CN102359859B - 一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统及其抽真空复压方法 - Google Patents

一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统及其抽真空复压方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统及其抽真空复压方法,属于发动机真空科学技术领域,所述的清洁真空系统包括低真空系统、低真空液氮冷阱系统、高真空系统、高真空液氮冷阱系统、低温泵液氮供应系统A、低温泵液氮供应系统B、空气复压系统、氮气复压系统、容器真空测量系统、残余气体分析系统、液氦热沉、液氮热沉和羽流吸附泵。真空获取主要靠洁净的低真空系统、高真空系统及液氦热沉、液氮热沉及羽流吸附泵完成,用于获取羽流试验需要的各种洁净真空度,最高能获得10-6Pa的超高动态真空度。其中低真空系统及高真空系统均配有液氮冷阱系统,用于吸收机械泵工作时产生的油蒸汽,保证真空容器清洁。

Description

一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统及其抽真空复压方法
技术领域
本发明属于发动机真空科学技术领域,本发明涉及一种用于真空容器的真空系统设计,具体是一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统及其抽真空复压方法。
背景技术
羽流效应问题研究的一个重要前提是保证羽流气体的快速吸附,使得环境真空度能够达到规定的指标。
目前,国内还没有专门用于发动机羽流试验研究的真空环境模拟设备,KM4、KM6等空间环境模拟设备主要用于研究静态或低速气体的卫星等热真空试验研究,对静态或低速气体有较好的抽速,而发动机羽流试验主要用于研究动态的高温、高速羽流气体的流场分布、污染测量等特性,因而KM4、KM6等环境模拟设备无法有效的进行发动机羽流效应的地面试验研究。国外专门用于此方面研究的仅有德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luft-undRaumfahrt,简称DLR)的STG真空羽流试验系统,其罐体直径为3.3m,长度为7.6m,可保证0.5N发动机(质量流量0.2g/s,试验介质常温氮气)连续工作时,维持压力小于10-3Pa。
STG真空羽流试验系统存在自身的缺点,即舱体体积小、羽流试验范围有限,对于流量2g/s以上的发动机羽流试验,无法维持10-3Pa以下高的动态真空度,不能有效模拟各种流量的发动机在真空中的真实工作情况。同时由于其系统抽速大小无法调节,不能通过改变抽速大小来获取满足发动机羽流试验要求的各种真空度。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种新型的专门用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统及其抽真空复压方法,该清洁真空系统可根据发动机流量大小获取羽流试验要求的各种真空度,系统清洁无污染、系统抽速大小可调、系统工作模式多样、容器抽真空过程及复压过程安全可靠、低温泵液氮供应系统流量可自动调节、低温泵预抽、预冷及再生方便快捷,上述技术问题的解决增加了真空羽流效应试验系统运行的清洁性、可靠性、实用性和经济性。
本发明提出一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,包括低真空系统、低真空液氮冷阱系统、高真空系统、高真空液氮冷阱系统、低温泵液氮供应系统A、低温泵液氮供应系统B、空气复压系统、氮气复压系统、液氦热沉、液氮热沉和羽流吸附泵。
低真空系统包括罗茨泵机组A和罗茨泵机组B;罗茨泵机组A包括螺杆泵A、蝶阀A、电阻规A、电磁阀A、罗茨泵A、蝶阀C和插板阀A;罗茨泵机组B包括螺杆泵B、蝶阀B、电阻规B、电磁阀B、罗茨泵B、蝶阀D和插板阀B;低真空系统还包括电磁阀C、电阻规C和插板阀C;螺杆泵A顺次通过蝶阀A、电阻规A、电磁阀A、罗茨泵A与插板阀A相连接;螺杆泵B顺次通过蝶阀B、电阻规B、电磁阀B、罗茨泵B与插板阀B相连接;插板阀A、插板阀B通过三通与低真空液氮冷阱系统的液氮冷阱A的入口相连接,液氮冷阱A出口通过管道连接插板阀C后与真空容器相连接,在插板阀C与液氮冷阱A的出口之间连接有电阻规;且在插板阀A、插板阀B与液氮冷阱A的入口之间设置有电磁阀C;罗茨泵A、罗茨泵B均配有旁路管道,旁路管道上分别安装有蝶阀C、蝶阀D,在螺杆泵A、螺杆泵B单独工作时使气体不流经罗茨泵A和罗茨泵B。
高真空系统包括低温泵A、低温泵B、辅助分子泵A、辅助分子泵B、前级分子泵和旋片泵;前级分子泵配有旁路管道,旁路管道上安装有电磁阀I,在旋片泵单独工作时使气体不流经前级分子泵;低温泵A、低温泵B启动前的预抽采用前级分子泵、旋片泵充当预抽泵来完成;安全阀A设置于低温泵A与低温泵液氮供应系统A之间的连接管路上,安全阀B设置于低温泵B与低温泵液氮供应系统B之间的连接管路上,旋片泵通过管道顺次通过电磁阀J、高真空液氮冷阱系统的液氮冷阱B、前级分子泵与插板阀J前端连接,插板阀J后端安装有四通管道:第一路管道顺次通过插板阀E、低温泵A、插板阀D与真空容器相连接,形成低温泵A抽气路;第二路管道顺次通过电磁阀E、辅助分子泵A、插板阀F与真空容器相连接,形成辅助分子泵A抽气路;第三路管道顺次通过电磁阀F、辅助分子泵B、插板阀G与真空容器相连接,形成辅助分子泵B抽气路;第四路管道顺次通过插板阀I、低温泵B、插板阀H与真空容器相连接,形成低温泵B抽气路;四路抽气路与插板阀J之间还设置有电磁阀H;低温泵A和插板阀D之间设置有冷规A;辅助分子泵A和插板阀F之间设置有冷规B;辅助分子泵B与插板阀G之间设置有冷规C;低温泵B和插板阀H之间设置有冷规D,插板阀J和前级分子泵之间设置有电阻规D,手动放气阀连接于前级分子泵与高真空液氮冷阱系统的液氮冷阱B之间。
低真空液氮冷阱系统包括液氮罐A、液氮供应阀A、管路安全阀A、冷阱进液阀A、液氮冷阱A、电子液位计A和放空阀A,高真空液氮冷阱系统包括液氮罐B、液氮供应阀B、管路安全阀B、冷阱进液阀B、液氮冷阱B、电子液位计B和放空阀B;低真空液氮冷阱系统用于为低真空系统除油;高真空液氮冷阱系统用于为高真空系统除油;电子液位计A、电子液位计B分别与液氮冷阱A、液氮冷阱B连接;低真空系统的插板阀A、插板阀B通过三通与低真空液氮冷阱系统的液氮冷阱A的入口相连接,且在插板阀A、插板阀B与低真空液氮冷阱系统的液氮冷阱A的入口之间设置有电磁阀C;高真空液氮冷阱系统的液氮冷阱B安装在前级分子泵与电磁阀J之间;液氮罐A通过管道顺次连接液氮供应阀A、冷阱进液阀A、液氮冷阱A、放空阀A;液氮罐B通过管道顺次连接液氮供应阀B、冷阱进液阀B、液氮冷阱B、放空阀B。
