CN110508332A - 一种组合式柔性净气舱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合式柔性净气舱装置。该装置包括从下至上依次嵌套的多级舱室，每相邻两级舱室的相互嵌套部位设有弹性密封结构，其中，最底层舱室的底部密封，顶部开口，中间层舱室的底部和顶部均为开口，最顶层舱室的底部开口，顶部密封，所述最顶层舱室的顶部设有第一级舱室升降控制装置，所述多级舱室的外周方向设有竖向导柱，所述导柱的顶端设有电机驱动单元，用于驱动所述第一级舱室升降控制装置，使相互嵌套的多级舱室沿所述导柱升降运动，以改变组合式柔性净气舱装置的舱室体积，在升降运动过程中，相对运动的两极嵌套舱室之间的所述弹性密封结构处于收缩状态，运动到位后，所述弹性密封结构处于胀紧密封状态。

Description

一种组合式柔性净气舱装置
技术领域
本发明属于密封结构设计与应用特种加工技术领域，特别是涉及一种组合式柔性净气舱装置。
背景技术
目前密封舱室分为高低真空密封舱和惰性气体密封舱，其中前者主要通过抽气泵组对固定体积的舱室进行连续快速抽气，使其达到所需要的真空环境，因此其舱室必须能承受舱内真空外界大气压所产生的巨大压差，通常情况下舱室钢板厚度不低于40mm，且须依靠横纵筋条增加其刚性，设备成本和运行维护成本均很高。而惰性气体密封舱室，通常通过两种方法使其达到惰性气氛环境。
第一种：置换法，即通过惰性气体逐步置换固定体积的舱室内的空气，直到舱室内达至工作所需要的惰性气体指标，不足之处是置换时间较长，惰性气体使用量巨大，成本高。
第二种：先抽气、后置换，即借助于真空室的方法，采用真空泵组对舱室进行气体抽取，使舱内空气含量尽可能的降低，然后采用惰性气体逐步置换达至工作所需要的惰性气体指标，不足之处是此方法要求的舱室硬件条件几乎与真空室无异，成本较高。
另外，对于工作需求占用体积远低于惰性气体舱室时，因固定舱室原因，不得不采用100％工作舱占用体积，使得工作效率降低以及成本增加。
因此，为解决现有技术的不足，发明人提供了一种组合式柔性净气舱装置。
发明内容
本发明实施例提供了一种组合式柔性净气舱装置，通过使用柔性气体舱室，将成形舱设置为组合体、分级柔性控制、膨胀密封插拔的方式改进惰性气体舱室结构，满足对高效益、低成本的舱室设计应用需求。
本发明的实施例提出了一种组合式柔性净气舱装置，该装置包括从下至上依次嵌套的多级舱室，每相邻两级舱室的相互嵌套部位设有可充气控制的弹性密封结构，其中，最底层舱室的底部密封，顶部开口，中间层舱室的底部和顶部均为开口，最顶层舱室的底部开口，顶部密封，所述最顶层舱室的顶部设有第一级舱室升降控制装置，所述多级舱室的外周方向设有竖向导柱，所述导柱的顶端设有电机驱动单元，用于驱动所述第一级舱室升降控制装置，使相互嵌套的多级舱室沿所述导柱升降运动，以改变组合式柔性净气舱装置的舱室体积，在升降运动过程中，相对运动的两极嵌套舱室之间的所述可充气控制的弹性密封结构处于收缩状态，运动到位后，所述弹性密封结构处于胀紧密封状态。
进一步地，所述多级舱室的各舱室的横截面外形均为圆形或n边形，其中n≧3。
进一步地，所述多级舱室的各舱室的横截面尺寸从下至上渐缩，即，上一级舱室嵌套在下一级舱室内。
进一步地，所述上一级舱室嵌套深度为下一级舱室深度的1/3～1/2。
进一步地，所述上一级舱室的最大伸出长度是下一级舱室深度1.5～3倍。
进一步地，所述电机驱动单元包括在动力传递方向上安装的电机、丝杠轴承和竖向丝杠，所述丝杠与所述导柱的轴线平行，所述丝杠连接并驱动所述第一级舱室升降控制装置沿所述导柱升降运动，所述导柱通过导套刚性安装在电机壳体上。
进一步地，所述第一级舱室升降控制装置包括多个驱动杆和置于舱室顶部中心的联通节，所述联通节上对称开有多个通孔，每个驱动杆通过所述联通节的对称通孔，两端分别与相应的所述丝杠通过螺纹啮合。
进一步地，所述中间层舱室外周设有第二级舱室升降控制装置，所述第二级舱室升降控制装置包括舱室固定部和多个升降传动部，所述舱室固定部与相应舱室的周向外壁刚性固定，所述多个升降传动部分别与相应的所述丝杠通过螺纹啮合。
