大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統及抽氣方法
2023-11-11 04:17:52
專利名稱：大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統及抽氣方法
技術領域：
本發明屬於空間環境模擬技術領域，具體來說，涉及一種大型空間環境模擬器的真空抽氣方法，以用於大型空間環境模擬器試驗真空的獲得。
背景技術：
大型空間環境模擬器主要模擬空間的真空、冷黑等環境，用於衛星、飛船等太空飛行器進行熱真空試驗、熱平衡試驗的地面設備。真空環境是空間環境模擬器試驗的重要參數之一，太空飛行器的空間環境試驗真空的獲得要求為清潔低汙染量(24小時累計汙染量70m3)的清潔真空抽氣方法對於空間環境模擬器清潔高真空的獲得，提高空間環境模擬器的可靠性具有重要的實際工程意義。
發明內容
為了解決現有技術中大型空間環境模擬器真空抽氣系統的油汙染的技術問題，而完成了本發明。本發明的目的在於提供一種大型空間環境模擬器的清潔真空抽氣系統及抽氣工藝，以滿足太空飛行器熱真空、熱平衡試驗的需要。此外，本發明的另一目的在於提供一種利用上述抽氣系統對模擬器進行抽氣的方法。為了實現上述目的，本發明採用了如下的技術方案
大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，其為不使用泵油作為直接工作介質的清潔抽氣設備，包括設置在大型空間環境模擬器上分別通過高真空閥門與容器隔離的粗抽系統、磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統，粗抽系統包括若干套並聯的粗抽機組，每套粗抽管路由用於半導體行業的無油幹泵羅茨泵機組構成，粗抽系統與大型空間模擬器之間的管路上設置有真空測量裝置，通過PLC及上位計算機對真空抽氣全過程進行自動控制和測量以實現大型空間環境模擬器高真空的獲得；其中，磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統與大型空間環境模擬器的連接管路上分別設置有真空閥門和真空測量裝置，磁懸浮分子泵系統由半導體行業用的磁懸浮分子泵和無油幹泵機組組成；低溫泵系統採用制冷機低溫泵作為主泵，其前級採用磁懸浮分子泵和無油幹泵機組。其中，所述無油幹泵均指抽真空設備泵腔內不含真空泵油，但軸承潤滑仍需要油潤滑的真空泵。
其中，所述真空測量裝置為真空規，測量範圍根據使用需求不同採用不同種類的測量裝置，範圍IO5Pa 5X KT8Pa。其中，所述高真空閥門為可用於高真空環境下的任何種類閥門或具有隔斷真空抽氣設備與容器功能的隔斷裝置。其中，所述大型空間環境模擬器為容積為70m3以上的模擬器。一種利用上述系統對大型空間環境模擬器抽氣的工藝流程，包括以下步驟
1)啟動粗抽系統對容器抽氣，在容器內壓力降低到接近能夠防止粗抽系統對容器可能造成油汙染的最低壓力值Ptl時，停止粗抽系統對容器抽氣；
2)預冷低溫泵系統，使用無油幹泵對低溫泵泵腔進行抽氣，在低溫泵內壓力降低到接 近能夠防止前級幹泵對低溫泵泵體可能造成油汙染的最低壓力值Ptl時，啟動分子泵對低溫泵系統進行抽氣，使低溫泵泵體內壓力達到低溫泵的預冷壓力值；
3)啟動分子泵系統對容器抽氣，以達到低溫泵系統的啟動壓力，壓力值根據不同低溫泵系統的技術參數確定；
4)啟動低溫泵系統對容器抽氣，保持容器內壓力低於6.65X 10_3 Pa至實驗結束。本發明能夠為大型空間環境模擬器清潔真空的獲得提供技術手段，提高了提高空間環境模擬器可靠性。大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統及抽氣方法通過針對清潔真空環境要求而進行的系統搭建及抽氣工藝的研究，既在源頭上最大程度的消滅汙染源，又在抽氣過程中降低油對系統的汙染。它摒棄了傳統的使用油式真空泵對容器進行抽氣的方法，轉而採用廣泛應用於半導體行業的無油幹泵和磁懸浮分子泵，極大降低了大型空間環境模擬器中的汙染量，在眾多試驗中取得了良好的汙染控制效果。對大型和超大型空間環境模擬器的研製都有非常重要的參考價值。
圖I是本發明大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統示意圖。