低温泵液氮供应系统A包括液氮罐C、液氮供应阀C、管路安全阀C、低温旁路阀A、低温电磁阀A、管路安全阀D、气液分离器进液阀A、气液分离器A、安全阀C、电子液位计C、放空阀C、低温阀A、安全阀D、气液分离器出液阀A、气液分离器回液阀A、安全阀E和低温阀B;低温泵液氮供应系统B包括液氮罐D、液氮供应阀D、管路安全阀E、低温旁路阀B、低温电磁阀B、管路安全阀F、气液分离器进液阀B、气液分离器B、安全阀F、电子液位计D、放空阀D、低温阀C、安全阀G、气液分离器出液阀B、气液分离器回液阀B、安全阀H和低温阀D;气液分离器A、气液分离器B配有电子液位计C、电子液位计D,用于监控气液分离器A、气液分离器B液氮液位,电子液位计C、电子液位计D的另一端分别与低温电磁阀A、低温电磁阀B连接形成闭合回路,低温泵A、低温泵B液氮出口管路一端一直延伸至气液分离器顶部,液氮罐C通过管道与顺次液氮供应阀C、低温电磁阀A、气液分离器进液阀A、气液分离器A连接,且在低温电磁阀A和气液分离器进液阀A之间的管路上还连接有管路安全阀D;气液分离器A通过低温阀B、气液分离器回液阀A与低温泵A的液氮进液口相连接,低温泵A液口通过低温阀A、气液分离器出液阀A与气液分离器A相连接,放空阀C通过管路安装在气液分离器A顶部,液氮罐D通过管道顺次与液氮供应阀D、低温电磁阀B、气液分离器进液阀B、气液分离器B连接,且在低温电磁阀B和气液分离器进液阀B之间的管路上连接有管路安全阀F;气液分离器B通过低温阀D、气液分离器回液阀B与低温泵B的液氮进液口相连接,低温泵B出液口通过气液分离器出液阀B、低温阀C与气液分离器B相连接,放空阀D通过管路安装在气液分离器B顶部,排气用;低温泵A与气液分离器回液阀A之间安装有安全阀A,低温泵B与气液分离器回液阀B之间安装有安全阀B。
空气复压系统包括空气过滤器、空气供应电磁阀A、空气供应电磁阀B、空气供应电磁阀C和氮气接入电磁阀,空气过滤器一端通过管道直接和大气接通,另一端通过三通管道分别并行连接空气供应电磁阀A、空气供应电磁阀B、空气供应电磁阀C,空气供应电磁阀A、空气供应电磁阀B、空气供应电磁阀C的另一端均最终连接至真空容器;氮气接入电磁阀的一端通过管道安装在空气供应电磁阀C与真空容器之间,氮气接入电磁阀的另一端通过管道与氮气复压系统的管路安全阀G连接。
氮气复压系统包括气氮罐、气氮供应阀和管路安全阀G,用于试验结束后用于真空容器的前期复压;气氮罐通过气氮供应阀与空气复压系统的氮气接入电磁阀连接,空气复压系统与氮气接入电磁阀之间的连接管路上配有安全阀G;
液氦热沉、液氮热沉、羽流吸附泵均位于真空容器内部,液氦热沉位于液氮热沉内部,由液氮热沉保护,羽流吸附泵位于液氦热沉内部的一侧,便于吸附羽流试验气体。
本发明提出的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统还包括容器真空测量系统,用于测量真空容器的真空度,该容器真空测量系统包括电阻规E、电阻规F、电离规A和电离规B;电阻规E、电阻规F、电离规A和电离规B分别通过容器法兰直接和真空容器连接。
本发明提出的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统还包括残余气体分析系统,用于真空容器内部气体成分测量;残余气体分析系统包括残余气体分析仪、插板阀K;残余气体分析仪通过插板阀K连接至真空容器。
本发明还提出一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统的抽真空复压方法,具体为包括以下几个步骤:
(1)启动容器真空测量系统,实施测量真空容器内部压力,直至容器抽真空及复压结束,整个试验过程完成;
(2)在低真空系统和高真空系统工作前,先启动低真空液氮冷阱系统、高真空液氮冷阱系统,分别向液氮冷阱A、液氮冷阱B供液,将液氮冷阱A、液氮冷阱B预冷至液氮温区,用于吸收罗茨泵A、罗茨泵B和旋片泵工作时产生的油蒸汽;
(3)启动低真空系统,罗茨泵机组A和罗茨泵机组B工作,将真空容器的真空度抽至1Pa;
(4)启动低温泵液氮供应系统A和低温泵液氮供应系统B,分别向低温泵A和低温泵B输送液氮制冷制,使低温泵A和低温泵B内部达到液氮温区,完成低温泵A和低温泵B的预冷;
(5)启动高真空系统,低温泵A和低温泵B开始工作,将真空容器真空度抽至10-4Pa;
(6)启动液氦热沉、液氮热沉、羽流吸附泵,实现超高真空抽气,将真空容器真空度抽至10-6Pa;
(7)开始进行发动机羽流试验,启动残余分析系统,对容器内部气体成份进行分析;
(8)试验结束后,启动氮气复压系统、空气复压系统,完成对真空容器的复压,氮气复压系统将真空容器复压至1000Pa,空气复压系统将真空容器从1000Pa复压至常压。
本发明具有的优点在于:
(1)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,属于一种全新试验领域,不同于以往的环模设备,专门用于发动机羽流效应试验研究。
(2)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,低真空系统及高真空系统均配有液氮冷阱系统,用于吸收机械泵工作时产生的油蒸汽,保证真空容器清洁。
(3)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,真空获取主要靠洁净的低真空系统、高真空系统及液氦热沉、液氮热沉及羽流吸附泵完成,用于获取羽流试验需要的各种洁净真空度,最高能获得10-6Pa的超高动态真空度。
(4)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,低真空系统配有两套罗茨泵机组,工作模式多样,抽速大小可调。
(5)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,高真空系统配有两台低温泵、辅助分子泵及相应前级泵,工作模式多样,抽速大小可调。
(6)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,复压系统由氮气复压系统和空气复压系统组成。氮气复压系统用于真空容器的前期复压,避免复压过程中空气中的水汽、二氧化碳冷凝在热沉表面,影响前期复压;空气复压系统用于真空容器的后期复压,并配有过滤器,可为真空容器提供洁净空气复压。
