왔습니다. 안정적인 진공 생성 덕분에 반도체 생산 산업 및 기타 산업에서 없어서는 안 되는 요소가 되었습니다. 그 당시 13년 동안 Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik GmbH(오늘날 Pfeiffer Vacuum GmbH)의 기술 실험실의 책임자였으며, 이것의 발명가인 빌리 베커(Willi Becker)는 그 때만 해도 63년 후 레이저 광선이 터보 펌프를 더욱 획기적으로 만들 것이라고는 꿈에도 생각하지 못했습니다. 이는 레이저 밸런싱이 터보 펌프의 사용 수명과 성능을 증가시키는 밸런싱 기술의 가장 효율적인 최신 방식이기 때문입니다. 레이저 밸런싱은 예전에 빌리 베커가 터보 펌프를 발명한 회사인 Pfeiffer Vacuum에서 개발되어 특허를 취득했습니다.
터보 펌프의 구조
지금까지도 터보 펌프는 oil-free 고진공 및 초고진공 생성에 필수적인 것으로 남아 있습니다. 발명된 직후부터 이는 진공 생성을 위한 기존 펌핑 원리를 점진적으로 대체해갔습니다. 1960년대에 고진공에 대한 수요가 점점 더 증가하기 시작하면서 터보 펌프는 다양한 응용 분야에서 고진공 및 초고진공 생성을 위한 표준으로 빠르게 자리 잡았습니다. 이것의 사용 없이는 반도체 제조 또는 코팅의 많은 공정 단계가 가능하지 않을 것입니다.
터보 펌프의 설계는 터빈의 설계와 유사합니다. 펌프 내부에는 여러 개의 회전자 디스크가 샤프트에 장착되어 있습니다(그림 1). 그들 사이에는 블레이드 방향이 로터 블레이드의 방향으로 거울 반전된 고정자 디스크가 있습니다. 그 결과, 펌핑될 기체 분자가 개별 터보 단계를 따라 고진공 플랜지에서 전진공 플랜지로 전달됩니다. 터보 펌프의 로터는 brushless 3상 동기식 모터에 의해 구동됩니다. 이로써 최대 1500Hz에 달하는 매우 높은 회전 주파수를 달성할 수 있습니다. 로터 샤프트 베어링은 고진공 측면의 영구 자석 베어링과 전진공 측면의 고성능 볼 베어링으로 구성됩니다. 볼 베어링은 최소한으로 윤활되더라도 펌프는 oil-free 진공을 생성합니다.
기계 공학에서 거의 발견되지 않는 하이브리드 베어링은 베어링 및 밸런싱 기술에 대한 특성을 나타내며 일반적인 베어링 기술과 차별화됩니다. 매우 빠른 속도와 결합될 때 터보 펌프 로터의 밸런싱은 특히 기술적인 도전이 됩니다. 이는 특히 밸런싱 품질이 터보 펌프의 사용 수명 및 성능에 큰 영향을 미치기 때문입니다.
영구 자석 베어링과 볼 베어링이 있는 로터 샤프트 베어링 배열을 보여주는 하이브리드 베어링 터보 펌프의 단면 모델.
로터 밸런싱의 배경
실제로 모든 회전 구성품은 어느 정도의 언밸런스를 보이므로, 이를 완전히 피할 수는 없습니다. 나중에 가능한 한 적은 진동으로 작동할 수 있도록 적절한 조치를 취하여 훨씬 빠르게 회전하는 로터의 언밸런스를 줄이는 것이 필수적입니다. 가장 잘 알려진 과정은 아마도 자동차 타이어의 밸런싱 과정일 것입니다. 휠이 불균형을 보이는 경우, 핸들의 진동을 통해 이를 분명히 알 수 있습니다. 이러한 물리적 현상은 원심력이라고도 알려져 있습니다. DIN ISO 정의에서는, 로터의 언밸런스를 불균형한 원심력으로 인해 순환력 및 움직임이 베어링으로 전달되는 상태로서 설명됩니다.
육안으로 볼 때 대칭으로 보이는 본체조차도 실제로 질량 분포에서는 약간의 편차를 보입니다. 이러한 편차는 예를 들어 구성품의 제조 공정이나 원료 밀도의 불균질성의 결과로 발생할 수 있습니다. 언밸런스라는 용어는 이러한 고르지 않은 질량 분포를 설명합니다. 다른 원인은 디자인 또는 조립에서 유래할 수 있습니다. 또한 마모나 침전물로 인해 작동 중 언밸런스가 발생할 수도 있습니다.
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