CN108686466A - 一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统及方法，包括气体管路、循环泵、第一净化装置以及第二净化装置，本发明利用循环泵使负压工作系统中的气体形成循环，并利用活性金属钛的强吸附性，对惰性气体中的杂质气体进行净化，结构简单，操作方便，气体循环的效率提高，系统的可靠性高，维护和保养吸气剂时，可以不间断的对真空腔体内的气体进行净化。一次性填装少量的锆钒铁吸气剂便可以使用很长时间，维护更换周期长。本套装置在不破坏系统负压环境的前提下，对系统内部惰性气体进行了循环净化，既保证了工作的持续性又提高了系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及气体循环装置。具体涉及一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统及方法。
背景技术
惰性气体作为一种保护气体，经常会被用到工业生产中。但是随着生产过程的进行，保护气体的纯度会逐渐降低，影响生产的进程和产品的质量。如果需要长时间维持负压工作系统内保护气体的纯度，即需要建立封闭的气体循环系统，将含有氮、氢、氧等杂质的保护气体抽出进行净化，同时将高纯度不含杂质的保护气体重新注入负压工作系统，且需要保持负压工作系统的气压稳定，不能影响负压工作系统中装置的正常运转，建立该封闭的气体循环系统待解决的技术问题包括：
1、如何实现负压工作系统中的气压稳定，2、如何将保护气体内的氮、氢、氧等杂质高效去除，3、如何实现气体净化单元的独立运行以使该气体循环系统的长时间高效运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，包括两端分别与负压工作环境相密闭连通的气体管路，串接在所述的气体管路中的第一分支气体管路和第二分支气体管路两条支路、串接于气体管路上的循环泵、以及分别连接于第一分支气体管路和第二分支气体管路的净化装置；
所述循环泵包括设置有左侧板和右侧板的支架，设置在右侧板和左侧板间且受驱动左右往复的挡板，两段对应设置在左侧板和挡板间以及右侧板和挡板间的波纹管、所述的波纹管两端分别与挡板、左侧板或右侧板密封固定连接；所述的波纹管的管腔受控经进气管路或出气管路与气体管路连通；
所述净化装置包括壳体、隔网、吸气剂和温控铠装加热体，壳体的中部放置所述的吸气剂，在吸气剂的两侧设置隔网，在壳体的外部设置温控铠装加热体；
在气体管路上设置有用于对负压工作系统进行抽真空的负压工作系统真空抽气口，在第一分支气体管路上设置用于单独对第一净化装置进行抽真空的第一净化装置真空抽气口；在第二分支气体管路上设置用于单独对第二净化装置进行抽真空的第二净化装置真空抽气口。
在上述技术方案中，所述支架底部设置循环泵底座。
在上述技术方案中，所述支架的左侧板与右侧板之间设置横穿挡板供挡板在其上滑动的滑轨。
在上述技术方案中，在所述支架的左侧板与右侧板之间设置有丝杠，丝杠上设置有与挡板相连接可沿丝杠滑动的丝杠滑台。
在上述技术方案中，所述丝杠的一端设置有用于控制电机正反转的限位开关，限位开关通过与互锁的继电器相配合操纵步进电机，使步进电机驱动丝杠正向反向交替转动，进而实现丝杠滑台以及设置于其上的挡板在右侧板和左侧板之间的往复运动。
在上述技术方案中，所述挡板与左侧板间的波纹管内形成左气腔，所述挡板与右侧板间的波纹管内形成右气腔，所述进气管路的进气口与左气腔之间设置第一电磁真空阀门，在进气管路的进气口与右气腔之间设置第二电磁真空阀门，在出气管路的出气口与左气腔之间设置第三电磁真空阀门，在出气管路的出气口与右气腔之间设置第四电磁真空阀门。
在上述技术方案中，所述吸气剂为锆钒铁吸气剂。
在上述技术方案中，所述隔网呈蜂窝状。
在上述技术方案中，在所述第一分支气体管路上设置有用于配合抽真空使用的第一真空阀门、第二真空阀门、第三真空阀门和第四真空阀门；在所述第二分支气体管路上设置有用于配合抽真空使用的第五真空阀门、第六真空阀门、第七真空阀门和第八真空阀门。
在上述技术方案中，所述负压工作系统真空抽气口、第一净化装置真空抽气口和第二净化装置真空抽气口分别连接真空泵。
一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化方法：循环泵依靠挡片带动波纹管做压缩、拉伸的动作将负压工作环境内的气体抽出进入气体管路循环，通过加热净化装置锆钒铁吸气剂的方式完成气体的净化。