具體實施例方式以下介紹的是作為本發明內容的具體實施方式
，下面通過具體實施方式
對本發明內容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式
只為示例本發明的不同方面的內容，而不應理解為限制本發明範圍。參見圖1，本發明的大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，包括設置在大型空間環境模擬器上並分別通過高真空閥門進行隔離的粗抽系統、磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統。其中，磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統與大型空間環境模擬器的連接管路上分別設置有高真空閥門和真空測量裝置，磁懸浮分子泵系統由半導體行業用的磁懸浮分子泵和無油幹泵羅茨泵機組組成；其中，低溫泵系統採用制冷機低溫泵，其低溫泵前級採用分子泵和幹泵羅茨泵組成的機組；其中粗抽系統包括若干套並聯的粗抽機組，每套粗抽機組由用於半導體行業的無油幹泵羅茨泵機組構成，粗抽系統與大型空間模擬器之間的管路上設置有真空測量裝置，通過PLC及上位計算機對真空抽氣全過程進行自動控制和測量以實現大型空間環境模擬器高真空的獲得與維持。利用本發明的大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統進行抽氣的工藝描述如下。其中，泵油、潤滑油在粘滯流狀態下
不會進入容器造成汙染。粘滯流狀態遵循下述公式
^ 0.665,、
.................................... (I)
D
式中P為管道內平均壓力，單位為5U。D為管道內徑，單位為w。只要管道內的平均壓力、滿足此式，即可將管道內的氣體流態控制在粘滯流狀態。粘滯流狀態下，油不會返進入容器造成汙染，可最大程度降低系統受汙染的可能性。真空系統抽氣時，容器內壓力遠高於真空設備進氣口的壓力值，可以認為容器內壓力的一半即為管道平均壓力值—只要容 器內壓力值的2倍大於，即可防止泵油進入容器。
D其中，粗抽機組首次將廣泛應用於半導體行業的無油幹泵羅茨泵機組應用於大型空間環境模擬器。通過相應的閥門、管道、真空規組成粗抽系統，實現大型空間環境模擬器從大氣到理論計算壓力值，並實現粗抽流程的自動控制。此壓力值由公式(I)確定。其中磁懸浮分子泵機組首次採用廣泛應用於半導體行業的磁懸浮分子泵作為分子泵系統的主泵，配備無油幹泵作為分子泵前級。磁懸浮分子泵不使用油潤滑，振動小，可水平安裝，有效抽速大。傳統大型空間環境模擬器使用油潤滑或脂潤滑分子泵，前級泵選用油封機械泵，高真空環境下易返油，對空間模擬環境造成汙染。通過公式(I)計算，得出前級無油幹泵的工作壓力範圍，避免無油幹泵的軸承潤滑油對設備造成汙染。其中，低溫泵機組採用先進的制冷機低溫泵，低溫泵前級採用分子泵、無油幹泵，實現大型空間環境模擬器高真空的獲得與維持。利用上述系統對大型空間環境模擬器抽氣的方法，抽氣工藝包括以下步驟
1)啟動粗抽系統對容器抽氣。根據將粗抽管路直徑代入公式(1)，計算得出能夠防止
粗抽系統對容器可能造成油汙染的最低平均壓力值瓦。在容器內壓力降低到此壓力值戶0的2倍之前，停止粗抽系統對容器進行真空抽氣；
2)預冷低溫泵系統。根據理論計算得出能夠防止無油幹泵的軸承潤滑油可能對低溫泵
泵體可能造成油汙染的最低平均壓力值A。使用無油幹泵對低溫泵進行抽氣，低溫泵內壓力到達可能造成油汙染的最低平均壓力值P1的2倍之前，啟動分子泵對低溫泵系統進行抽
氣，使低溫泵泵體內壓力達到低溫泵的預冷壓力值；
3)啟動磁懸浮分子泵系統對容器抽氣。達到低溫泵系統的啟動壓力，壓力值根據不同低溫泵系統的技術參數確定；
4)啟動低溫泵系統對容器抽氣；
5)保持容器內壓力低於6.65X10_3Pa至實驗結束。該發明能夠為大型空間環境模擬器清潔真空的獲得提供技術手段，提高了提高空間環境模擬器可靠性。大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統及抽氣方法通過針對清潔真空環境要求而進行的系統搭建及抽氣工藝的研究，既在源頭上最大程度的消滅汙染源，又在抽氣過程中降低設備潤滑油對系統可能造成的微量汙染。它摒棄了傳統的使用油式真空泵對容器進行抽氣的方法，轉而採用廣泛應用於半導體行業的無油幹泵和磁懸浮分子泵，極大降低了大型空間環境模擬器中的汙染量，在眾多試驗中取得了良好的汙染控制效果。對大型和超大型空間環境模擬器的研製都有非常重要的參考價值。
