CN103727036B - 巨型真空室真空度的精确调节系统 - Google Patents

Abstract

巨型真空室真空度的精确调节系统，属于真空设备控制领域。包括真空室（9），其特征在于：在真空室（9）上引出有真空主管路（5），真空主管路（5）上串联主管路监测控制单元后同时并联连接有维持真空抽气机组（8）和主抽真空机组（7），在维持真空抽气机组（8）和主抽真空机组（7）之间同时并联连接有补气单元（6），主管路监测控制单元、补气单元（6）、主抽真空机组（7）以及维持真空抽气机组（8）由控制系统进行控制。本发明的巨型真空室真空度(压力范围为绝压100kPa~2kPa)的精确调节系统针对巨型真空室，能够自动进行压力调节，以实现真空室内真空度恒定。

Description

巨型真空室真空度的精确调节系统

技术领域

巨型真空室真空度的精确调节系统，属于真空设备控制领域。具体涉及一种对巨型真空室进行抽真空的压力调节系统。

背景技术

在现有技术中，许多科学实验需要在真空的环境中进行，但现有技术类似的真空实验室普遍存在以下缺陷：1、实验室的容积较小（一般仅10~ 30m³），无法满足对特大真空系统研究的要求；2、控制精度不高；3、没有实现过程的自动化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种针对容积可达12000m³~15000m³巨型真空室，能够自动进行压力调节，以实现真空室内真空度恒定的巨型真空室真空度的精确调节系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该巨型真空室真空度的精确调节系统，包括真空室，其特征在于：在真空室上引出有真空主管路，真空主管路上串联主管路监测控制单元后同时并联连接有维持真空抽气机组和主抽真空机组，在维持真空抽气机组和主抽真空机组之间同时并联连接有补气单元，主管路监测控制单元、补气单元、主抽真空机组以及维持真空抽气机组由控制系统进行控制。

所述的主抽真空机组包括依次相连的罗茨真空泵组、第一冷却器以及第一水环真空泵，并联连接在真空主管路上的罗茨真空泵组的出气口与第一冷却器的入口相连，第一冷却器的出口连接冷却器温度监控单元之后分为两路：一路通过管路返回罗茨真空泵组；第二路通过管路依次串联连接第四开关阀和第二止回阀之后与第一水环真空泵的进气口相连。

所述的罗茨真空泵组包括设置的一台或并列设置的多台第一罗茨真空泵，并联在真空主管路上的分支真空管路分别串联一个第一止回阀之后分别与一台第一罗茨真空泵的进气口相连，每个第一罗茨真空泵的出气口分别通过管路串联连接一台第二开关阀之后同时连接到第一冷却器的入口。

所述的冷却器温度监控单元为同时并联在第一冷却器出口处的第一温度计和连接有第一温度指示表的第一温度变送器。

所述的维持真空抽气机组包括第二罗茨真空泵、第二冷却器以及第二水环真空泵，串联连接有第五开关阀的管路一端并联在真空主管路上，另一端与第二罗茨真空泵的进气口相连，第二罗茨真空泵的出气口通过管路串联连接第六开关阀之后与第二冷却器的入口相连，第二冷却器的出口依次并联连接第二温度计和连接有第二温度指示表的第二温度变送器之后分为两路：一路串联连接第七开关阀之后返回第二罗茨真空泵，另一路串联连接第十开关阀和第三止回阀之后与第二水环真空泵的进气口相连。

所述的补气单元包括为并联在真空主管路上的一条或多条补气管路，每一条补气管路上依次串联连接有调节阀和过滤网。

所述的主管路监测控制单元为依次串联连接在真空主管路中的主管路压力计、主管路压力变送器以及主管路开关阀。

所述的控制系统包括控制器U4，通过Profibus-DP总线与控制器U4实现互连的操作员站U1，通过RS232协议与控制器U4实现互连的工程师站U2，通过Profinet总线与控制器U4实现互联的上位机站U3，同时通过Profibus-DP总线与控制器U4相连的变频器U6~U8、软启动器U9~U13、多个阀门U14以及多个变送器U15。