一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统的吸气剂在线更换方法：封闭待更换吸气剂的净化装置的分支气体管路，使用另一个分支气体管路上净化装置维持循环系统运行，在更换完成后，通过该分支气体管路上的真空抽气口进行抽真空。
本发明的优点和有益效果为：
1、采用与负压工作系统相密闭连通具有第一分支气体管路、第二分支气体管路两条支路的气体管路配合循环泵实现负压工作系统中的气压稳定。
2、将负压工作系统中的保护气体抽入密封的气体管路后，采用包含吸气剂的第一净化装置、第二净化装置进行保护气体内的氮、氢、氧等杂质高效去除，安装于第一净化装置、第二净化装置壳体表面的温控铠装加热体进一步对杂质的去除起到加速作用。
3、由于吸气剂具有一定的使用时限，在使用一段时间后需要打开净化装置的壳体进行更换，为了避免更换的过程中破坏气体管路的气压平衡而导致负压工作系统中断，特意设置了相互并联的第一净化装置和第二净化装置，并采用气体管路支路及相应阀门的设置方式使得在进行吸气剂更换的时候不影响整体气体管路中的循环与净化，即实现了气体净化单元的独立运行以使该气体循环系统的长时间高效运行。
综上，本发明利用循环泵使负压工作系统中的气体形成循环，并利用活性金属钛的强吸附性，对惰性气体中的杂质气体进行净化，结构简单，操作方便，气体循环的效率提高，系统的可靠性高，维护和保养吸气剂时，可以不间断的对真空腔体内的气体进行净化。一次性填装少量的锆钒铁吸气剂便可以使用很长时间，维护更换周期长。本套装置在不破坏系统负压环境的前提下，对系统内部惰性气体进行了循环净化，既保证了工作的持续性又提高了系统的安全性。
附图说明
图1为本发明连接结构示意图。
图2为循环泵结构示意图。
图3为循环泵气体循环方式示意图。
图4为净化装置结构示意图。
其中，1为负压工作系统，2为循环泵，3为第一真空阀门，4为第二真空阀门，5为第三真空阀门，6为第四真空阀门，7为第一净化装置真空抽气口，8为负压工作系统真空抽气口，9为第五真空阀门，10为第六真空阀门，11为第七真空阀门，12为第八真空阀门，13为第二净化装置真空抽气口，14为第一净化装置，15为第二净化装置，16为第一电磁真空阀门，17为第二电磁真空阀门，18为第三电磁真空阀门，19为第四电磁真空阀门，20为步进电机，21为丝杠，22为丝杠滑台，23为波纹管，24为挡板，25为进气管路，26为出气管路，27为循环泵底座，28为支架，29为滑轨，30为进气口，31为出气口，32为壳体，33为隔网，34为吸气剂，35为温控铠装加热体，36为第一分支气体管路，37为第二分支气体管路。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，包括与负压工作环境相密闭连通具有第一分支气体管路36、第二分支气体管路37两条支路的气体管路、连接于气体管路上的循环泵2、连接于第一分支气体管路的第一净化装置14以及连接于第二分支气体管路的第二净化装置15，上述气体管路管路采用304不锈钢；
所述循环泵包括步进电机20、支架28、丝杠21、丝杠滑台22、挡板24、波纹管23、进气管路25、出气管路26和四组电磁真空阀门，支架、步进电机安装于循环泵底座27上，步进电机与丝杠相连，丝杠上设置有可沿其滑动的丝杠滑台，丝杠滑台与挡板相连接，波纹管设置于支架的左板与右板之间，使其两端的位置保持固定，支架的左板与右板之间设置有供挡板滑动的滑轨29，挡板将波纹管分隔为相互独立的左气腔与右气腔，左气腔与右气腔之间连通有进气管路和出气管路；在所述进气管路的进气口与左气腔之间设置第一电磁真空阀门16，在进气管路的进气口与右气腔之间设置第二电磁真空阀门17，在出气管路的出气口与左气腔之间设置第三电磁真空阀门18，在出气管路的出气口与右气腔之间设置第四电磁真空阀门19，上述波纹管23的材料采用350不锈钢。
循环泵内部气体运动方向如图3中箭头所示；循环管道尽可能缩短长度并减少拐角以降低管阻。循环泵循环工作过程如下：
步进电机20的转动由联轴器传递给架在循环泵底座27上的丝杠滑台22，丝杠滑台22可随着丝杠21的正反转做往复移动，整个系统通过PLC控制步进电机20的往复运动，当挡板24向左运动时开启第二电磁真空阀门17、第三电磁真空阀门18，关闭第一电磁真空阀门16、第四电磁真空阀门19；当挡板24向左运动时开启第一电磁真空阀门16、第四电磁真空阀门19，关闭第二电磁真空阀门17、第三电磁真空阀门18；这样系统内的气体可以不间断的通过净化装置，如图3所示。如此往复，形成系统内气体循环。循环泵每往复一次可以循环1L气体，按照循环泵最快每分钟往复45次计算，循环泵的极限每分钟循环45L。