进一步地，所述弹性密封结构为环形膨胀密封圈，从下至上的多级环形膨胀密封圈的环形间隙渐增，且环形间隙的内侧有多个弹性的波形凸起，各级舱室与环形膨胀密封圈相间嵌套，所述波形凸起充气膨胀后可将环形间隙内的舱室壁压紧。
进一步地，在各级的所述舱室的底部均布设有气体流道，与相应的所述环形膨胀密封圈底部进气口连通，在各级所述环形膨胀密封圈的底部的进气口设有压力控制阀，用于控制进入所述环形膨胀密封圈内的气体压力。
综上，本发明通过使用柔性多级气体舱室，即将成形舱设置为组合体、分级柔性控制，多级舱室通过弹性密封结构的膨胀密封方式进行嵌套，通过嵌套舱室的相对升降运动，能够方便快捷的改变舱室容积大小。本发明的装置继承了置换气体设计成形舱的优势，同时改进了置换方式和舱室结构，使其更柔性化、经济化，同时也有优化舱室结构，该技术采用柔性可控的方法设计气体舱室，可为科学研究和工程化应用提供高可靠性、低成本的柔性净气舱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种组合式柔性净气舱装置的总体结构示意图。
图2是本发明的一种组合式柔性净气舱装置的俯视示意图。
图3是图2中A-A向剖面结构示意图。
图中：
1-联通节；2-丝杠；3-第一级舱室升降控制装置；4-第二级舱室升降控制装置；5-导柱Ⅰ；6-基板；7-底板；8-导柱Ⅱ；9-最底层舱室；10-导柱Ⅲ；11-中间层舱室；12-顶层舱室；13-舱盖；14-驱动杆Ⅰ；15-驱动杆Ⅱ；16-驱动杆Ⅲ、Ⅳ；17-电机驱动单元；18-导柱Ⅳ；19-电机壳体；20-弹性密封结构；21-中间层舱室外壁；22-第一波形凸起；23-底层舱室外壁；24-第二波形凸起；25-顶层舱室外壁；26-中间层封底；27-底层封底；28-气体流道；29-压力控制阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种组合式柔性净气舱装置的总体结构示意图，参见图1～图3所示，该装置包括了从下至上依次嵌套的多级舱室，本实施例以图1实施例中示出的3级舱室为例说明，具体实践中，可以是3+x级舱室(x≧0)，其中，每相邻两级舱室的相互嵌套部位设有可充气控制的弹性密封结构20，其中，最底层舱室9的底部密封，顶部开口，中间层舱室11的底部和顶部均为开口，最顶层舱室12的底部开口，顶部密封，各级舱室之间还可以设置限位反馈装置,用于嵌套结构上下运动限位。所述最顶层舱室12的顶部设有第一舱室升降控制装置3，所述多级舱室的外周方向设有竖向导柱(5、8、10、18)，所述导柱的顶端设有电机驱动单元17，用于驱动所述第一舱室升降控制装置3，使相互嵌套的多级舱室沿所述导柱升降运动，以改变组合式柔性净气舱装置的舱室体积，在升降运动过程中，相对运动的两极嵌套舱室之间的所述弹性密封结构处于收缩状态，运动到位后，所述弹性密封结构处于胀紧密封状态。
本发明的装置通过使用柔性气体舱室，即将多级成形舱室设置为组合体、分级柔性控制、膨胀密封插拔的方式改进惰性气体舱室结构。改善了传统惰性气体舱室置换气体的方式、缩短置换时间、减少惰性气体消耗量。提高工作效率，降低设备使用成本。
具体地，所述多级舱室的各舱室的横截面外形均为圆形或n边形，其中n≧3。参见图1-图3示出的为圆形横截面外形好的舱室，各舱室也可以设计成横截面为n边形的外形，即三边形、四边形、五边形、六边形等等。若舱室的外形采用直线边时，相邻两边过渡处需要倒圆角，有利于舱室顺利升降。
此外，所述多级舱室的各舱室的横截面尺寸从下至上渐缩，即，上一级舱室嵌套在下一级舱室内。具体在本发明实施例1的圆形舱室中，从最底层舱室到最顶层舱室的横截面直径渐缩，能够保证各级舱室从下至上依次嵌套。
作为一种优选实施例，上一级舱室嵌套深度为下一级舱室深度1/3～1/2。适当的嵌套深度既能保证两极舱室之间可靠嵌套，又能保证通过升降两极舱室的高度改变成形舱室的总容积。
作为另一种优选实施例，上一级舱室的最大伸出长度是下一级舱室深度1.5～3倍。最大伸出长度与舱室和高度和嵌套深度有关，同上，适当的伸出长度保证了舱室之间的嵌套可靠性和舱室总容积和可变范围。
