CN109915346B - 一种超高真空除气及充气的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高真空除气及充气装置，包括加热系统、抽真空系统、充气系统和控制系统；通过加热系统给工件进行加热；通过抽真空系统的涡旋泵、分子泵及离子泵分级进行抽真空作业，最终达到超高真空条件；通过充气系统的气瓶经管道给工件充气；控制系统的PLC通过控制加热系统及泵体在不同条件下的开合完成抽超高真空及充气作业。本发明能够满足多工位超高真空除气需求，具有体积小，自动化程度高，抽超高真空和充气为一体，生产成本低的特点。

Description

一种超高真空除气及充气的装置

技术领域

本发明涉及超真空技术领域，特别涉及一种超高真空除气及充气的装置。

背景技术

真空抽气系统主要作用是通过组成系统的各种抽气泵将真空容器的压力抽到某一真空度。按所要达到的真空度要求，抽气系统可分为低真空抽气系统、高真空抽气系统、超高真空抽气系统。

低真空抽气系统是指将真空容器压力从10⁵Pa抽至10^-1Pa的抽气系统。低真空抽气系统的作用是使真空容器内的压力达到高真空抽气系统所能正常启动的压力。

高真空抽气系统是指将真空容器压力从10^-1Pa抽至10^-4Pa的抽气系统。高真空抽气系统的抽气能力有限，抽真空至10^-4Pa后高真空抽气系统的有效抽速下降很大，很难进一步提高真空容器内的真空度以满足要求。

超高真空抽气系统是将真空容器内压力抽至10^-4Pa以下的抽气系统，现有的抽超高真空设备通常体积庞大，设备复杂，只能对单个工件抽超高真空，并且充入工艺气体后没有对活性气体的清除功能，工作效率低、设备成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种超高真空除气及充气的装置，该装置可以满足多工位超高真空除气需求，具有体积小，超高真空除气和充气为一体，自动化程度高，降低生产成本，提高劳动效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超高真空除气及充气的装置，包括机架，所述机架上端、下端和侧部分别固设托板、底板和侧板，所述机架下端固设有一体化脚轮，还包括加热系统、抽真空系统、充气系统和控制系统；

所述加热系统包括所述托板上方均匀设置的四个加热罩，每个所述加热罩安装有带动其升降的升降机构；

所述抽真空系统包括所述底板中部固设的离子泵，所述离子泵的上方连接竖直主管，所述主管的顶端与盲板密封连接，所述主管与所述离子泵之间固设有第一阀，所述主管的上部沿其径向固连有均匀分布的四对水平第一支路管，每对所述第一支路管与相应的所述侧板对应，每个所述第一支路管的另一端固连直角截止阀，每个所述直角截止阀安装有控制其开合的开关机构，每个所述直角截止阀与竖直的辅管固连，每个所述辅管向上穿设所述托板并对应相应的加热罩；

所述开关机构包括第一万向节头和第二万向节头，所述第一万向节头的一端固连卡套，其另一端与轴杆固连,所述卡套与所述直角截止阀的阀杆卡接；所述第二万向节头的一端固连与所述轴杆相应的轴套，其另一端与垂直穿设所述侧板的转动杆固连，所述转动杆的另一端还固连手轮；所述轴套的内侧壁上设有沿其轴线方向的长条状凹槽，所述轴杆上设有与所述凹槽相适配的长条状凸条，所述轴杆套设在所述轴套内，所述轴杆可沿所述轴套的轴线方向滑动；

所述主管上沿其径向连接水平的第二支路管,所述第二支路管连接第二阀,所述第二阀的另一端连接分子泵；

所述主管上沿其径向连接水平的第三支路管，所述第三支路管分别连接第三阀、第四阀；

所述离子泵一侧设有固连在所述底板的涡旋泵，所述涡旋泵的进口与所述第三阀连接，所述涡轮泵的进口还连接第五阀，所述第五阀的另一端与所述分子泵的出口连接；

所述充气系统包括气瓶，所述气瓶通过管路与所述第四阀连接；

所述控制系统包括PLC,所述PLC分别与电源、显示屏、升降机构、第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、离子泵、分子泵和涡旋泵电性连接。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述主管上连接有薄膜规和电离规。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述主管上沿其径向连接水平的第四支路管，所述第四支路管连接第六阀，所述第六阀的另一端连接吸气剂泵。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述第三支路管上还设有氦质谱分析器。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，靠近所述气瓶一侧的管路上设有手动截止阀。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述第三支路管上并接三个第四阀，每个所述第四阀依次与手动截止阀和气瓶连接。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述手动截止阀与第四阀之间的管路上设有液氮冷阱。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀均为电气动全金属密封截止阀。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，每对所述第一支路管上下交错分布。