所述的主抽真空机组为一组或多组。

所述的真空室上设置有多支真空室压力变送器。

与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是：

1、本发明的巨型真空室真空度的精确调节系统针对容积可达12000m³~15000m³巨型真空室，能够自动进行压力调节，以实现真空室内真空度恒定，填补了巨型真空室真空度调节系统的空白。

2、设置有一组或多组主抽真空机组、以实现真空室的真空度快速降低到预设定的真空度数值，同时设置有一组维持真空抽气机组以及补气单元，可实现真空室真空度稳定的调节。

3、本控制系统可采用常规手段实现对真空室抽真空的操作，同时通过相应软件控制可实现系统的自动调节，应用范围更广。

附图说明

图1为巨型真空室真空度的精确调节系统结构示意图。

图2为巨型真空室真空度的精确调节系统主抽真空机组结构示意图。

图3为巨型真空室真空度的精确调节系统维持真空抽气机组结构示意图。

图4为巨型真空室真空度的精确调节系统补气单元结构示意图。

图5为巨型真空室真空度的精确调节系统控制系统原理图。

其中：1、真空室压力变送器  2、主管路压力计  3、主管路压力变送器  4、主管路开关阀  5、真空主管路  6、补气单元  7、主抽真空机组  8、维持真空抽气机组  9、真空室  10、分支真空管路  11、第一止回阀  12、第一罗茨真空泵  13、第一开关阀  14、第二开关阀  15、第一冷却器  16、第三开关阀  17、第二止回阀  18、第一水环真空泵  19、第一水环真空泵排气管  20、第一水环真空泵排水管  21、第一减速机  22、第一水环真空泵进水管  23、第一驱动电机  24、第四开关阀  25、第一温度计  26、第一温度变送器  27、第一温度指示表  28、第五开关阀  29、第二罗茨真空泵  30、第六开关阀  31、第七开关阀  32、第二冷却器  33、第八开关阀  34、第二水环真空泵进水管  35、第九开关阀  36、第二水环真空泵排气管  37、第二水环真空泵排水管  38、第二驱动电机  39、第二水环真空泵  40、第三止回阀  41、第十开关阀  42、第二温度指示表  43、第二温度变送器  44、第二温度计  45、第三驱动电机  46、补气管路  47、调节阀  48、过滤网。

具体实施方式

图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的巨型真空室真空度的精确调节系统的真空室9体积可达12000m³~15000m³，在真空室9上安装有多支真空室压力变送器1，在真空室9一侧引出真空主管路5。在真空主管路5中依次串联连接有主管路压力计2、主管路压力变送器3以及主管路开关阀4之后同时并联有一组维持真空抽气机组8和两组主抽真空机组7，主抽真空机组7可根据需要设置一组或多组，在维持真空抽气机组8和主抽真空机组7之间同时并联连接有补气单元6。在实际工作时，根据计算开启一组或多组主抽真空机组7对真空室9进行抽真空操作，当真空室9内达到预定的真空度时，关闭主抽真空机组7，通过维持真空抽气机组8维持真空室9内的真空度，如果真空室9内的真空度低于预设定的真空度时，通过补气单元6进行补气，使真空室9内的真空度保持在预设定的真空度上。

如图2所示，主抽真空机组7包括：两台第一罗茨真空泵12、第一冷却器15以及第一水环真空泵18。两条并联在真空主管路5上的分支真空管路10分别串联一个第一止回阀11之后分别与一台第一罗茨真空泵12的进气口相连。每个第一罗茨真空泵12的出气口分别通过管路串联连接一台第二开关阀14之后同时连接到第一冷却器15的入口，连接第一冷却器15进水口的管路上同时串联连接有第三开关阀16。第一冷却器15的出口依次并联连接第一温度计25和连接有第一温度指示表27的第一温度变送器26之后分为两路：一路通过管路同时并联两台第一开关阀13之后分别返回两台第一罗茨真空泵12；第二路通过管路依次串联连接第四开关阀24和第二止回阀17之后与第一水环真空泵18的进气口相连。第一水环真空泵18同时连接有第一水环真空泵排气管19、第一水环真空泵排水管20和第一水环真空泵进水管22。第一驱动电机23同时通过第一减速机21与第一水环真空泵18相连。第一罗茨真空泵12可根据需要设置一台或并列设置的多台。