本套系统由气体循环泵提供气体循环的动力，循环泵依靠两截带挡片的焊接波纹管做压缩、拉伸的动作实现气体输送，并由限位开关控制波纹管压缩、拉伸的行程，限位开关被触碰后，作用到一对互锁的继电器上，控制电机正反转，电机的转动通过联轴器传递到一条丝杠上，再传递给波纹管，实现波纹管的压缩、拉伸运动；另外，再由净化装置实现对系统中气体进行净化的过程。气体循环泵采用PLC控制电机往复运动的同时开关气体循环泵上的电磁阀按时序开关。并且可同时控制电机往复运动的速度，达到控制循环流量的功能。
实施例2
一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，包括与负压工作环境相密闭连通具有第一分支气体管路36、第二分支气体管路37两条支路的气体管路、连接于气体管路上的循环泵2、连接于第一分支气体管路的第一净化装置14以及连接于第二分支气体管路的第二净化装置15；
所述第一净化装置包括壳体32、蜂窝状隔网33、锆钒铁吸气剂34和温控铠装加热体35，壳体的中部放置锆钒铁吸气剂，在锆钒铁吸气剂的两侧设置蜂窝状隔网，在壳体的外部设置温控铠装加热体，所述第二净化装置与第一净化装置具有相同的结构，内部均装有锆钒铁等吸气剂，并由可绝缘加热的铠装加热丝对其进行加热(温度200-300℃)，吸气剂可以在运行过程中高效率的吸收氮、氢、氧等杂质气体。
净化过程如下：净化装置外壳32内装有锆钒铁吸气剂34，通过加热温控铠装加热体35对其锆钒铁吸气剂进行加热，加热温度为200-300℃，当装置内部惰性气体通过蜂窝状隔网33时吸气剂进行气体纯化过程。
本发明在使用过程中经过以下测试：用一束激光照在负压环境下的惰性气体上，不启动本装置时，由于杂质气体的影响，会有明显的多普勒效应产生；启动本装置后，多普勒效应消失，证明成功对系统内部气体起到了净化的效果。
实施例3
一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，包括与负压工作环境相密闭连通具有第一分支气体管路36、第二分支气体管路37两条支路的气体管路、连接于气体管路上的循环泵2、连接于第一分支气体管路的第一净化装置14以及连接于第二分支气体管路的第二净化装置15；
所述第一净化装置包括壳体32、蜂窝状隔网33、锆钒铁吸气剂34和温控铠装加热体35，壳体的中部放置锆钒铁吸气剂，在锆钒铁吸气剂的两侧设置蜂窝状隔网，在壳体的外部设置温控铠装加热体，所述第二净化装置与第一净化装置具有相同的结构。
在气体管路上设置有用于对负压工作系统进行抽真空的负压工作系统真空抽气口8，在第一分支气体管路上设置用于单独对第一净化装置进行抽真空的第一净化装置真空抽气口7；在所述第一分支气体管路上设置有用于配合抽真空使用的第一真空阀门3、第二真空阀门4、第三真空阀门5和第四真空阀门6。在第二分支气体管路上设置用于单独对第二净化装置进行抽真空的第二净化装置真空抽气口13。在所述第二分支气体管路上设置有用于配合抽真空使用的第五真空阀门9、第六真空阀门10、第七真空阀门11和第八真空阀门12。
更换维护净化装置过程如下：当第一净化装置14中的锆钒铁吸气剂需要更换维护，首先关闭第一净化装置14的铠装加热丝，当温度降至室温(24-26摄氏度)后时，关闭真空阀门3-6，同时打开真空阀门9-12，使第二净化装置15运行，当第一净化装置14的温度降到室温时，将净化装置14拆下，更换新的吸气剂，安装完成之后打开第二真空阀门4、第三真空阀门5通过第一净化装置真空装置抽气口7将更换的净化装置以及管道阀门内的空气抽掉，保证装置内气体的纯度，加热净化装置当温度达到要求时打开第一真空阀门3和第二真空阀门4，同时关闭真空阀门9-12，并停止净化装置15的加热，完成一次更换。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：包括两端分别与负压工作环境相密闭连通的气体管路，串接在所述的气体管路中的第一分支气体管路和第二分支气体管路两条支路、串接于气体管路上的循环泵、以及分别连接于第一分支气体管路和第二分支气体管路的净化装置；
所述循环泵包括设置有左侧板和右侧板的支架，设置在右侧板和左侧板间且受驱动左右往复移动的挡板，两段对应设置在左侧板和挡板间以及右侧板和挡板间的波纹管、挡板与左侧板间的波纹管内形成左气腔，所述挡板与右侧板间的波纹管内形成右气腔，左气腔与右气腔受控经进气管路或出气管路与气体管路连通；所述的波纹管两端分别与挡板、左侧板或右侧板密封固定连接；