上述的超高真空除气及充气的装置，其中，所述侧板上固设有轴承座，所述轴承座内设有与所述转动杆套接的圆柱滚子轴承，所述转动杆还套接平面滚柱轴承，所述平面滚柱轴承分别与轴承座和手轮相抵靠。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过设置竖直的主管，在主管的径向方向设置其它支路管，这样大大提高了设备空间的利用率，减小了设备的体积，同时也降低了生产成本；通过设置加热罩对要抽超高真空工件进行烘烤；通过设置离子泵、分子泵和涡旋泵，逐级进行抽真空作业，最终达到超高真空条件；通过设置吸气剂泵可以清除充入系统内的气体中的活性气体部分。

本发明通过设置加热系统、抽真空系统、充气系统和控制系统，满足多工位超高真空除气需求，具有体积小，超高真空和充气为一体，自动化程度高，提高了工作效率，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明去除加热系统和侧板的结构示意图；

图3是本发明去除加热系统和机架的结构示意图一；

图4是本发明去除加热系统和机架的结构示意图二；

图5是本发明开关机构分解示意图；

图6是本发明抽真空系统和充气系统原理示意图。

图中，附图标记：1、机架；11、托板；12、底板；13、侧板；14、一体化脚轮；2、加热系统；21、加热罩；22、升降机构；3、抽真空系统；31、离子泵；32、主管；321、盲板；322、第一阀；33、第一支路管；331、直角截止阀；332、辅管；34、开关机构；341、第一万向节头；342、第二万向节头；343、卡套；344、轴杆；3441、凸条；345、轴套； 346、转动杆；347、手轮；348、轴承座；349、圆柱滚子轴承；350、平面滚柱轴承；35、第二支路管；351、第二阀；352、分子泵；36、第三支路管；361、第三阀；362、第四阀；37、涡旋泵；371、第五阀；4、充气系统；41、气瓶；42、手动截止阀；43、液氮冷阱； 5、薄膜规；6、电离规；7、第四支路管；71、第六阀 ；72、吸气剂泵；8、氦质谱分析器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明一种超高真空除气及充气的装置，包括机架1，机架1上端、下端和侧部分别固设托板11、底板12和侧板13，本实施例中的托板11、底板12和侧板13均采用不锈钢板，机架1下端固设有一体化脚轮14，还包括加热系统2、抽真空系统3、充气系统4和控制系统；

加热系统2包括托板11上方均匀设置的四个加热罩21，每个加热罩21安装有带动其升降的升降机构22。本实施例中，加热罩21内壁设置不锈钢电加热管，当给电加热管通电的时候，加热罩21上安装的风扇能使加热罩21内的空气循环，使加热罩21内的温度均匀性达到±3℃。

加热罩21用于烘烤加热罩21内要抽真空的工件，真空系统的烘烤，对获得超真空是必不可少的手段。

在安装需要抽超真空的工件时，首先要通过升降机构22将加热罩21升起，当工件安装完毕，再将加热罩21下降至托板11处，使加热罩21盖合在要抽超真空的工件上,升降机构22采用现有技术中能带动加热罩21升降的即可。

抽真空系统3包括底板12中部固设的离子泵31，离子泵31的上方连接竖直主管32，主管32的顶端与盲板321密封连接，主管32与离子泵31之间固设第一阀322，主管32的上部沿其径向固连有均匀分布的四对水平的第一支路管33，每对第一支路管33与相应的侧板13对应，本实施例中,每个侧板13与一对第一支路管33对应,每个第一支路管33的另一端固连直角截止阀331，每个直角截止阀331安装有控制其开合的开关机构34， 每个直角截止阀331还与竖直的辅管332固连，每个辅管332向上穿设托板11并与相应的加热罩21对应。

本实施例中，每对第一支路管33上下交错分布，通过上下交错分布的每对第一支路管33可以使主管32上的第一支路管33分为两层，充分利用主管32的空间。如果在主管32的同一平面上连接多个第一支路管33，则会造成多个第一支路管33之间的拥挤现象，甚至出现空间无法满足排布多个第一支路管33的情况。此结构设置有效的缩短了竖直主管32的长度,提高整个抽真空系统3的真空度。