如图3所示，维持真空抽气机组8包括第二罗茨真空泵29、第二冷却器32以及第二水环真空泵39。串联连接有第五开关阀28的管路一端并联在真空主管路5上，另一端与第二罗茨真空泵29的进气口相连，第二罗茨真空泵29同时连接有第三驱动电机45。第二罗茨真空泵29的出气口通过管路串联连接第六开关阀30之后与第二冷却器32的入口相连，与第二冷却器32的进水口相连的管路上串联连接有第八开关阀33。第二冷却器32的出口依次并联连接第二温度计44和连接有第二温度指示表42的第二温度变送器43之后分为两路：一路串联连接第七开关阀31之后返回第二罗茨真空泵29，另一路串联连接第十开关阀41和第三止回阀40之后与第二水环真空泵39的进气口相连。第二水环真空泵39同时连接有串联连接了第九开关阀35的第二水环真空泵进水管34、第二水环真空泵排气管36、第二水环真空泵排水管37以及第二驱动电机38。

如图4所示，补气单元6为同时并联在真空主管路5上的两条补气管路46，每一条补气管路46上依次串联连接有调节阀47和过滤网48。当需要补气单元6向真空室9内补气时，通过控制系统调节两个调节阀47的开度，达到真空室9内真空度稳定的目的。补气管路46可根据需要设置一条或多条。

如图5所示，本发明的巨型真空室真空度的精确调节系统的控制系统包括操作员站U1、工程师站U2、上位机站U3、控制器站U4、控制面板U5、变频器U6~U8，软启动器U9~U13，多个阀门U14以及多个变送器U15。操作员站U1通过Profibus-DP总线与控制器U4实现互连，工程师站U2通过RS232协议与控制器U4实现互连，上位机站U3通过Profinet总线与控制器U4实现互联。控制面板U5同时与控制器U4互连，控制面板U5内包括远程/就地、手动/自动、联机启动/停止、单级启动/停止等按钮，用于将控制信号输入控制器U4，同时设置有多个指示灯，用于对设备运行、停止、报警、故障等状态进行指示，控制面板U5同时可接收现场各压力、温度、液位变送器的数据，各调节阀、开关阀的工作状态的数据（如阀门阀位的反馈），并将这些数据传送至控制器U4。

控制器U4同时通过Profibus-DP总线与三台变频器U6~U8、五台软启动器U9~U13、多个阀门U14以及多个变送器U15相连。三台变频器U6~U8分别对应两台第一水环真空泵18以及一台第二水环真空泵39，通过变频器U6~U8控制与两台第一水环真空泵18相连的两台第一驱动电机23以及一台与第二水环真空泵39相连的第二驱动电机38。五台软启动器U9~U13分别对应四台第一罗茨真空泵12和一台第二罗茨真空泵29，通过软启动器U9~U13实现四台第一罗茨真空泵12和一台第二罗茨真空泵29的启动。阀门U14对应第一开关阀13、第二开关阀14、第三开关阀16、第四开关阀24、第五开关阀28、第六开关阀30、第七开关阀31、第八开关阀33、第九开关阀35以及第十开关阀41。变送器U15对应系统内的多个压力变送器及温度变送器。

具体工作原理及过程如下：在系统工作时，首先确定真空室9内需要的真空度，然后根据该真空度值确定需要开启的主抽真空机组7的数量，同时关闭维持真空抽气机组8和补气单元6。然后打开相应数量的主抽真空机组7，其内的第一罗茨真空泵12和第一水环真空泵18开始工作，对真空室9内进行抽真空操作，抽真空的过程中，真空室压力变送器1以及串联在真空主管路5上的主管路压力计2和主管路压力变送器3实时的对真空度进行监测，当监测到真空室9内的真空度已达到预定真空度时，控制器U4控制已开启的主抽真空机组7关闭，其内的第一罗茨真空泵12和第一水环真空泵18停止工作。

