CN109141010B - 可变叶片冷井装置及其抽真空方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变叶片冷井装置及其抽真空方法，该装置包括：油扩散泵；冷井壳体，安装于所述油扩散泵上，所述冷井壳体具有一冷凝空腔，所述冷凝空腔贯通所述冷井壳体的两端，所述冷凝空腔的一端对准所述油扩散泵的吸气口；叶片组件，通过管轴组件可转动地安装于所述冷凝空腔内，所述管轴组件的第一端和第二端分别可转动地插设于所述冷井壳体的内侧壁中，所述冷井壳体的外侧壁上安装有驱动电机，所述驱动电机传动连接于所述管轴组件的第二端；以及监控设备，包括控制器和真空传感器，所述真空传感器电信号连接于所述控制器，所述控制器连接于所述驱动电机。本发明解决了使用传统冷井时导致油扩散真空泵的抽速下降幅度大的问题。

Description

可变叶片冷井装置及其抽真空方法

技术领域

本发明涉及一种油扩散真空泵，具体涉及一种可变叶片冷井装置及其抽真空方法。

背景技术

目前的真空炉所匹配的油扩散真空泵，在粗真空阶段(约10^-2pa至10pa 左右)抽速低且返油率较高，在10^-2pa较高真空阶段以下抽速提高到油扩散真空泵的名义抽速，此时返油率非常低。附图图1所示

如果不使用冷井，则油扩散真空泵在粗真空阶段会向真空炉的炉腔方向返油，实际会在真空炉的炉腔的靠近主阀处的内表面留下油膜，进而导致炉内正在处理的产品受到污染。

如果使用传统冷井，冷井的固定叶片会对油扩散真空泵的吸气口始终造成理论上至少50％的遮挡，导致油扩散真空泵的抽速下降至少45％。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种可变叶片冷井装置及其抽真空方法，以解决使用传统冷井时导致油扩散真空泵的抽速下降幅度大的问题。

为实现上述目的，提供一种可变叶片冷井装置，包括：

油扩散泵；

冷井壳体，安装于所述油扩散泵上，所述冷井壳体具有一冷凝空腔，所述冷凝空腔贯通所述冷井壳体的两端，所述冷凝空腔的一端对准所述油扩散泵的吸气口；

叶片组件，通过管轴组件可转动地安装于所述冷凝空腔内，所述管轴组件的第一端和第二端分别可转动地插设于所述冷井壳体的内侧壁中，所述冷井壳体的外侧壁上安装有驱动电机，所述驱动电机传动连接于所述管轴组件的第二端；以及

监控设备，包括控制器和真空传感器，所述真空传感器电信号连接于所述控制器，所述控制器连接于所述驱动电机。

进一步的，所述管轴组件包括并排设置的驱动管轴和从动管轴，所述叶片组件包括通过驱动管轴可转动地安装于所述冷凝空腔内的驱动叶片和通过从动管轴可转动地安装于所述冷凝空腔内的从动叶片，所述驱动管轴、所述从动管轴的两端分别可转动地插设于所述冷井壳体的内侧壁中，所述驱动管轴的第二端传动连接于所述驱动电机，所述驱动管轴的第一端传动连接于所述从动管轴。

进一步的，所述驱动管轴和所述从动管轴沿所述冷井壳体的径向方向并排设置。

进一步的，所述冷井壳体的相对两侧的侧壁中分别形成进水腔和排水腔，所述驱动管轴、所述从动管轴的第一端伸至所述进水腔中，所述驱动管轴、所述从动管轴的第二端伸至所述排水腔中，所述驱动管轴、所述从动管轴的第一端分别形成有连通所述进水腔的进水孔，所述驱动管轴、所述从动管轴的第二端分别形成有连通所述排水腔的排水孔，所述冷井壳体的外侧壁上形成连通于所述进水腔的进水口以及连通于所述排水腔的出水口。