(7)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,真空测量系统配有电阻规及电离规,两种规有各自的测量范围,可实现真空容器的全量程高精度测量。
(8)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,配有残余气体分析系统,用于真空容器内部的气体成分测量。
(9)本发明提供一种新型的专门用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,配有低温泵液氮供应系统,用于向两台低温泵持续供液。
(10)本发明提供一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,低温泵液氮供应系统配有气液分离器,气液分离器上安有电子液位计,实现气液分离器液位高度的自动控制,保证低温泵液氮的自动供液并有效节约液氮用量。
附图说明
图1:本发明提供的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统结构图;
图2:本发明提供的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统的抽真空复压方法流程图;
图3:本发明中真空系统设备运行时序图;
图4:本发明中两台罗茨泵正常工作时真空容器真空度随抽气时间变化关系;
图5:本发明中两台罗茨泵正常工作时抽速随抽气时间变化关系;
图6:本发明中两台罗茨泵变频后的真空容器真空度随抽气时间变化关系;
图7:本发明中两台罗茨泵变频后的抽速随抽气时间变化关系;
图8:本发明中一台罗茨泵正常工作时真空容器真空度随抽气时间变化关系;
图9:本发明中一台罗茨泵正常工作时抽速随抽气时间变化关系;
图10:本发明中一台罗茨泵变频时真空容器真空度随抽气时间变化关系;
图11:本发明中一台罗茨泵正常工作时抽速随抽气时间变化关系。
图中:
Figure BDA0000076570550000051
Figure BDA0000076570550000071
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,如图1所示,包括低真空系统100、低真空液氮冷阱系统200、高真空系统300、高真空液氮冷阱系统400、低温泵液氮供应系统A500、低温泵液氮供应系统B600、空气复压系统700、氮气复压系统800、容器真空测量系统900、残余气体分析系统1000、液氦热沉2000、液氮热沉3000、羽流吸附泵4000。
低真空系统100包括罗茨泵机组A和罗茨泵机组B。罗茨泵机组A包括螺杆泵A101、蝶阀A103、电阻规A105、电磁阀A107、罗茨泵A109、蝶阀C111和插板阀A113。罗茨泵机组B包括螺杆泵B102、蝶阀B104、电阻规B106、电磁阀B108、罗茨泵B110、蝶阀D112和插板阀B114。低真空系统100还包括电磁阀C115、电阻规C116和插板阀C117。螺杆泵A101顺次通过蝶阀A103、电阻规A105、电磁阀A107、罗茨泵A109与插板阀A113相连接;螺杆泵B102顺次通过蝶阀B104、电阻规B106、电磁阀B108、罗茨泵B110与插板阀B114相连接。插板阀A113、插板阀B114通过三通与低真空液氮冷阱系统200中的液氮冷阱A205的入口相连接,液氮冷阱A205出口通过管道连接插板阀C117后与真空容器相连接,形成完整的低真空抽气系统,在插板阀C117与液氮冷阱A205的出口之间连接有电阻规116。且在插板阀C113、插板阀D114与液氮冷阱A205的入口之间设置有电磁阀C115。螺杆泵A101作为罗茨泵B109的前级泵;螺杆泵B102作为罗茨泵B110的前级泵。罗茨泵A109、罗茨泵B110均配有旁路管道,旁路管道上分别安装有蝶阀C111、蝶阀D112,即在能够在螺杆泵A101、螺杆泵B102单独工作(即此时罗茨泵A109、罗茨泵B110不启动或损坏)时使气体不流经罗茨泵A109和罗茨泵B 110,增加管路流导,增大螺杆泵A101、螺杆泵B102对真空容器的抽速。电阻规A105、电阻规B106分别用于测量螺杆泵A101、螺杆泵B102抽气管道管路压力,为罗茨泵A109、罗茨泵B110正常启动提供判断依据。插板阀C117用于隔离低真空系统与真空容器,当低真空系统工作完成后,关闭插板阀C117实现低真空系统与真空容器的隔离。电阻规C116用于测量罗茨泵A 109、罗茨泵B110与真空容器连接管道的压力,用于判断罗茨泵A109、罗茨泵B 110是否工作正常。插板阀C117路管道直径大于罗茨泵A109、B110路管道直径,横截面积至少是罗茨泵A和罗茨泵B路管道横截面积总和,以保证管路有效的抽气流导。
高真空系统300包括低温泵A303、低温泵B317、辅助分子泵A309、辅助分子泵B313、前级分子泵324和旋片泵328。系统主要靠低温泵A303和低温泵B317获取真空容器的高真空,辅助分子泵A309、辅助分子泵B313主要用于抽氢等惰性气体。前级分子泵324用作低温泵A303、低温泵B317及辅助分子泵A309、辅助分子泵B313的前级使用。旋片泵328可作为前级分子泵324的前级泵或直接作为低温泵及辅助分子泵的前级泵使用。前级分子泵324配有旁路管道,旁路管道上安装有电磁阀I325,能够在旋片泵328单独工作(此时前级分子泵324不启动或损坏)时使气体不流经前级分子泵324。低温泵A303、低温泵B317启动前的预抽可采用前级分子泵324、旋片泵325充当预抽泵来完成。低温泵A303、低温泵B317抽速大于辅助分子泵A309、辅助分子泵B313抽速,辅助分子泵A309、辅助分子泵B 313抽速大于前级分子泵324抽速,前级分子泵324抽速大于旋片泵325抽速,辅助分子泵A309和辅助分子泵B313抽速与前级分子泵抽速之比约为5∶1,前级分子泵抽速与旋片泵抽速之比约为20∶1。安全阀A306设置于低温泵A303与低温泵液氮供应系统A500之间的连接管路上,安全阀B320设置于低温泵B317与低温泵液氮供应系统B600之间的连接管路上,用于保护低温泵A303和低温泵B317,防止低温泵A303和低温泵B317腔体压力过高破坏低温泵。