Vyvažovací stojan pro vysokorychlostní rotory vakuových čerpadel

Úvod

Vyvažování vysokorychlostních rotorů ve vakuových pumpách vyžaduje specializované zařízení schopné udržet přesnost i za extrémních provozních podmínek. Pro splnění těchto požadavků byly v letech 2002 a 2009 vyvinuty specializované vyvažovací stolice. Tyto systémy jsou navrženy pro dynamické vyvažování smontovaných rotorů turbín při skutečných provozních otáčkách v rozmezí od 42 000 do 60 000 ot/min, přímo ve vlastních ložiskových úchytech. Cílem konstrukce bylo dosáhnout hodnot zbytkové nevyváženosti v souladu s třídou přesnosti 1 dle normy GOST ISO 22061-76.

Konstrukční návrh a konfigurace

Obrázek 1 znázorňuje schematické uspořádání vysokorychlostního vyvažovacího stolu používaného pro rotory vakuových čerpadel.

Obrázek 1 – Konstrukční uspořádání vyvažovacího stolu pro vysokorychlostní vakuové čerpadlo:
1 – Pevná platforma
2 – Válcové pružiny tlumící vibrace
3 – Válcová montážní základna
4 – Vyvážená vakuová pumpa
5 – Ochranný kryt
6 – Snímač fázového úhlu
7 – Vibrační senzor na krytu
8 – Vibrační senzor na základně
9 – Měřicí a výpočetní jednotka

Stojan je postaven na obdélníkové plošině (1), podepřené čtyřmi válcovými pružinami (2), které zajišťují izolaci vibrací. Plošina je vyztužena podélnými a příčnými výztuhami, čímž se dosahuje vysoké tuhosti a zároveň minimalizuje hmotnost. Toto konstrukční řešení zajišťuje vysokou citlivost na síly nevyváženosti a zabraňuje rezonančním kmitům v celém rozsahu otáček čerpadla během vyvažování.

Montážní základna (3) je pevně připevněna k plošině a slouží k přesnému umístění čerpadla (4). Čerpadlo je uzavřeno ve speciálním krytu (5), ve kterém je také umístěn snímač fázového úhlu (6). Na krytu a základně jsou namontovány dva snímače vibrací (7 a 8). Všechny snímače jsou připojeny k měřicí a výpočetní jednotce (9), která provádí analýzu v reálném čase a vypočítává korekční závaží.

Postup vyvažování

Vyvažování se provádí ve dvou postupných fázích, aby byla zajištěna přesnost za podmínek tuhého i pružného rotoru.

Fáze 1 – Vyvažování tuhého rotoru

V počáteční fázi je rotor čerpadla vyvažován při otáčkách až do 8 000 ot/min, kde se chová jako tuhé těleso. Cílem je kompenzovat jak statickou, tak i vazební nevyváženost. Systém dosahuje úrovně zbytkových vibrací pod 0,01 mm/s RMS ve frekvenčním rozsahu 3 500–8 000 ot/min.

Fáze 2 – Vyvažování flexibilního rotoru za vysokých rychlostí

Ve druhé fázi se provádí vyvážení při provozních otáčkách rotoru – buď 42 000 nebo 60 000 ot/min, v závislosti na modelu čerpadla. Při těchto otáčkách rotor přechází do pružného stavu a deformuje se, což vede k další dynamické nerovnováze. Pro minimalizaci těchto účinků se vypočítá a aplikuje finální korekce. Zbytková hladina vibrací po vysokorychlostním vyvážení nepřesahuje 0,3 mm/s RMS, což zajišťuje dlouhodobě stabilní provoz čerpadla.

Výkonnostní charakteristiky

• Zbytkové vibrace (tuhý stupeň): ≤ 0,01 mm/s (3 500–8 000 ot./min)

• Zbytkové vibrace (flexibilní stupeň): ≤ 0,3 mm/s (42 000–60 000 ot./min)

• Celková doba cyklu pro vyvažování: Obvykle méně než 30 minut

Závěr

Vysokorychlostní vyvažovací stolice pro rotory vakuových čerpadel kombinuje strukturální tuhost, přesné měření a pokročilé výpočty. Umožňuje přesné vyvážení za reálných provozních podmínek a kompenzuje statickou i dynamickou nerovnováhu. Řešení splňuje přísné normy pro vibrace a výrazně zlepšuje spolehlivost a životnost vysokorychlostních systémů vakuových čerpadel.