开关机构34包括第一万向节头341和第二万向节头342，第一万向节头341的一端固连卡套343，其另一端与轴杆344固连，卡套343与直角截止阀331的阀杆卡接； 第二万向节头342的一端固连与轴杆344相应的轴套345，轴套345的另一端与垂直穿设侧板13的转动杆346固连，转动杆346的另一端还固连手轮347；轴套345的内侧壁上设有沿其轴线方向的长条状凹槽（图中未画出），轴杆344上设有与凹槽相适配的长条状凸条3441，轴杆344套设在轴套345内，轴杆344可沿轴套345的轴线方向滑动。

本实例中的侧板13上固设有轴承座348，轴承座348内设有与转动杆346套接的圆柱滚子轴承349，转动杆346还套接平面滚柱轴承350，平面滚柱轴承350分别与轴承座348和手轮347相抵靠。圆柱滚子轴承349提高了转动杆346的径向承载力，平面滚柱轴承350提高了转动杆346的轴向承载力，通过设置圆柱滚子轴承349和平面滚柱轴承350可以大大减小转动杆346转动时的摩擦力，使通过手轮347控制直角截止阀331的开、关变得省力，易操作。

由于每对第一支路管33上下交错分布，而转动杆346垂直穿设侧板13，通过轴承座348、圆柱滚子轴承349、平面滚柱轴承350、及手轮347的设置，使转动杆346只能转动，而不能沿其轴向方向位移，转动杆346的轴向方向与直角截止阀331的阀杆轴向方向不同轴，在通过手轮347转动带动轴杆344做相应的转动过程中，直角截止阀331的阀杆与转动杆346成一定角度的位移。

本发明在第一万向节头341和第二万向节头342之间通过带有凸条3441的轴杆344和带有凹槽的轴套345套接方式实现了手轮347控制直角截止阀331的阀杆转动。

开关机构34工作过程如下：当旋转手轮347时，手轮347带动与侧板13垂直的转动杆346转动，转动杆346通过第二万向节头342带动轴套345转动，轴套345带动轴杆344转动，同时轴杆344还可以沿轴套345的轴向方向滑动，轴杆344通过第一万向节头341带动直角截止阀331的阀杆转动并使直角截止阀331的阀杆沿其轴向方向位移，从而使直角截止阀331打开或关闭；本发明中直角截止阀331的阀杆沿直角截止阀331的阀杆轴向方向位移带动轴杆344沿轴套345的轴向方向滑动，从而实现了转动杆346与直角截止阀331不同轴情况下，手轮347远距离控制直角截止阀331的打开或关闭。

主管32上沿其径向连接水平的第二支路管35,第二支路管35连接第二阀351,第二阀351的另一端连接分子泵352；

主管32上沿其径向连接水平的第三支路管36，第三支路管36分别连接第三阀361、第四阀362；本实施例中，第三支路管36为两根。

离子泵31一侧设有固连在底板12的涡旋泵37，涡旋泵37的进口与第三阀361连接，涡旋泵37的进口还连接第五阀371，第五阀371的另一端与分子泵352的出口连接；

充气系统4包括气瓶41，气瓶41通过管路与第四阀362连接；

控制系统包括PLC, PLC分别与电源、显示屏、升降机构22、第一阀322、第二阀351、第三阀361、第四阀362 、第五阀371、离子泵31、分子泵352和涡旋泵37电性连接。

本实施例中的主管32上连接有薄膜规5和电离规6。通过薄膜规5和电离规6用来测定超高真空过程的真空度实时状况。

本实施例中主管32上沿其径向连接水平的第四支路管7，第四支路管7连接第六阀71，第六阀71的另一端连接吸气剂泵72。通过设置吸气剂泵72，可以根据实际工况开启第六阀71通过吸气剂泵72来达到吸附某些特定气体的作用。

第三支路管36上还设有氦质谱分析器8。通过设置氦质谱分析器8可以对充气的气体离子化，对产生的离子进行质谱分析。

本实施例中靠近气瓶41一侧的管路上设有手动截止阀42，可以根据实际情况手动关闭充气工作。

本实施例中第三支路管36上并接三个第四阀362，每个第四阀362依次连接有手动截止阀42和气瓶41。可以根据工况使用至少一路进行充气工作。

本实施例中手动截止阀42与第四阀362之间的管路上设有液氮冷阱43。通过设置液氮冷阱43可以冷凝产品或试件释放的油蒸汽、水蒸汽及被抽腔体内含有的水蒸汽，避免了这些可凝性气体在抽气时由于过压缩或遇冷而凝结在泵内、管道内壁。