优选地，所述电机驱动单元17包括在动力传递方向上安装的电机、丝杠轴承和竖向丝杠2，所述丝杠2与所述导柱(5、8、10、18)的轴线平行，丝杠2连接并驱动所述第一级舱室升降控制装置3沿所述导柱升降运动，所述导柱通过导套刚性安装在电机壳体19上，顶部的电机驱动单元17通过驱动第一级舱室升降控制装置3，从而带动最顶层舱室12从中间层舱室11的嵌套部位伸缩运动，实现两极舱室的升降运动，从而改变舱室的容积。在电机壳体19上还可以配置导套、丝杠轴承等固定装置，使电机的转动运动转化为丝杠的升降运动。本发明中各个导柱的高度相同，其高度取决于各级舱室耦合叠加之和及其装配余量。
进一步地，所述第一级舱室升降控制装置3包括多个驱动杆(14、15、16)和置于舱室顶部中心的联通节1，参见图1，联通节1和驱动杆(14、15、16)均设在顶层舱室12的舱盖13上。在联通节1上对称开有多个通孔，每个驱动杆均为一端与联通节1的通孔连接，另一端与相应的所述丝杠通过螺纹啮合。通过联通节能使驱动杆实现对称设置，且能使所有驱动杆同步进行升降运动。此外，在各个导柱上设有竖向的导槽(图中未示出)，用于约束相应驱动杆(各驱动杆相对于联通节1为对称均匀分布)。
需要说明的是，图1所示的实施例中导柱和丝杠的数量均为4个，具体实践中，导柱和丝杠的数量可根据多级舱室的横截面形状相应设计。
所述中间层舱室11外周设有第二级舱室升降控制装置4，所述第二级舱室升降控制装置4包括舱室固定部和多个升降传动部，所述舱室固定部与相应舱室的周向外壁刚性固定，所述多个升降传动部分别与相应的所述丝杠通过螺纹啮合。通过升降传动部沿丝杠的螺纹转动，能够使第二级舱室升降控制装置4相对于丝杠2进行升降运动，通过舱室固定部从而带动中将层舱室11升降运动，从而能改变成形舱室的整体容积大小。
参见图3所示，所述可充气控制的弹性密封结构20为环形膨胀密封圈，从下至上的多级环形膨胀密封圈的环形间隙渐增，且环形间隙的内侧有多个弹性的波形凸起(中间层舱室内壁21内侧的第一波形凸起22、底层舱室内壁23内侧的第二波形凸起24)，各级舱室与环形膨胀密封圈相间嵌套，在最上层的环形膨胀密封圈的间隙中将顶层舱室外壁25嵌套进去，当波形凸起充气膨胀后可将环形间隙内的舱室壁压紧，从而使相邻的两个舱室紧密地相互嵌套在一起并限位。
具体地，参见图3所示，环形膨胀密封圈可与上一级舱室内壁刚性连接，与下一级城市外壁通过弹性波形凸起密封连接，其中，波形凸起之间的波谷处有不低于Φ2的小孔与其波峰联通，且波谷处的密封圈与舱室壁面刚性连接。
在各级所述舱室的底部基板6上布设有多个气体流道28，与相应的所述环形膨胀密封圈底部进气口连通(在中间层封底26和底层封底27的底部均开有进气口)，便于对环形膨胀密封圈进行充放气，以控制弹性密封结构20的收缩状态，在各级所述环形膨胀密封圈的底部的进气口设有压力控制阀29，用于控制进入所述环形膨胀密封圈内的气体压力，实现不同工况下对弹性密封结构进行加压、保压和卸压。参见图3，基板6与底层舱室刚性密封连接，丝杠2的底端套件通过丝杠轴承与基板6连接，导柱(5、8、10、18)与基板6刚性连接，基板6的底部还可安装底板7。
需要说明的是，在多级嵌套舱室之间的弹性密封结构中可以分级设置相应的压力控制阀29，以便能够分级控制。在最底层舱室底部基板上的多个气体流道28与最底层的压力控制阀相匹配均匀布置，且多个气体流道呈30～60度布置，环形膨胀密封圈底部进气口与布置中心面线等距分布。
综上，实现本发明的技术方案至少包括以下几个关键要素：
1、装置中从下至上依次嵌套的多级舱室，是基于插拔组合结构以及可控弹性密封结构为主要元素，设计出的柔性惰性气体舱室。
2、嵌套的多级柔性舱室中，各个舱室的横截面形状为圆形也可以为三边形、四边形、五边形、六边形等等，且若采用直线边时，相邻两边过度部分需要倒圆角。
3、嵌套的多级柔性舱室，起初需要通过舱室升降控制装置降到最低，胀紧所有弹性密封结构，然后通过置换气体的方式快速置换舱室气体至标准，后续基于使用条件陆续改变舱室体积。
4、需要升高舱室时，通过降低舱室内侧弹性密封结构的膨胀密封压力，胀紧不需要升高的舱室压力，升高到所需高度时，在胀紧所有密封结构固定限位。