进一步的，所述驱动管轴的第一端同轴连接有驱动齿轮，所述从动管轴的第一端同轴连接有从动齿轮，所述驱动齿轮与所述从动齿轮之间啮合有传动齿轮。

进一步的，所述驱动电机的输出端伸至所述排水腔中并同轴连接于所述驱动管轴的第二端。

本发明提供一种可变叶片冷井装置的抽真空方法，包括以下步骤：

开启油扩散泵，使得真空炉中的气体经由冷井壳体的冷凝空腔排出；

监控设备的真空传感器获取所述冷凝空腔内的气压值、生成携带所述气压值的第一信号并对外发送；

监控设备的控制器接收所述第一信号，并根据所述气压值的大小控制所述驱动电机转动所述管轴组件，使得所述叶片组件遮挡相应的所述油扩散泵的吸气口的面积。

进一步的，所述根据所述气压值判断所述油扩散泵的抽真空阶段，所述控制器根据不同的抽真空阶段控制所述驱动电机转动所述管轴组件的步骤包括：

当所述气压值处于10^-2pa至10pa范围内时，所述控制器启动所述驱动电机，所述驱动电机驱动所述管轴组件转动，所述叶片组件与所述冷井壳体的内侧壁呈60°角度设置，使得所述吸气口的开启度达到30％；

当所述气压处于10^-3pa至10^-2pa范围内时，所述控制器启动所述驱动电机，所述驱动电机驱动所述管轴组件转动，所述叶片组件与所述冷井壳体的内侧壁呈30°角度设置，使得所述吸气口的开启度达到60％；

当所述气压处于10^-3pa以下范围时，所述控制器启动所述驱动电机，所述驱动电机驱动所述管轴组件转动，所述叶片组件沿竖直方向设置，使得所述吸气口的开启度达到100％。

本发明的有益效果在于，本发明的可变叶片冷井装置通过真空传感器测量冷凝空腔内的气压，控制器根据气压值的大小通过驱动电机控制叶片组件绕管轴转动，从而控制叶片组件遮挡油扩散泵2的吸气口的面积的大小(实现对油扩散泵的吸气口0％～100％的阻挡)，当处于粗真空阶段时，通过叶片组件减少油扩散泵的返油率，避免油污染真空炉的工件；当处于高真空阶段，旋转叶片组件，使得吸气口达到100％开启度；当油扩散泵处停工阶段，旋转叶片组件，使得叶片组件完全遮挡住吸气口，此时吸气口的开启度为 0％，可以防止异物坠入油扩散泵。

附图说明

图1为本发明实施例的真空炉和油扩散真空泵的连接节点示意图。

图2为本发明实施例的可变叶片冷井装置的剖视图。

图3为图2实施例中的A-A处的剖面图。

图4为本发明实施例的可变叶片冷井装置的管轴组件的侧视图。

图5为本发明实施例的可变叶片冷井装置的驱动管轴和第一叶片的结构示意图。

图6为图5实施例中的D-D处的剖视图。

图7为本发明实施例的可变叶片冷井装置的第一从动管轴和第二叶片的结构示意图。

图8为图7实施例中的E-E处的剖视图。

图9为本发明实施例的可变叶片冷井装置的第二从动管轴和第三叶片的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图1为本发明实施例的真空炉和油扩散真空泵的连接节点示意图、图 2为本发明实施例的可变叶片冷井装置的剖视图、图3为图2实施例中的 A-A处的剖面图、图4为本发明实施例的可变叶片冷井装置的管轴组件的侧视图、图5为本发明实施例的可变叶片冷井装置的驱动管轴和第一叶片的结构示意图、图6为图5实施例中的D-D处的剖视图、图7为本发明实施例的可变叶片冷井装置的第一从动管轴和第二叶片的结构示意图、图8 为图7实施例中的E-E处的剖视图、图9为本发明实施例的可变叶片冷井装置的第二从动管轴和第三叶片的结构示意图。