本实施例中的第一阀322、第二阀351、第三阀361、第四阀362、第五阀371均为电气动全金属密封截止阀，上述阀体与PLC电性连接，根据设定的工作状态用于控制阀体的开关状态。

本发明的工作过程如下：首先通过控制系统的PLC启动升降机构22，将加热罩21升起，将需要抽超高真空的工件与辅管332密封连接，再将加热罩21下降至托板11上用于烘烤需抽超高真空的工件。

通过开关机构34打开直角截止阀331，通过控制系统打开第三阀361，将其余阀体关闭，启动涡旋泵37, 将工件抽至1Pa；关闭第三阀361,开启第二阀351和第五阀371,启动分子泵352，将工件抽至10^-4 Pa～ 10^-5 Pa，分子泵352的排出气体经第五阀371被涡旋泵37排出；关闭分子泵352、涡旋泵37、第二阀351和第五阀371,打开第一阀322并启动离子泵31，并同时给加热罩21通电烘烤工件，将工件抽至10^-7 Pa ～10^-8Pa，达到超高真空要求。

关闭离子泵31和第一阀322，打开第四阀362，气瓶41内的气体经管道进入主管32最终进入工件进行充气，当达到设计压力时，关闭第四阀362，打开第六阀71通过吸气剂泵72吸附某些特定气体。当特定气体减小到要求值后关闭第六阀71，完成充气过程。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种超高真空除气及充气的装置，包括机架，所述机架上端、下端和侧部分别固设托板、底板和侧板，所述机架下端固设有一体化脚轮，其特征在于，还包括加热系统、抽真空系统、充气系统和控制系统；

所述加热系统包括所述托板上方均匀设置的四个加热罩，每个所述加热罩安装有带动其升降的升降机构；

所述抽真空系统包括所述底板中部固设的离子泵，所述离子泵的上方连接竖直主管，所述主管的顶端与盲板密封连接，所述主管与所述离子泵之间固设有第一阀，所述主管的上部沿其径向固连有均匀分布的四对水平第一支路管，每对所述第一支路管与相应的所述侧板对应，每个所述第一支路管的另一端固连直角截止阀，每个所述直角截止阀安装有控制其开合的开关机构， 每个所述直角截止阀与竖直的辅管固连，每个所述辅管向上穿设所述托板并对应相应的加热罩；

所述开关机构包括第一万向节头和第二万向节头，所述第一万向节头的一端固连卡套，其另一端与轴杆固连,所述卡套与所述直角截止阀的阀杆卡接； 所述第二万向节头的一端固连与所述轴杆相应的轴套，其另一端与垂直穿设所述侧板的转动杆固连，所述转动杆的另一端还固连手轮；所述轴套的内侧壁上设有沿其轴线方向的长条状凹槽，所述轴杆上设有与所述凹槽相适配的长条状凸条，所述轴杆套设在所述轴套内，所述轴杆可沿所述轴套的轴线方向滑动；

所述主管上沿其径向连接水平的第二支路管,所述第二支路管连接第二阀,所述第二阀的另一端连接分子泵；

所述主管上沿其径向连接水平的第三支路管，所述第三支路管分别连接第三阀、第四阀；

所述离子泵一侧设有固连在所述底板的涡旋泵，所述涡旋泵的进口与所述第三阀连接，所述涡旋泵的进口还连接第五阀，所述第五阀的另一端与所述分子泵的出口连接；

所述充气系统包括气瓶，所述气瓶通过管路与所述第四阀连接；

所述控制系统包括PLC，所述PLC分别与电源、显示屏、升降机构、第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、离子泵、分子泵和涡旋泵电性连接。

2.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述主管上连接有薄膜规和电离规。

3.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述主管上沿其径向连接水平的第四支路管，所述第四支路管连接第六阀，所述第六阀的另一端连接吸气剂泵。

4.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述第三支路管上还设有氦质谱分析器。

5.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，靠近所述气瓶一侧的管路上设有手动截止阀。

6.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述第三支路管上并接三个第四阀，每个所述第四阀依次与手动截止阀和气瓶连接。

7.如权利要求6所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述手动截止阀与第四阀之间的管路上设有液氮冷阱。

8.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀均为电气动全金属密封截止阀。

9.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，每对所述第一支路管上下交错分布。

10.如权利要求1所述的超高真空除气及充气的装置，其特征在于，所述侧板上固设有轴承座，所述轴承座内设有与所述转动杆套接的圆柱滚子轴承，所述转动杆还套接平面滚柱轴承，所述平面滚柱轴承分别与轴承座和手轮相抵靠。

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