由于真空室9空间较大，因此其自身无法维持其内的真空度，此时控制器U4控制维持真空抽气机组8开启，其内的第二罗茨真空泵29以及第二水环真空泵39开始工作，维持真空室9内的真空度，同时真空室压力变送器1以及串联在真空主管路5上的主管路压力计2和主管路压力变送器3实时的对真空度进行监测，当检测到真空室9内的真空度低于预定的真空度时，控制器U4控制补气单元6开始工作，驱动其内的调节阀47以合适的开度开启，向真空室9内补气，通过维持真空抽气机组8和补气单元6的工作作用使真空室9内的真空度维持在预设定的真空度数值上。

控制器U4为PLC，其型号为CPU 315-2 PN/DP。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.巨型真空室真空度的精确调节系统，包括真空室（9），其特征在于：在真空室（9）上引出有真空主管路（5），真空主管路（5）上串联主管路监测控制单元后同时并联连接有维持真空抽气机组（8）和主抽真空机组（7），在维持真空抽气机组（8）和主抽真空机组（7）之间同时并联连接有补气单元（6），主管路监测控制单元、补气单元（6）、主抽真空机组（7）以及维持真空抽气机组（8）由控制系统进行控制；

所述的主抽真空机组（7）包括依次相连的罗茨真空泵组、第一冷却器（15）以及第一水环真空泵（18），并联连接在真空主管路（5）上的罗茨真空泵组的出气口与第一冷却器（15）的入口相连，第一冷却器（15）的出口连接冷却器温度监控单元之后分为两路：一路通过管路返回罗茨真空泵组；第二路通过管路依次串联连接第四开关阀（24）和第二止回阀（17）之后与第一水环真空泵（18）的进气口相连；

所述的罗茨真空泵组包括并列设置的两台第一罗茨真空泵（12），并联在真空主管路（5）上的分支真空管路（10）分别串联一个第一止回阀（11）之后分别与一台第一罗茨真空泵（12）的进气口相连，每个第一罗茨真空泵（12）的出气口分别通过管路串联连接一台第二开关阀（14）之后同时连接到第一冷却器（15）的入口；

所述的冷却器温度监控单元为同时并联在第一冷却器（15）出口处的第一温度计（25）和连接有第一温度指示表（27）的第一温度变送器（26）；

所述的维持真空抽气机组（8）包括第二罗茨真空泵（29）、第二冷却器（32）以及第二水环真空泵（39），串联连接有第五开关阀（28）的管路一端并联在真空主管路（5）上，另一端与第二罗茨真空泵（29）的进气口相连，第二罗茨真空泵（29）的出气口通过管路串联连接第六开关阀（30）之后与第二冷却器（32）的入口相连，第二冷却器（32）的出口依次并联连接第二温度计（44）和连接有第二温度指示表（42）的第二温度变送器（43）之后分为两路：一路串联连接第七开关阀（31）之后返回第二罗茨真空泵（29），另一路串联连接第十开关阀（41）和第三止回阀（40）之后与第二水环真空泵（39）的进气口相连；

所述的补气单元（6）包括为并联在真空主管路（5）上的一条或多条补气管路（46），每一条补气管路（46）上依次串联连接有调节阀（47）和过滤网（48）；

所述的主管路监测控制单元为依次串联连接在真空主管路（5）中的主管路压力计（2）、主管路压力变送器（3）以及主管路开关阀（4）；

所述的主抽真空机组（7）为一组或多组；

所述的真空室（9）上设置有多支真空室压力变送器（1）。

2.根据权利要求1所述的巨型真空室真空度的精确调节系统，其特征在于：所述的控制系统包括控制器（U4），通过Profibus-DP总线与控制器（U4）实现互连的操作员站（U1），通过RS232协议与控制器（U4）实现互连的工程师站（U2），通过Profinet总线与控制器（U4）实现互联的上位机站（U3），同时通过Profibus-DP总线与控制器（U4）相连的变频器（U6~U8）、软启动器（U9~U13）、多个阀门(U14)以及多个变送器(U15)。