旋片泵328通过管道顺次通过电磁阀J327、高真空液氮冷阱系统400的液氮冷阱B405、前级分子泵324与插板阀J322前端连接,插板阀J322后端安装有四通管道:第一路管道顺次通过插板阀E305、低温泵A303、插板阀D301与真空容器相连接,形成低温泵A抽气路;第二路管道顺次通过电磁阀E310、辅助分子泵A309、插板阀F307与真空容器相连接,形成辅助分子泵A抽气路;第三路管道顺次通过电磁阀F314、辅助分子泵B313、插板阀G311与真空容器相连接,形成辅助分子泵B抽气路;第四路管道顺次通过插板阀I319、低温泵B317、插板阀H315与真空容器相连接,形成低温泵B抽气路。四路抽气单独控制,互不影响,可独立启动,也可同时启动,且四路抽气路与插板阀J322之间还设置有电磁阀H321。低温泵A303和插板阀D301之间设置有冷规A302;辅助分子泵A309和插板阀F307之间设置有冷规B308;辅助分子泵B303与插板阀G311之间设置有冷规C312;低温泵B317和插板阀H315之间设置有冷规D316。插板阀J 322和-前级分子泵324之间设置有电阻规D 323。手动放气阀326连接于前级分子泵324与高真空液氮冷阱系统400的液氮冷阱B405之间,用于系统管路充气,试验结束后将系统恢复到试验前状态。
低真空液氮冷阱系统200包括液氮罐A201、液氮供应阀A202、管路安全阀A203、冷阱进液阀A204、液氮冷阱A205、电子液位计A206、放空阀A207。高真空液氮冷阱系统200包括液氮罐B401、液氮供应阀B402、管路安全阀B403、冷阱进液阀B404、液氮冷阱B405、电子液位计B406、放空阀B407。其中低真空液氮冷阱系统200用于为低真空系统100除油;高真空液氮冷阱系统400用于为高真空系统300除油。低真空系统100中的罗茨泵A109和罗茨泵B110为有油机械泵,工作时会产生油蒸汽,低真空液氮冷阱系统200可以充分吸附油蒸汽防止油蒸汽沿管道进入真空容器;高真空系统300中的旋片泵328为有油机械泵,工作时会产生油蒸汽,高真空液氮冷阱系统400可以充分吸附油蒸汽防止油蒸汽沿管道进入真空容器。其中液氮供应阀A202和液氮供应阀B402用于输送液氮;管路安全阀A203和管路安全阀403用于防止系统压力过高;冷阱进液阀A204和冷阱进液阀B404用于控制液氮冷阱的进液量,手动可调;电子液位计A206、电子液位计B406分别与液氮冷阱A205、液氮冷阱B405连接,用于监控液氮冷阱的液位,保证液氮冷阱内液氮充足,确保对油蒸汽的充分吸附;放空阀A207和放空阀B407用于将液氮冷阱产生的氮气排放至大气。低真空系统的插板阀A113、插板阀B114通过三通与低真空液氮冷阱系统200的液氮冷阱A205的入口相连接,且在插板阀A113、插板阀B114与低真空液氮冷阱系统200的液氮冷阱A205的入口之间设置有电磁阀C115。罗茨泵机组A和罗茨泵机组B共用一个液氮冷阱系统(即低真空液氮冷阱系统200);高真空液氮冷阱系统400的液氮冷阱B405安装在高真空系统300的前级分子泵324与电磁阀J327之间。液氮罐A201通过管道顺次连接液氮供应阀A202、冷阱进液阀A204、液氮冷阱A205、放空阀A207,形成液氮冷阱系统200;液氮罐B401通过管道顺次连接液氮供应阀B402、冷阱进液阀B404、液氮冷阱B405、放空阀B407,形成液氮冷阱系统400。
低温泵液氮供应系统A500包括液氮罐C501、液氮供应阀C502、管路安全阀C503、低温旁路阀A504、低温电磁阀A505、管路安全阀D506、气液分离器进液阀A507、气液分离器A508、安全阀C509、电子液位计C510、放空阀C511、低温阀A512、安全阀D513、气液分离器出液阀A514、气液分离器回液阀A515、安全阀E516、低温阀B517。低温泵液氮供应系统B600包括液氮罐D601、液氮供应阀D602、管路安全阀E603、低温旁路阀B604、低温电磁阀B605、管路安全阀F606、气液分离器进液阀B607、气液分离器B608、安全阀F609、电子液位计D610、放空阀D611、低温阀C612、安全阀G613、气液分离器出液阀B614、气液分离器回液阀B615、安全阀H616、低温阀D617。气液分离器A508、气液分离器B608配有电子液位计C510、电子液位计D610,用于监控气液分离器A508、气液分离器B608液氮液位,电子液位计C510、电子液位计D610的另一端分别与低温电磁阀A505、低温电磁阀B605连接形成闭合回路,其监控的液位数值可以通过模拟信号自动传输给低温电磁阀A505、B605,控低温电磁阀A505、B605可根据液位高低自动开或关,保证气液分离器液位高度恒定,实现气液分离器A508、B608液位的自动控制,减小了人为操作的麻烦。气液分离器A508、B608主要用于向高真空系统300的低温泵A303、B317持续输送液氮制冷,高真空系统300的低温泵A303、低温泵B317液氮出口管路一端一直延伸至气液分离器A508、气液分离器B608顶部,低温泵A303、低温泵B317制冷过程中产生的冷氮气(或气液两相)直接通过出口管路送至气液分离器A508、气液分离器B608顶部,便于低温泵A303、低温泵B317排气并将多余液氮回收至气液分离器A508、气液分离器B608,有效减小液氮消耗,降低低温泵A303、低温泵B317运行的试验成本。液氮罐C501通过管道顺次与液氮供应阀C502、低温电磁阀A505、气液分离器进液阀A507、气液分离器A508连接,且在低温电磁阀A505和气液分离器进液阀A507之间的管路上还连接有管路安全阀D506;气液分离器A508通过低温阀B517、气液分离器回液阀A515与低温泵A303的液氮进液口相连接,低温泵A303出液口通过低温阀A512、气液分离器出液阀A514与气液分离器A508相连接,放空阀C511通过管路安装在气液分离器A508顶部,排气用。液氮罐D601通过管道顺次与液氮供应阀D602、低温电磁阀B605、气液分离器进液阀B607、气液分离器B608连接,且在低温电磁阀B605和气液分离器进液阀B607之间的管路上连接有管路安全阀F606;气液分离器B608通过低温阀D617、气液分离器回液阀B615与低温泵B317的液氮进液口相连接,低温泵B317出液口通过气液分离器出液阀B614、低温阀C612与气液分离器B608相连接,放空阀D611通过管路安装在气液分离器B608顶部,排气用。低温泵A303与气液分离器回液阀A515之间安装有安全阀A306,低温泵B317与气液分离器回液阀B 615之间安装有安全阀B320,安全阀A306和安全阀B320用于防止系统压力过高。