5、嵌套的多级柔性舱室中，相邻两极舱室间，上一级最小嵌入深度是下一级舱室深度的1/3～1/2；
6、相邻两极舱室间，上一级舱室的最大伸出长度是下一级舱室深度1.5～3倍。
由上，本发明继承了置换气体设计成形舱的优势，同时改进了置换方式和舱室结构，使其更柔性化、经济化，同时也有优化舱室结构，本发明的技术采用柔性可控的方法设计气体舱室，可为科学研究和工程化应用提供高可靠性、低成本的柔性净气舱。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种组合式柔性净气舱装置，其特征在于，包括从下至上依次嵌套的多级舱室，每相邻两级舱室的相互嵌套部位设有弹性密封结构，其中，最底层舱室的底部密封，顶部开口，中间层舱室的底部和顶部均为开口，最顶层舱室的底部开口，顶部密封，所述最顶层舱室的顶部设有第一级舱室升降控制装置，所述多级舱室的外周方向设有竖向导柱，所述导柱的顶端设有电机驱动单元，用于驱动所述第一级舱室升降控制装置，使相互嵌套的多级舱室沿所述导柱升降运动，以改变组合式柔性净气舱装置的舱室体积，在升降运动过程中，相对运动的两极嵌套舱室之间的所述弹性密封结构处于收缩状态，运动到位后，所述弹性密封结构处于胀紧密封状态。
2.根据权利要求1所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述多级舱室的各舱室的横截面外形均为圆形或n边形，其中n≧3。
3.根据权利要求2所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述多级舱室的各舱室的横截面尺寸从下至上渐缩，即，上一级舱室嵌套在下一级舱室内。
4.根据权利要求3所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，上一级舱室嵌套深度为下一级舱室深度的1/3～1/2。
5.根据权利要求3所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述上一级舱室的最大伸出长度是下一级舱室深度1.5～3倍。
6.根据权利要求1所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述电机驱动单元包括在动力传递方向上安装的电机、丝杠轴承和竖向丝杠，所述丝杠与所述导柱的轴线平行，所述丝杠连接并驱动所述第一级舱室升降控制装置沿所述导柱升降运动，所述导柱通过导套刚性安装在电机壳体上。
7.根据权利要求6所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述第一级舱室升降控制装置包括多个驱动杆和置于舱室顶部中心的联通节，所述联通节上对称开有多个通孔，每个驱动杆通过所述联通节的对称通孔，两端分别与相应的所述丝杠通过螺纹啮合。
8.根据权利要求6所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述中间层舱室外周设有第二级舱室升降控制装置，所述第二级舱室升降控制装置包括舱室固定部和多个升降传动部，所述舱室固定部与相应舱室的周向外壁刚性固定，所述多个升降传动部分别与相应的所述丝杠通过螺纹啮合。
9.根据权利要求1所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，所述弹性密封结构为环形膨胀密封圈，从下至上的多级环形膨胀密封圈的环形间隙渐增，且环形间隙的内侧有多个弹性的波形凸起，各级舱室与环形膨胀密封圈相间嵌套，所述波形凸起充气膨胀后可将环形间隙内的舱室壁压紧。
10.根据权利要求9所述的组合式柔性净气舱装置，其特征在于，在各级的所述舱室的底部均布设有气体流道，与相应的所述环形膨胀密封圈底部进气口连通，在各级所述环形膨胀密封圈的底部的进气口设有压力控制阀，用于控制进入所述环形膨胀密封圈内的气体压力。
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