一种分子泵涡轮应力去除测试工装及其使用方法与流程

本技术涉及分子泵涡轮应力消除领域，更具体地说，尤其涉及一种分子泵涡轮应力去除测试工装及其使用方法。

背景技术：

1、<现有的分子泵涡轮应力处理方式>

2、金属部件在加工过程中一般会产生应力，其表现为翘曲现象。应力去除一般采用以下方法来去除：

3、第一，热处理去除（如：cn112323003a、cn118621097a）。即对分子泵涡轮在较高的温度下烤烘一定时间，以消除应力。

4、第二，自然放置。即将结构在室温状态下放置半年甚至几年，通过时间来消除应力。

5、第三，振动处理（如：cn118685619a、cn217651286u）。使用激振器对金属构件在预定频率下进行振动，从而去除金属构件内部的残余应力。

6、对于分子泵涡轮而言，由于其要求的加工精度极高，在生产阶段应力消除的步骤是：

7、（1）原料阶段：在原料阶段需进行热处理；

8、（2）加工阶段：原料热处理后再依次进行粗加工、半精加工、精加工等车工工序和高速铣工工序；在上述两个工序之间均需要采用热处理处理加自然放置相结合的方法去除各工序过程中的产生的应力。

9、（3）完工阶段：零部件加工完成之后，再次进行热处理处理加自然放置相结合的方式进行去应力。

10、<分子泵涡轮应力的表现形式及测试指标的确定>

11、对于大口径分子泵涡轮而言，其应力的表现与常见的金属构件表现不同：

12、（1）翘曲测量失效。即对于分子泵涡轮而言，当翘曲值大于等于“0.03”mm的情况，通过游标卡尺等工具容易发现；当翘曲值小于“0.03”mm，此时在通过游标卡尺等工具是很难准确测定的。然而，当经过热处理-自然放置等方式处理后的分子泵涡轮，虽然翘曲值小于0.03mm，但是诸多分子泵涡轮仍然存在应力。

13、（2）在翘曲值无法表征内力的基础上，需要确定新的测试指标（即确定何时不再需要进行应力消除的判断指标）。

14、综上所述，现有技术存在以下两点缺陷：

15、（1）分子泵涡轮的应力去除的加工周期极长（几个月到几年不等），使得物料堆积成本较高。即如何加快分子泵涡轮的应力去除是一个难题。

16、（2）如何确定新的测试指标以及如何测量该指标也是一个难题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种分子泵涡轮应力去除测试工装。

2、本技术的另一目的在于提供一种分子泵涡轮应力去除测试工装的使用方法。

3、本技术的技术方案如下：

4、一种分子泵涡轮应力去除测试工装，包括：测试板、三通接头、监测组件、涡旋干泵、冷水机；

5、其中，所述测试板设置在分子泵的开口端且与分子泵的外壳连接；

6、其中，监测组件包括：流量计、真空计、涡轮测温传感器、涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器；

7、在测试板上连接有三通接头，三通接头的一端与所述测试板连接且与所述分子泵的泵口连通，三通接头的另两端分别连接有流量计、真空计；

8、所述流量计用于控制通入测试泵内部的流量；

9、所述真空计用于测量分子泵开口处的气压；

10、所述涡轮测温传感器用于测量涡轮的温度；

11、所述涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器分别用于检测涡轮上端面和下端面的振动值；

12、其中，所述涡旋干泵与分子泵连通，其用于为分子泵提供启动压强；

13、其中，所述冷水机与所述分子泵连通，其用于对分子泵进行冷却。

14、进一步，所述分子泵涡轮应力去除测试工装还包括：上位机；所述流量计、所述真空计、所述涡轮测温传感器、涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器均与所述上位机保持连接。

15、进一步，所述涡轮测温传感器安装在所述测试板上。

16、进一步，所述涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器分别安装在分子泵的泵壳上端和分子泵的泵体吹扫口处。

17、进一步，所述监测组件还包括：电机测温传感器，所述电机测温传感器用于测量电机的温度。

18、一种分子泵涡轮应力去除测试工装的使用方法，包括如下步骤：

19、s100，在涡轮装配完成后，进行动平衡测试，将满速状态下分子泵的涡轮不平衡量降低至动平衡测试预定值以下；

20、s200，将未装配静片及隔离环的分子泵与前述的分子泵涡轮应力去除测试工装进行安装；

21、s300，启动分子泵涡轮应力去除测试工装：

22、首先，初始条件下通过流量计的空气流量为0；

23、然后，开启监测组件、冷水机、涡旋干泵，待真空度降低至100pa以下时，分子泵通电转至满速状态；

24、其次，待分子泵满速后，调节流量计使得空气流量上升至500sccm；

25、s400，待测试条件满足要求开始计时测试时间且维持满足要求的测试条件至少24小时；其中，满足要求的测试条件包括：涡轮的温度区间为70℃-90℃、空气流量为500sccm；

26、s400的过程中，实时进行平衡测试：实时监控涡轮上端面的振动值x、涡轮下端面的振动值a，判断平衡测试是否满足条件：若x或者a大于等于极限预定值，不满足平衡，停止测试，返回步骤s100；否则，继续进行测试；