空气复压系统700包括空气过滤器701、空气供应电磁阀A702、空气供应电磁阀B703、空气供应电磁阀C704和氮气接入电磁阀705,用于提供洁净空气,试验结束后用于真空容器的后期复压,从1000Pa复压至常压。空气复压系统700的空气供应电磁阀A702、空气供应电磁阀B703、空气供应电磁阀C704,可根据需要选择需开启的空气供应电磁阀的数量,实现空气供应的流量调节,仅开1个空气供应电磁阀时流量最小,3个空气供应电磁阀全开时流量最大。空气复压系统700配有1个空气过滤器701,用于除去空气中的粉尘等杂质,保证输送至真空容器内部的空气洁净。空气过滤器701一端通过管道直接和大气接通,另一端通过三通管道分别并行连接空气供应电磁阀A702、空气供应电磁阀B703、空气供应电磁阀C704,空气供应电磁阀A702、空气供应电磁阀B703、空气供应电磁阀C704的另一端均最终连接至真空容器。氮气接入电磁阀705的一端通过管道安装在空气供应电磁阀C704与真空容器之间,氮气接入电磁阀705的另一端通过管道与氮气复压系统800的管路安全阀G803连接。
氮气复压系统800包括气氮罐801、气氮供应阀802和管路安全阀G803,可向真空容器提供高纯氮气,试验结束后用于真空容器的前期复压,将真空容器充气复压至1000Pa。气氮罐801通过气氮供应阀802与空气复压系统700的氮气接入电磁阀705连接。气氮供应阀802与氮气接入电磁阀705之间的连接管路上配有安全阀G803,用于防止系统压力过高。
容器真空测量系统900包括电阻规E901、电阻规F903、电离规A902和电离规B904。主要用于测量真空容器的真空度,实现10-8Pa到105Pa的全量程测量。电阻规和电离规各2个,实现了双备份,提高测量的可靠性。电阻规E901、电阻规F 903的高精度测量范围105Pa到10-1Pa,电离规A902、和电离规B 904的高精度测量范围10-1Pa到10-8Pa,两种规相互配合,实现全量程的高精度测量。电阻规E901、电阻规F903、电离规A902和电离规B904分别通过容器法兰直接和真空容器连接。
残余气体分析系统1000包括残余气体分析仪1001、插板阀K1002。主要用于真空容器内部气体成分测量。残余气体分析仪1001通过插板阀K1002连接至真空容器。
液氦热沉2000、液氮热沉3000、羽流吸附泵4000均位于真空容器内部,属于低温深冷泵,抽速可达到百万级甚至千万级,能实现真空容器的超高真空抽气。液氦热沉2000及羽流吸附泵4000均通液氦制冷,抽速达到千万级;液氮热沉3000通液氮制冷,抽速达到百万级。液氦热沉2000位于液氮热沉3000内部,由液氮热沉3000保护,羽流吸附泵4000位于液氦热沉2000内部一侧,便于有效吸附羽流试验气体。
应用上述的设备,本发明还提出一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统的抽真空复压方法,如图2所示,具体为包括以下几个步骤:
(1)启动容器真空测量系统900,实施测量真空容器内部压力,直至容器抽真空及复压结束,整个试验过程完成;
(2)在低真空系统100和高真空系统300工作前,先启动低真空液氮冷阱系统、高真空液氮冷阱系统,分别向液氮冷阱A、液氮冷阱B供液,将液氮冷阱A205、液氮冷阱B405预冷至液氮温区,用于吸收罗茨泵A109、罗茨泵B110和旋片泵308工作时产生的油蒸汽;
(3)启动低真空系统100,罗茨泵机组A和罗茨泵机组B工作,将真空容器的真空度抽至1Pa;
(4)启动低温泵液氮供应系统A500和低温泵液氮供应系统B600,分别向低温泵A303和低温泵B317输送液氮制冷制,使低温泵A303和低温泵B317内部达到液氮温区,完成低温泵A303和低温泵B317的预冷;
(5)启动高真空系统300,低温泵A303和低温泵B317开始工作,将真空容器真空度抽至10-4Pa;
(6)启动液氦热沉2000、液氮热沉3000、羽流吸附泵4000,实现超高真空抽气,将真空容器真空度抽至10-6Pa;
(7)开始进行发动机羽流试验,启动残余分析系统1000,对真空容器内部气体成份进行分析;
(8)试验结束后,启动氮气复压系统800、空气复压系统700,完成对真空容器的复压,氮气复压系统800将真空容器复压至1000Pa,空气复压系统700将真空容器从1000Pa复压至常压。
低真空系统100有两种工作模式供选择:模式一为正常模式,两套罗茨泵机组同时工作,先启动两台前级螺杆泵A101、螺杆泵B 102将真空容器从大气压抽至2200Pa,然后启动罗茨泵A109、罗茨泵B110将真空容器从2200Pa抽至1Pa;模式二为故障模式,仅其中一套罗茨泵机组工作,先启动一台前级螺杆泵(螺杆泵A101或螺杆泵B102)将真空容器从大气压抽至2200Pa,然后启动一台罗茨泵(罗茨泵A109或罗茨泵B110)将真空容器从2200Pa抽至1Pa。正常模式的抽气时间小于故障模式的抽气时间。
高真空系统400有两种工作模式供选择:模式一正常模式,同时启动两台低温泵A303、低温泵B317将真空容器从1Pa抽至1.3×10-4Pa;模式二故障模式,仅启动一台低温泵A将真空容器从1Pa抽至1.3×10-4Pa。此外高真空系统还选用分子泵A309、分子泵B313作为低温泵的辅助泵,两种模式启动前均可先采用分子泵A309和分子泵B313辅助抽气,辅助抽除真空容器内部的氦、氢、氖等惰性气体,防止低温泵过早饱和,可先启动分子泵A309和分子泵B313将真空容器从1Pa抽至10-2Pa,然后启动低温泵A303和低温泵B317工作。
低温泵A303和低温泵B317工作时需做的准备工作预抽及预冷:①启动前级分子泵324及旋片泵328完成低温泵A 303和低温泵B317腔体的预抽,将低温泵A303和低温泵B317腔体预抽至10-2Pa;②当低温泵A303和低温泵B317腔体达到10-2Pa时,启动低温泵液氮供应系统A500和低温泵液氮供应系统B600,向低温泵A303和低温泵B317一级冷板供液氮,将低温泵A303和低温泵B317一级冷板温度预冷至液氮温区;③当低温泵A303和低温泵B317一级冷板达到液氮温区时,启动低温泵氦压缩机,将低温泵A303和低温泵B317二级冷板预冷至12K。
真空容器复压流程具体为:试验结束后需将真空容器复压至常压,先启动氮气复压系统800,将真空容器复压至1000Pa,然后关闭氮气接入电磁阀705,开启空气供应电磁阀A702、空气供应电磁阀B703、空气供应电磁阀C704,向真空容器充清洁空气,将真空容器从1000Pa复压至常压(1个标准大气压)。