参照图1至图9所示，本发明提供了一种可变叶片冷井装置，包括：冷井壳体3、管轴组件4、叶片组件5、驱动电机6和监控设备。

在本实施例中，真空炉1的主阀11和油扩散泵2之间设置有本发明的可变叶片冷井装置。具体的，冷井壳体3主要用于固定于真空炉1和油扩散泵2之间。冷井壳体3具有冷凝空腔31。冷凝空腔贯通冷井壳体的两端。冷凝空腔的一端对准油扩散泵的吸气口。冷井壳体3的上端口法兰连接于主阀11，冷井壳体3的下端口法兰连接于油扩散泵2的吸气口。

管轴组件4主要用于容置冷却水。管轴组件4沿冷井壳体的径向方向设置于冷凝空腔31内。管轴组件4的第一端和第二端分别可转动地插设于冷井壳体3的内侧壁中。叶片组件5用于遮蔽所述油扩散泵2的吸气口。叶片组件5连接于管轴组件4，叶片组件5沿管轴组件4的轴向方向设置。驱动电机6安装于冷井壳体3的外侧壁上且传动连接于管轴组件4的第二端。驱动电机6连接有控制器。监控设备包括真空传感器(附图中未显示)和控制器(附图中未显示)。控制器连接于真空传感器。

本发明的可变叶片冷井装置通过监控设备的真空传感器获取冷凝空腔内的气压值，监控设备的控制器根据气压值的大小通过驱动电机控制叶片组件绕管轴转动，从而调整叶片组件遮挡油扩散泵2的吸气口的面积的大小 (实现对油扩散泵的吸气口0％～100％的阻挡)。具体的，当处于粗真空阶段时，通过叶片组件减少油扩散泵的返油率，避免油污染真空炉的工件；当处于高真空阶段，旋转叶片组件，使得吸气口达到100％开启度；当油扩散泵处停工阶段，旋转叶片组件，使得叶片组件完全遮挡住吸气口，此时吸气口的开启度为0％，可以防止异物坠入油扩散泵。

具体的，管轴组件4包括驱动管轴41和从动管轴。驱动管轴与从动管轴并排设置。叶片组件包括通过驱动管轴41可转动地安装于冷凝空腔内的驱动叶片51和通过从动管轴可转动地安装于所述冷凝空腔内的从动叶片。驱动管轴41、从动管轴的两端分别可转动地插设于冷井壳体的内侧壁中。驱动管轴的第二端传动连接于驱动电机6，驱动管轴41的第一端传动连接于从动管轴。

从动管轴包括第一从动管轴42和第二从动管轴43。在本实施例中，驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43均为一根两端封闭的空心钢管。一根驱动管轴41、二根第一从动管轴42以及二根第二从动管轴43 水平并排设置。二根第一从动管轴42分别对称设置于驱动管轴41的两侧。第二从动管轴43设置于第一从动管轴42的远离驱动管轴41的一侧。

驱动管轴41、第一从动管轴42和第二从动管轴43的两端分别可转动地插设于冷井壳体3的内侧壁中。驱动管轴41的第二端传动连接于驱动电机6。驱动管轴41的第一端传动连接于第一从动管轴42的第一端，所述第一从动管轴42传动连接于所述第二从动管轴43的第一端。

叶片组件5包括第一叶片51和从动叶片。从动叶片包括第二叶片52和第三叶片53。第一叶片51连接于驱动管轴41并沿驱动管轴41的轴向设置。第二叶片52连接于第一从动管轴42并沿第一从动管轴42的轴向设置。第三叶片53连接于第二从动管轴43并沿第二从动管轴43的轴向设置。当所有的第一叶片51、第二叶片52以及第三叶片53水平设置则拼凑形成一个与冷凝空腔31的截面的形状相适配的叶片。

在本实施例中，冷井壳体3的靠近所述第二从动管轴43的中部的内侧壁形成竖向凹槽，第三叶片53的形状与竖向凹槽相适配。

参阅图2和图3，在本实施例中，冷井壳体3的相对两侧的侧壁中分别形成进水腔32和排水腔33。驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43的第一端伸至进水腔32中。驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43的第一端分别形成有连通进水腔32的进水孔。具体的，冷井壳体的内侧壁形成有多个插孔，驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43一一对应的、可转动地插设于插孔中。在驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43和插孔的内侧壁之间设置四道唇形密封圈。唇型密封圈的内径与驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43的外径相适配，唇型密封圈的外径与插孔的内径相适配。相邻的两道唇形密封圈之间设置碳钢材质支撑圈垫圈隔开，插孔的两端设置孔用挡圈将四道唇形密封圈固定，实现对真空、冷却水层、外界大气的隔离。

驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43的第二端伸至排水腔33中。驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43的第二端分别形成有连通排水腔33的排水孔。

冷井壳体3的外侧壁上形成连通于进水腔32的进水口以及连通于排水腔33的出水口。

在抽真空时，冷却水通过进水口注入进水腔中后，经由进水孔注入驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43。冷却水在水压的作用下从驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43的排水孔排至排水腔内，排水腔的冷却水最终经由排水口排出冷井壳体。

参阅图3和图4，在本实施例中，驱动管轴41的第一端同轴连接有驱动齿轮411。第一从动管轴42的第一端同轴连接有第二从动齿轮421。第二从动管轴43的第一端同轴连接有第三从动齿轮431。驱动齿轮411和第二从动齿轮421之间、第二从动齿轮和第三从动齿轮431之间分别啮合有传动齿轮7。传动齿轮7容置于进水腔内。当驱动管轴转动时，第二从动齿轮421、第三从动齿轮431与驱动齿轮411保持同向、同速转动，使得第一叶片、第二叶片、第三叶片与冷井壳体始终同向设置。

驱动电机6的输出端插设于冷井壳体的外侧壁中并伸至排水腔33中，驱动电机6的输出端同轴连接于驱动管轴41的第二端，从而驱动驱动管轴的转动。

控制器为可编程序控制器(PLC)。PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器是：一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

真空传感器是工业实践中常用的一种压力传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及石油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、通风管道等众多行业。真空传感器的工作原理是介质的压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号。

本发明提供一种可变叶片冷井装置的抽真空方法，包括以下步骤：

S1：开启油扩散泵2，使得真空炉1中的气体经由冷井壳体3的冷凝空腔31排出。

S11在开启油扩散泵之前，先开启冷却水循环预冷，使得冷却水通过进水口注入进水腔中后，经由进水孔注入驱动管轴41、第一从动管轴42以及第二从动管轴43。冷却水在水压的作用下从驱动管轴41、第一从动管轴42 以及第二从动管轴43的排水孔排至排水腔内，排水腔的冷却水最终经由排水口排出冷井壳体3。

S12监控设备的开启油扩散泵2，使得真空炉1中的气体经由冷井壳体 3的冷凝空腔31排出。

S2：真空传感器测量所述冷凝空腔31内的气压值、生成携带所述气压值的第一信号并对外发送。

具体的，真空传感器实时测量冷凝空腔内的气压值、生成携带实时的气压值的第一信号通过信号发射器对外发送。

S3：监控设备的控制器接收所述第一信号，并根据所述气压值的大小控制所述驱动电机6转动所述管轴组件4，使得所述叶片组件5遮挡相应的所述油扩散泵2的吸气口的面积。

S31控制器通过与信号发射器相匹配的信号接收器接收第一信号。

S32控制器根据实时的气压值的大小，控制驱动电机6转动管轴组件4。

具体的，包括以下几种情况：

S321当所述气压值处于10^-2pa至10pa范围内时，所述控制器启动所述驱动电机6，所述驱动电机6驱动所述管轴组件4转动，所述叶片组件5与所述冷井壳体3的内侧壁呈60°角度设置，使得所述吸气口开启30％；

S322当所述气压处于10^-3pa至10^-2pa范围内时，所述控制器启动所述驱动电机6，所述驱动电机6驱动所述管轴组件4转动，所述叶片组件5与所述冷井壳体3的内侧壁呈30°角度设置，使得所述吸气口开启60％；

S323当所述气压处于10^-3pa以下范围时，所述控制器启动所述驱动电机6，所述驱动电机6驱动所述管轴组件4转动，所述叶片组件5沿竖直方向设置，使得所述吸气口开启100％。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。