所述净化装置包括壳体、隔网、吸气剂和温控铠装加热体，壳体的中部放置所述的吸气剂，在吸气剂的两侧设置隔网，在壳体的外部设置温控铠装加热体；
在气体管路上设置有用于对负压工作系统进行抽真空的负压工作系统真空抽气口，在第一分支气体管路和第二分支气体管路上分别设置有真空抽气口。
2.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：所述支架底部设置循环泵底座。
3.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：驱动所述挡板左右往复运动的机构包括丝杠、丝杠滑台和滑轨，在支架的左侧板与右侧板之间设置丝杠，丝杠上设置有与挡板相连接可沿丝杠移动的丝杠滑台，在支架的左侧板与右侧板之间设置横穿挡板供挡板在其上滑动的滑轨。
4.根据权利要求3所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：所述丝杠的一端设置有用于控制电机正反转的限位开关，限位开关通过与互锁的继电器相配合操纵步进电机，使步进电机驱动丝杠正向反向交替转动，进而实现丝杠滑台以及设置于其上的挡板在右侧板和左侧板之间的往复运动。
5.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：所述进气管路的进气口与左气腔之间设置第一电磁真空阀门，在进气管路的进气口与右气腔之间设置第二电磁真空阀门，在出气管路的出气口与左气腔之间设置第三电磁真空阀门，在出气管路的出气口与右气腔之间设置第四电磁真空阀门。
6.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：所述第一电磁真空阀门、第二电磁真空阀门、第三电磁真空阀门和第四电磁真空阀门设置在支架的左侧板右侧板上面的顶板上。
7.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：所述吸气剂为锆钒铁吸气剂，所述隔网呈蜂窝状。
8.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：在所述第一分支气体管路上设置有用于配合抽真空使用的第一真空阀门、第二真空阀门、第三真空阀门和第四真空阀门；在所述第二分支气体管路上设置有用于配合抽真空使用的第五真空阀门、第六真空阀门、第七真空阀门和第八真空阀门。
9.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：在第一分支气体管路上设置用于单独对第一净化装置进行抽真空的第一净化装置真空抽气口，在第二分支气体管路上设置用于单独对第二净化装置进行抽真空的第二净化装置真空抽气口。
10.根据权利要求1所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化系统，其特征在于：所述负压工作系统真空抽气口、第一净化装置真空抽气口和第二净化装置真空抽气口分别连接真空泵。
11.一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化方法，其特征在于：按照下列步骤进行：
步骤一、通过负压工作系统真空抽气口对气体管路进行抽真空；
步骤二、开启循环泵，循环泵依靠挡片带动波纹管做压缩、拉伸的动作将负压工作环境内的气体抽出进入气体管路循环；
步骤三、通过阀门接通一条分支气体管路，封闭一条分支气体管路，使接通的分支气体管路上的净化装置在加热的条件下运行，气流通过净化装置，净化装置内的锆钒铁吸气剂去除气流中的氮、氢、氧等杂质。
12.根据权利要求11所述的一种应用于负压工作环境的保护气体循环净化方法，其特征在于：还包括下列步骤用于更换净化装置内的吸气剂，首先关闭第一净化装置的铠装加热丝，当温度降至室温时，关闭第一真空阀门、第二真空阀门、第三真空阀门和第四真空阀门，同时打开第五真空阀门、第六真空阀门、第七真空阀门和第八真空阀门，使第二净化装置运行，当第一净化装置的温度降到室温时，将第一净化装置拆下，更换新的吸气剂，安装完成之后打开第二真空阀门、第三真空阀门通过第一净化装置真空装置抽气口将更换的净化装置以及管道阀门内的空气抽掉，保证装置内气体的纯度，重新打开第一真空阀门和第二真空阀门，同时关闭第五真空阀门、第六真空阀门、第七真空阀门和第八真空阀门，停止第二净化装置的加热，完成一次更换。
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