以容积250m3真空容器为例,计算低真空系统100和高真空系统300的抽气时间。
羽流试验时采用的低真空系统100和高真空系统300的设备参数如表1所示,运行时序图如图3所示,抽气时系统有多种工作模式供选择。
表1低真空系统和高真空系统的主要设备表
Figure BDA0000076570550000131
低真空系统100工作模式:模式一正常模式,启动SP630螺杆泵将真空容器从大气压抽至2200Pa,然后启动两台WSU2001 FC变频罗茨泵将真空容器从2200Pa抽至1Pa;模式二故障模式,启动SP630螺杆泵将容器从大气压抽至2200Pa,然后仅启动一台WSU2001 FC变频罗茨泵将真空容器从2200Pa抽至1Pa。两种模式下的WSU2001 FC变频罗茨泵均可通过变频将名义抽速增加100%,通过测控系统控制,用于提高系统抽速,缩短抽气时间。
高真空系统300工作模式:主要靠低温泵(低温泵A303和/或低温泵B317)抽气,模式一正常模式,同时启动两台Coolvac 60000 BL-V LN2低温泵(低温泵A303和低温泵B317)将真空容器从1Pa抽至1.3×10-4Pa;模式二故障模式,仅启动一台Coolvac 60000BL-V LN2低温泵(低温泵A303或低温泵B317)将真空容器从1Pa抽至1.3×10-4Pa。此外高真空系统300还选用两台TW1600辅助分子泵(辅助分子泵A309和辅助分子泵B313)作为低温泵的辅助泵,两种模式启动前均可先采用TW1600辅助分子泵辅助抽气,辅助抽除舱内的氦、氢、氖等惰性气体,防止低温泵过早饱和,可先启动TW1600辅助分子泵将真空容器从1Pa抽至10-2Pa,然后启动低温泵(低温泵A303和/或低温泵B317)。
(1)低真空系统100抽气计算
低真空抽气系统主要用于抽除被抽真空容器内的自由气体,表面出气可以忽略不计,在系统没有漏气的情况下,考虑管道流导U的罗茨泵有效抽速计算公式:
S = S p U S p + U
式中,S为低真空系统(罗茨泵或者螺杆泵)有效抽速[L/s];Sp为真空泵名义抽速[L/s];U为管道流导[L/s]。
低真空系统100中罗茨泵A109或罗茨泵B110至真空容器的管路长度为L=6.5m,管道直径d=0.32m,L/d=20.31,可按圆截面长管计算流导,流导计算时必须考虑气体在管路中的流动状态。
Figure BDA0000076570550000133
时为粘滞流,对20℃空气的圆截面管道流导:
U = 1.34 × 10 6 d 4 L p ‾
时为粘滞-分子流,对20℃空气的圆截面管道流导:
U = 1.341 × 10 6 d 4 p ‾ L + 1.21 × 10 5 d 3 L 1 + 189 d p ‾ 1 + 234 d p ‾
Figure BDA0000076570550000144
时为分子流,对20℃空气的圆截面管道流导:
U = 1.21 × 10 5 × d 3 L
式中,U为罗茨泵A109或罗茨泵B110至真空容器之间的管路的流导[L/s];d为罗茨泵A109或罗茨泵B110至真空容器之间的管路直径[m];L为罗茨泵A109或罗茨泵B110至真空容器之间的管路长度[m];
Figure BDA0000076570550000146
为罗茨泵A109或罗茨泵B110至真空容器之间的管路中平均压力,
Figure BDA0000076570550000147
p1、p2分别为罗茨泵A109或罗茨泵B110至真空容器之间的管路两端的气体压力[Pa]。
流导U是压力的函数,因而低真空系统的有效抽速S也是压力的函数,且随舱内压力下降而变小,在实际计算中,可将真空舱内的压力下降曲线分成n段,分别计算每一小段内泵的平均有效抽速,n值越大计算越精确,从而得到真空容器达到某一压力时的抽气时间:
t = 2.3 V Σ i = 0 n ( 1 S i lg p i - p 0 p i + 1 - p 0 )
式中,t为抽气时间[s];V为真空容器容积[L];Si为罗茨泵(启动模式一时,为两台罗茨泵;启动模式二时,为任意一台罗茨泵)对真空舱的有效抽速[L/s];pi为设备i段开始压力[Pa];pi+1为设备i段结束压力[Pa];p0为真空舱的极限压力[Pa]。
启动模式一,两台罗茨泵正常工作的抽气曲线如图4、5所示,45分钟将真空容器抽到2200Pa,57分钟抽到100Pa,66分钟抽到10Pa,68分钟抽到5Pa,75分钟抽到1Pa,当真空容器真空度达到2Pa时,气体流动状态由粘滞流过渡到粘滞-分子流,舱内压力越低,泵的有效抽速下降越快,主要由管路流导下降造成;罗茨泵变频后(转速增加一倍)名义抽速增加一倍,抽气曲线如图6、7所示,将真空容器从大气压抽至1Pa需要60分钟,比正常工作时间缩短15分钟。
启动模式二,仅一台罗茨泵正常工作,罗茨泵正常工作的抽气曲线如图8、9所示,90分钟抽到2200Pa,113分钟抽到100Pa,130分钟抽到10Pa,135分钟抽到5Pa,149分钟抽到1Pa;变频后罗茨泵名义抽速增加一倍,抽气曲线如图10、11所示,将容器从大气压抽至1Pa需要121分钟,比正常工作时缩短28分钟。
实际上,WSU2001 FC变频罗茨泵受自身散热影响不能长时间连续变频,抽气过程中需要不断调节变频速率,实际抽气时间介于二者之间。
(2)高真空系统300抽气计算
高真空系统300抽气时,其抽气时间主要与真空容器内表面的材料出气量有关,按热沉(液氦热沉2000和液氮热沉3000)不工作计算:
首先,计算真空容器平衡压力为P时的出气量Q,其值等于低温泵(机组)(启动模式一,为两台低温泵;启动模式二,为任意一台低温泵)在压力P时的排气量,即Q=P×S。需要达到的压强为1.3×10-4Pa,对于模式一,两台低温泵均工作,抽速120000L/s,对应的Q=P×S=1.3×10-4×120000=15.6Pa L/s;对于模式二,仅一台低温泵工作,抽速60000L/s,Q=P×S=1.3×10-4×60000=7.8Pa L/s。
其次,计算材料的表面积。真空容器内表面积(304不锈钢)2500000cm2,热沉表面积(304L不锈钢管、T2紫铜翅片):8000000cm2,总面积A=10500000cm2
再次,计算紫铜和不锈钢两者平均出气率。对于模式一, q = Q A = 15.6 10500000 = 1.49 × 10 - 6 Pa · L / ( s · cm 2 ) ; 对于模式二, q = Q A = 7.8 10500000 = 7.43 × 10 - 7 Pa · L / ( s · cm 2 ) .
