真空ポンプ用高速ローターバランススタンド

はじめに

真空ポンプの高速ローターのバランス調整には、過酷な運転条件下でも精度を維持できる特殊な装置が必要です。これらの要件を満たすため、専用のバランシングスタンドが2002年と2009年に開発されました。これらのシステムは、組み立てられたタービンローターを、実際の運転速度である42,000～60,000rpmで、それぞれのベアリング支持部に直接取り付けて動的バランス調整できるように設計されています。設計目標は、GOST ISO 22061-76のクラス1精度に準拠した残留アンバランス値を達成することでした。

構造設計と構成

図1は真空ポンプローター用高速バランシングスタンドの概略レイアウトを示しています。

図1 – 高速真空ポンプバランススタンドの構造レイアウト：
1 – 剛性プラットフォーム
2 – 円筒形の防振スプリング
3 – 円筒形の取り付けベース
4 – バランス型真空ポンプ
5 – 保護カバー
6 – 位相角センサー
7 – カバー上の振動センサー
8 – ベース上の振動センサー
9 – 測定・計算ユニット

スタンドは長方形のプラットフォーム（1）上に構築され、4つの円筒形スプリング（2）によって支持され、振動を遮断します。プラットフォームは縦方向と横方向の補強材で補強されており、重量を最小限に抑えながら高い剛性を実現しています。この構造的ソリューションにより、不均衡力に対する高い感度が確保され、ポンプの回転速度範囲全体にわたってバランス調整中の共振振動を防止します。

取付ベース（3）はプラットフォームにしっかりと固定され、ポンプ（4）を正確に位置決めする役割を果たします。ポンプは専用のカバー（5）で覆われており、その中には位相角センサー（6）も内蔵されています。2つの振動センサー（7と8）は、カバーとベースにそれぞれ取り付けられています。すべてのセンサーは測定・演算ユニット（9）に接続されており、リアルタイム分析と補正重量の算出を行います。

バランシングの手順

バランス調整は 2 つの連続した段階で実行され、ローターの剛性と柔軟性の両方の条件下で精度を確保します。

ステージ1 – 剛性ローターのバランス調整

初期段階では、ポンプローターは8,000rpmまでの回転速度でバランス調整され、剛体として動作します。ここでの目的は、静的不均衡と偶力不均衡の両方を補正することです。このシステムは、3,500～8,000rpmの周波数範囲で0.01mm/s RMS未満の残留振動レベルを実現します。

ステージ2 – 高速フレキシブルローターバランス調整

第2段階では、ローターの運転速度（ポンプモデルに応じて42,000rpmまたは60,000rpm）でバランス調整が行われます。この速度では、ローターは柔軟な状態になり変形するため、さらなる動的アンバランスが発生します。最終的な補正値を計算し、これらの影響を最小限に抑えます。高速バランス調整後の残留振動レベルは0.3 mm/s RMSを超えず、ポンプの長期にわたる安定した運転を保証します。

パフォーマンス特性

• 残留振動（固定ステージ）: ≤ 0.01 mm/s (3,500～8,000 rpm)

• 残留振動（フレキシブルステージ）: ≤ 0.3 mm/s (42,000～60,000 rpm)

• バランス調整の合計サイクル時間: 通常30分以内

結論

真空ポンプローター用高速バランシングスタンドは、構造剛性、精密測定、そして高度な計算技術を融合しています。実際の動作条件下での正確なバランシングを可能にし、静的および動的アンバランスを補正します。このソリューションは厳格な振動基準を満たし、高速真空ポンプシステムの信頼性と耐用年数を大幅に向上させます。