儘管上文對本發明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，其為不使用泵油作為直接工作介質的清潔抽氣設備，包括設置在大型空間環境模擬器上分別通過高真空閥門與容器隔離的粗抽系統、磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統，粗抽系統包括若干套並聯的粗抽機組，每套粗抽管路由用於半導體行業的無油幹泵羅茨泵機組構成，粗抽系統與大型空間模擬器之間的管路上設置有真空測量裝置，通過PLC及上位計算機對真空抽氣全過程進行自動控制和測量以實現大型空間環境模擬器高真空的獲得；其中，磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統與大型空間環境模擬器的連接管路上分別設置有真空閥門和真空測量裝置，磁懸浮分子泵系統由半導體行業用的磁懸浮分子泵和無油幹泵機組組成；低溫泵系統採用制冷機低溫泵作為主泵，其前級採用磁懸浮分子泵和無油幹泵機組。
2.如權利要求I所述的大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，其中，所述無油幹泵均指抽真空設備泵腔內不含真空泵油，但軸承潤滑仍需要油潤滑的真空泵。
3.如權利要求I所述的大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，其中，所述真空測量裝置為真空規，測量範圍根據使用需求不同採用不同種類的測量裝置，範圍IO5Pa 5 X KT8Pa。
4.如權利要求I所述的大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，其中，所述高真空閥門為可用於高真空環境下的任何種類閥門或具有隔斷真空抽氣設備與容器功能的隔斷裝置。
5.如權利要求1-4任一項所述的大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統，其中，所述大型空間環境模擬器為容積為70m3以上的模擬器。
6.—種利用權利要求1-5任一項所述的真空抽氣系統對大型空間環境模擬器清潔抽氣工藝，包括以下步驟 1)啟動粗抽系統對容器抽氣，在容器內壓力降低到接近能夠防止粗抽系統對容器可能造成油汙染的最低壓力值Ptl時，停止粗抽系統對容器抽氣； 2)預冷低溫泵系統，使用無油幹泵對低溫泵泵腔進行抽氣，在低溫泵內壓力降低到接近能夠防止前級幹泵對低溫泵泵體可能造成油汙染的最低壓力值Ptl時，啟動分子泵對低溫泵系統進行抽氣，使低溫泵泵體內壓力達到低溫泵的預冷壓力值； 3)啟動分子泵系統對容器抽氣，以達到低溫泵系統的啟動壓力，壓力值根據不同低溫泵系統的技術參數確定； 4)啟動低溫泵系統對容器抽氣，保持容器內壓力低於6.65X 10_3 Pa至實驗結束。
7.如權利要求6所述的方法，其中，整個抽氣過程可全自動化控制。
全文摘要
本發明公開了大型空間環境模擬器清潔真空抽氣系統及抽氣方法，包括粗抽系統、磁懸浮分子泵系統和低溫泵系統。其中，粗抽系統包括若干套並聯的粗抽機組，每套粗抽機組由應用於半導體行業的無油幹泵羅茨泵機組構成，通過PLC及上位計算機對真空抽氣全過程進行自動控制和測量以實現大型空間環境模擬器高真空的獲得與維持；其中，磁懸浮分子泵系統由應用於半導體行業用的磁懸浮分子泵和無油幹泵羅茨泵機組組成；其中，低溫泵系統採用制冷機低溫泵，其低溫泵前級採用分子泵和幹泵羅茨泵組成的機組；本發明也公開了相應的抽氣工藝。本發明通過採用無油的真空抽氣系統和合理的抽氣工藝，解決了大型空間模擬器清潔高真空的獲得問題。
文檔編號F04B49/02GK102966518SQ20121049566
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者茹曉勤, 楊瑞洪, 董雷, 詹海洋, 李強, 王軍偉, 古成 申請人:北京衛星環境工程研究所