最后,根据材料的平均出气率曲线,得出模式一对应的高真空抽气时间约为54min;模式二对应的高真空抽气时间约为108min。
本发明设计的洁净真空系统满足羽流试验需求,低真空系统可保证容器空载真空度达到1Pa;高真空系统可保证容器空载真空度达到1.3×10-4Pa。同时系统有多种工作模式供选择,操作人员可根据试验需求通过测控进行选取,增加了真空羽流效应试验系统运行的实用性和经济性。

Claims (9)

1.一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,其特征在于:包括低真空系统、低真空液氮冷阱系统、高真空系统、高真空液氮冷阱系统、低温泵液氮供应系统A、低温泵液氮供应系统B、空气复压系统、氮气复压系统、液氦热沉、液氮热沉和羽流吸附泵;
低真空系统包括罗茨泵机组A和罗茨泵机组B;罗茨泵机组A包括螺杆泵A、蝶阀A、电阻规A、电磁阀A、罗茨泵A、蝶阀C和插板阀A;罗茨泵机组B包括螺杆泵B、蝶阀B、电阻规B、电磁阀B、罗茨泵B、蝶阀D和插板阀B;低真空系统还包括电磁阀C、电阻规C和插板阀C;螺杆泵A顺次通过蝶阀A、电阻规A、电磁阀A、罗茨泵A与插板阀A相连接;螺杆泵B顺次通过蝶阀B、电阻规B、电磁阀B、罗茨泵B与插板阀B相连接;插板阀A、插板阀B通过三通与低真空液氮冷阱系统的液氮冷阱A的入口相连接,液氮冷阱A出口通过管道连接插板阀C后与真空容器相连接,在插板阀C与液氮冷阱A的出口之间连接有电阻规;且在插板阀A、插板阀B与液氮冷阱A的入口之间设置有电磁阀C;罗茨泵A、罗茨泵B均配有旁路管道,旁路管道上分别安装有蝶阀C、蝶阀D,在螺杆泵A、螺杆泵B单独工作时使气体不流经罗茨泵A和罗茨泵B;
高真空系统包括低温泵A、低温泵B、辅助分子泵A、辅助分子泵B、前级分子泵和旋片泵;前级分子泵配有旁路管道,旁路管道上安装有电磁阀I,在旋片泵单独工作时使气体不流经前级分子泵;低温泵A、低温泵B启动前的预抽采用前级分子泵、旋片泵充当预抽泵来完成;安全阀A设置于低温泵A与低温泵液氮供应系统A之间的连接管路上,安全阀B设置于低温泵B与低温泵液氮供应系统B之间的连接管路上,旋片泵通过管道顺次通过电磁阀J、高真空液氮冷阱系统的液氮冷阱B、前级分子泵与插板阀J前端连接,插板阀J后端安装有四通管道:第一路管道顺次通过插板阀E、低温泵A、插板阀D与真空容器相连接,形成低温泵A抽气路;第二路管道顺次通过电磁阀E、辅助分子泵A、插板阀F与真空容器相连接,形成辅助分子泵A抽气路;第三路管道顺次通过电磁阀F、辅助分子泵B、插板阀G与真空容器相连接,形成辅助分子泵B抽气路;第四路管道顺次通过插板阀I、低温泵B、插板阀H与真空容器相连接,形成低温泵B抽气路;四路抽气路与插板阀J之间还设置有电磁阀H;低温泵A和插板阀D之间设置有冷规A;辅助分子泵A和插板阀F之间设置有冷规B;辅助分子泵B与插板阀G之间设置有冷规C;低温泵B和插板阀H之间设置有冷规D,插板阀J和前级分子泵之间设置有电阻规D,手动放气阀连接于前级分子泵与高真空液氮冷阱系统的液氮冷阱B之间;
低真空液氮冷阱系统包括液氮罐A、液氮供应阀A、管路安全阀A、冷阱进液阀A、液氮冷阱A、电子液位计A和放空阀A,高真空液氮冷阱系统包括液氮罐B、液氮供应阀B、管路安全阀B、冷阱进液阀B、液氮冷阱B、电子液位计B和放空阀B;低真空液氮冷阱系统用于为低真空系统除油;高真空液氮冷阱系统用于为高真空系统除油;电子液位计A、电子液位计B分别与液氮冷阱A、液氮冷阱B连接;低真空系统的插板阀A、插板阀B通过三通与低真空液氮冷阱系统的液氮冷阱A的入口相连接,且在插板阀A、插板阀B与低真空液氮冷阱系统的液氮冷阱A的入口之间设置有电磁阀C;高真空液氮冷阱系统的液氮冷阱B安装在前级分子泵与电磁阀J之间;液氮罐A通过管道顺次连接液氮供应阀A、冷阱进液阀A、液氮冷阱A、放空阀A;液氮罐B通过管道顺次连接液氮供应阀B、冷阱进液阀B、液氮冷阱B、放空阀B;
低温泵液氮供应系统A包括液氮罐C、液氮供应阀C、管路安全阀C、低温旁路阀A、低温电磁阀A、管路安全阀D、气液分离器进液阀A、气液分离器A、安全阀C、电子液位计C、放空阀C、低温阀A、安全阀D、气液分离器出液阀A、气液分离器回液阀A、安全阀E和低温阀B;低温泵液氮供应系统B包括液氮罐D、液氮供应阀D、管路安全阀E、低温旁路阀B、低温电磁阀B、管路安全阀F、气液分离器进液阀B、气液分离器B、安全阀F、电子液位计D、放空阀D、低温阀C、安全阀G、气液分离器出液阀B、气液分离器回液阀B、安全阀H和低温阀D;气液分离器A、气液分离器B配有电子液位计C、电子液位计D,用于监控气液分离器A、气液分离器B液氮液位,电子液位计C、电子液位计D的另一端分别与低温电磁阀A、低温电磁阀B连接形成闭合回路,低温泵A、低温泵B液氮出口管路一端一直延伸至气液分离器顶部,液氮罐C通过管道与顺次液氮供应阀C、低温电磁阀A、气液分离器进液阀A、气液分离器A连接,且在低温电磁阀A和气液分离器进液阀A之间的管路上还连接有管路安全阀D;气液分离器A通过低温阀B、气液分离器回液阀A与低温泵A的液氮进液口相连接,低温泵A液口通过低温阀A、气液分离器出液阀A与气液分离器A相连接,放空阀C通过管路安装在气液分离器A顶部,液氮罐D通过管道顺次与液氮供应阀D、低温电磁阀B、气液分离器进液阀B、气液分离器B连接,且在低温电磁阀B和气液分离器进液阀B之间的管路上连接有管路安全阀F;气液分离器B通过低温阀D、气液分离器回液阀B与低温泵B的液氮进液口相连接,低温泵B出液口通过气液分离器出液阀B、低温阀C与气液分离器B相连接,放空阀D通过管路安装在气液分离器B顶部,排气用;低温泵A与气液分离器回液阀A之间安装有安全阀A,低温泵B与气液分离器回液阀B之间安装有安全阀B;