Claims (5)

1.一种可变叶片冷井装置，其特征在于，包括：

油扩散泵；

冷井壳体，安装于所述油扩散泵上，所述冷井壳体具有一冷凝空腔，所述冷凝空腔贯通所述冷井壳体的两端，所述冷凝空腔的一端对准所述油扩散泵的吸气口；

叶片组件，通过管轴组件可转动地安装于所述冷凝空腔内，所述管轴组件的第一端和第二端分别可转动地插设于所述冷井壳体的内侧壁中，所述冷井壳体的外侧壁上安装有驱动电机，所述驱动电机传动连接于所述管轴组件的第二端；以及

监控设备，包括控制器和真空传感器，所述真空传感器电信号连接于所述控制器，所述控制器连接于所述驱动电机；

所述管轴组件包括并排设置的驱动管轴和从动管轴，所述叶片组件包括通过驱动管轴可转动地安装于所述冷凝空腔内的驱动叶片和通过从动管轴可转动地安装于所述冷凝空腔内的从动叶片，所述驱动管轴、所述从动管轴的两端分别可转动地插设于所述冷井壳体的内侧壁中，所述驱动管轴的第二端传动连接于所述驱动电机，所述驱动管轴的第一端传动连接于所述从动管轴；

所述驱动管轴和所述从动管轴沿所述冷井壳体的径向方向并排设置；

所述冷井壳体的相对两侧的侧壁中分别形成进水腔和排水腔，所述驱动管轴、所述从动管轴的第一端伸至所述进水腔中，所述驱动管轴、所述从动管轴的第二端伸至所述排水腔中，所述驱动管轴、所述从动管轴的第一端分别形成有连通所述进水腔的进水孔，所述驱动管轴、所述从动管轴的第二端分别形成有连通所述排水腔的排水孔，所述冷井壳体的外侧壁上形成连通于所述进水腔的进水口以及连通于所述排水腔的出水口。

2.根据权利要求1所述的可变叶片冷井装置，其特征在于，所述驱动管轴的第一端同轴连接有驱动齿轮，所述从动管轴的第一端同轴连接有从动齿轮，所述驱动齿轮与所述从动齿轮之间啮合有传动齿轮。

3.根据权利要求1所述的可变叶片冷井装置，其特征在于，所述驱动电机的输出端伸至所述排水腔中并同轴连接于所述驱动管轴的第二端。

4.一种如权利要求1～3中的任意一项所述的可变叶片冷井装置的抽真空方法，其特征在于，包括以下步骤：

开启油扩散泵，使得真空炉中的气体经由冷井壳体的冷凝空腔排出；

监控设备的真空传感器获取所述冷凝空腔内的气压值、生成携带所述气压值的第一信号并对外发送；

监控设备的控制器接收所述第一信号，并根据所述气压值的大小控制所述驱动电机转动所述管轴组件，使得所述叶片组件遮挡相应的所述油扩散泵的吸气口的面积。

5.根据权利要求4所述的抽真空方法，其特征在于，所述根据所述气压值判断所述油扩散泵的抽真空阶段，所述控制器根据不同的抽真空阶段控制所述驱动电机转动所述管轴组件的步骤包括：

当所述气压值处于10^-2pa至10pa范围内时，所述控制器启动所述驱动电机，所述驱动电机驱动所述管轴组件转动，所述叶片组件与所述冷井壳体的内侧壁呈60°角度设置，使得所述吸气口的开启度达到30％；

当所述气压处于10^-3pa至10^-2pa范围内时，所述控制器启动所述驱动电机，所述驱动电机驱动所述管轴组件转动，所述叶片组件与所述冷井壳体的内侧壁呈30°角度设置，使得所述吸气口的开启度达到60％；

当所述气压处于10^-3pa以下范围时，所述控制器启动所述驱动电机，所述驱动电机驱动所述管轴组件转动，所述叶片组件沿竖直方向设置，使得所述吸气口的开启度达到100％。