27、s500，判断应力消除是否满足条件：

28、若x24-x20<0.01μm且a24-a20<0.01μm且x、a小于长期预定值，应力释放完成且涡轮动平衡合格；

29、若x24-x20<0.01μm且a24-a20<0.01μm且x或a高于长期预定值，应力释放完成且涡轮动平衡不合格，需要重新进行平衡；

30、否则，应力释放不完全，返回步骤s100。

31、进一步，dn200的动平衡测试预定值为0.07μm；dn250的动平衡测试预定值为0.10μm；dn320的动平衡测试预定值为0.12μm；dn400的动平衡测试预定值为0.20μm。

32、进一步，dn200的极限预定值的取值为0.10μm；dn250的极限预定值的取值为0.18μm；dn320的极限预定值的取值为0.20μm；dn400的极限预定值的取值为0.25μm。

33、进一步，长期预定值为0.05μm。

34、本技术的有益效果在于：

35、本技术的基础发明构思在于：针对分子泵涡轮应力不易测试的问题，提出了新的测试指标。分子泵涡轮在高速转动时，由于应力的存在，会造成涡轮的微变形，进而造成涡轮的质量分布会有所变化，进而造成涡轮重心偏离旋转轴线，造成振动值发生变化”。因此，采用“涡轮上端面和下端面的测振点振动值变化值”作为应力测试指标（即判断）是合适的。具体而言，本技术的测试指标的测试条件为：（1）涡轮的温度区间为70℃-90℃内进行气载振动；（2）空气流量为500sccm。

36、（2）本技术提出了分子泵涡轮应力去除测试工装。其关键设计在于：

37、2.1，“在分子泵的泵口处设置流量计（其能够控制外界气体（一般采用空气）进入分子泵的流量大小），利用气体冲击来实现涡轮的振动，从而实现涡轮应力消除”。

38、2.2，通过冷水机来实现对涡轮温度的控制。

39、2.3，通过涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器来判断分子泵涡轮应力消除是否满足要求。

40、（3）本技术提出了分子泵涡轮的应力消除方法。本技术的方案是“气体冲击振动+高温”结合的方法来消除分子泵涡轮应力（即内应力）。

41、3.1，常见的超声波振动会导致涡轮产生氧化问题以及应力噪声问题；振动电机的振动幅度一般在0.5mm以上，可靠性较差，噪音问题明显，无法应用于分子泵涡轮这样的精密设备。本技术首次提出了气体冲击振动的方式。

42、3.2，对于大多数分子泵而言，在24小时至32小时间，涡轮上端面/下端面的振动值变化幅度小于0.005μm，因此选取24小时作为测试时效时间更合理。

43、3.3，仅仅使用气体冲击振动，是无法消除涡轮应力问题的。经过试验二可知：涡轮温度在70至90℃区间内是最佳的，继续提高涡轮温度对于应力消除速度没有那么高的意义。

44、3.4，应力消除的判断指标为（即取20、24小时的监测值来作为测试指标）：

45、若x24-x20<0.01μm且a24-a20<0.01μm且x、a小于长期预定值，应力释放完成且涡轮动平衡合格；

46、若x24-x20<0.01μm且a24-a20<0.01μm且x或a高于长期预定值，应力释放完成且涡轮动平衡不合格，需要重新进行平衡；

47、否则，应力释放不完全，重新进行应力消除（下一个周期）。

技术特征：

1.一种分子泵涡轮应力去除测试工装，其特征在于，包括：测试板、三通接头、监测组件、涡旋干泵、冷水机；

2.根据权利要求1所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装，其特征在于，所述分子泵涡轮应力去除测试工装还包括：上位机；所述流量计、所述真空计、所述涡轮测温传感器、涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器均与所述上位机保持连接。

3.根据权利要求1所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装，其特征在于，所述涡轮测温传感器安装在所述测试板上。

4.根据权利要求1所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装，其特征在于，所述涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器分别安装在分子泵的泵壳上端和分子泵的泵体吹扫口处。

5.根据权利要求1所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装，其特征在于，所述监测组件还包括：电机测温传感器，所述电机测温传感器用于测量电机的温度。

6.一种分子泵涡轮应力去除测试工装的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

7. 根据权利要求6所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装的使用方法，其特征在于，进一步，dn200的动平衡测试预定值为0.07μm；dn250的动平衡测试预定值为0.10μm；dn320的动平衡测试预定值为0.12μm；dn400的动平衡测试预定值为0.20μm 。

8.根据权利要求6所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装的使用方法，其特征在于，dn200的极限预定值的取值为0.10μm；dn250的极限预定值的取值为0.18μm；dn320的极限预定值的取值为0.20μm；dn400的极限预定值的取值为0.25μm。

9.根据权利要求6所述的一种分子泵涡轮应力去除测试工装的使用方法，其特征在于，其特征在于，长期预定值为0.05μm。

技术总结
本申请公开了一种分子泵涡轮应力去除测试工装及其使用方法，其属于分子泵涡轮应力消除领域，其技术要点在于：在测试板上连接有三通接头，三通接头的一端与所述测试板连接且与所述分子泵的泵口连通，三通接头的另两端分别连接有流量计、真空计；所述流量计用于控制通入测试泵内部的流量；所述真空计用于测量分子泵开口处的气压；所述涡轮测温传感器用于测量涡轮的温度；所述涡轮上端面测振传感器、涡轮下端面测振传感器分别用于检测涡轮上端面和下端面的振动值；其用于对分子泵进行冷却。采用本申请的技术方案，能够快速的去处分子泵涡轮应力。

技术研发人员：韩超,顾颖,李赏,王超,刘立军,白生伟,郇凯旋
受保护的技术使用者：苏州中科科仪技术发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5