空气复压系统包括空气过滤器、空气供应电磁阀A、空气供应电磁阀B、空气供应电磁阀C和氮气接入电磁阀,空气过滤器一端通过管道直接和大气接通,另一端通过三通管道分别并行连接空气供应电磁阀A、空气供应电磁阀B、空气供应电磁阀C,空气供应电磁阀A、空气供应电磁阀B、空气供应电磁阀C的另一端均最终连接至真空容器;氮气接入电磁阀的一端通过管道安装在空气供应电磁阀C与真空容器之间,氮气接入电磁阀的另一端通过管道与氮气复压系统的管路安全阀G连接;
氮气复压系统包括气氮罐、气氮供应阀和管路安全阀G,用于试验结束后用于真空容器的前期复压;气氮罐通过气氮供应阀与空气复压系统的氮气接入电磁阀连接,空气复压系统与氮气接入电磁阀之间的连接管路上配有安全阀G;
液氦热沉、液氮热沉、羽流吸附泵均位于真空容器内部,液氦热沉位于液氮热沉内部,由液氮热沉保护,羽流吸附泵位于液氦热沉内部的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,其特征在于:所述的清洁真空系统还包括容器真空测量系统,用于测量真空容器的真空度,该容器真空测量系统包括电阻规E、电阻规F、电离规A和电离规B;电阻规E、电阻规F、电离规A和电离规B分别通过容器法兰直接和真空容器连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,其特征在于:所述的清洁真空系统还包括残余气体分析系统,用于真空容器内部气体成分测量;残余气体分析系统包括残余气体分析仪、插板阀K;残余气体分析仪通过插板阀K连接至真空容器。
4.根据权利要求1所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,其特征在于:所述的插板阀C处管道直径大于罗茨泵A和罗茨泵B处管道直径,横截面积至少是罗茨泵A和罗茨泵B处管道横截面积总和。
5.根据权利要求1所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,其特征在于:所述的低温泵A、低温泵B抽速大于辅助分子泵A、辅助分子泵B抽速,辅助分子泵A、辅助分子泵B抽速大于前级分子泵抽速,前级分子泵抽速大于旋片泵抽速。
6.根据权利要求5所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统,其特征在于:所述的辅助分子泵A和辅助分子泵B抽速与前级分子泵抽速之比约为5∶1,前级分子泵抽速与旋片泵抽速之比约为20∶1。
7.应用权利要求1所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统的抽真空复压方法,其特征在于:具体为包括以下几个步骤:
(1)启动容器真空测量系统,实施测量真空容器内部压力,直至容器抽真空及复压结束,整个试验过程完成;
(2)在低真空系统和高真空系统工作前,先启动低真空液氮冷阱系统、高真空液氮冷阱系统,分别向液氮冷阱A、液氮冷阱B供液,将液氮冷阱A、液氮冷阱B预冷至液氮温区,用于吸收罗茨泵A、罗茨泵B和旋片泵工作时产生的油蒸汽;
(3)启动低真空系统,罗茨泵机组A和罗茨泵机组B工作,将真空容器的真空度抽至1Pa;
(4)启动低温泵液氮供应系统A和低温泵液氮供应系统B,分别向低温泵A和低温泵B输送液氮制冷制,使低温泵A和低温泵B内部达到液氮温区,完成低温泵A和低温泵B的预冷;
(5)启动高真空系统,低温泵A和低温泵B开始工作,将真空容器真空度抽至10-4Pa;
(6)启动液氦热沉、液氮热沉、羽流吸附泵,实现超高真空抽气,将真空容器真空度抽至10-6Pa;
(7)开始进行发动机羽流试验,启动残余分析系统,对容器内部气体成份进行分析;
(8)试验结束后,启动氮气复压系统、空气复压系统,完成对真空容器的复压,氮气复压系统将真空容器复压至1000Pa,空气复压系统将真空容器从1000Pa复压至常压。
8.根据权利要求7所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统的抽真空复压方法,其特征在于:所述的低真空系统有两种工作模式,一种为正常模式,两套罗茨泵机组同时工作,先启动两台前级螺杆泵A、螺杆泵B将真空容器从大气压抽至2200Pa,然后启动罗茨泵A、罗茨泵B将真空容器从2200Pa抽至1Pa;另一种为故障模式,仅其中一套罗茨泵机组工作,先启动一台前级螺杆泵将真空容器从大气压抽至2200Pa,然后启动一台罗茨泵将真空容器从2200Pa抽至1Pa。
9.根据权利要求7所述的一种用于发动机羽流试验研究的清洁真空系统的抽真空复压方法,其特征在于:所述的高真空系统有两种工作模式,一种为正常模式,同时启动两台低温泵A、低温泵B将真空容器从1Pa抽至1.3×10-4Pa;另一种为故障模式,仅启动一台低温泵A将真空容器从1Pa抽至1.3×10-4Pa;高真空系统还选用分子泵A、分子泵B作为低温泵的辅助泵,两种模式启动前均先采用分子泵A和分子泵B辅助抽气。
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