CN111022804B - X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，包括法兰组件、接头组件；法兰组件轴线处开设有冷介质通孔；装置还包括密封组件、波纹管；波纹管与冷却管之间的空间被配置为低真空环境空间，低真空环境空间的真空度与真空系统内真空度均远小于大气压。本发明的装置通过法兰组件连接一波纹管，利用波纹管将冷却管包裹并在两者之间形成一个低真空环境，有利于保护冷却管，并能防止无此低真空环境时由于压差过大使波纹管产生较大的变形量，而且能有效防止冷却介质泄漏到真空系统中。再利用法兰组件和接头组件形成冷介质传输的通道，实现工艺上游真空系统的冷却设备与工艺下游待冷却光学元件的连接。

Description

X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置
技术领域
本发明涉及X射线技术领域，尤其涉及一种X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置。
背景技术
在X射线技术领域中，例如同步辐射线束工程和极紫外光刻技术，经常使用低温冷却系统来降低光学元件的热负载，从而保证光学元件的面形精度。
常用的冷却介质为水、液氮等，在真空设备中，一旦冷却介质发生泄漏，将会破坏真空腔内的真空度，严重时会损坏真空设备中的关键零部件以及光学元件，从而造成重大的经济损失。
现有技术中，解决冷却介质泄漏的技术手段主要为两种，第一种是拧紧冷却管路接头；第二种是在冷却管路外围加设保护套的方式。
以上两种常用的解决冷却介质泄漏的技术手段均存在一定的缺陷，具体如下：
第一种技术手段：在真空设备长期运行以及真空环境交替变化的过程中始终存在接头泄漏的风险，而没有任何防护措施；
第二种技术手段：虽然加设了保护套，但是在获取真空时保护套会产生严重的变形，进而产生一定的作用力，从而降低真空运动部件的稳定性和运动精度。
综上所述，现有技术中解决冷却介质泄漏的技术手段均存在很大的缺陷，而基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种能够有效预防和阻止冷却介质泄漏的装置，以保证不会损坏原件。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效预防和阻止冷却介质泄漏、避免造成关键零件和光学元件的损坏、并且能够降低由于管路形变施加在运动部件上的作用力以提高运动部件的运动精度和定位精度的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，该装置用以连接待冷却的光学元件和真空系统外部的冷却设备，该装置主要包括：
法兰组件；
安装固定于所述法兰组件端部的接头组件，所述接头组件连接有冷却管；
所述法兰组件轴线处开设有与所述冷却管连通并用以传输冷却介质的冷介质通孔；
工艺上游的真空系统外部的冷却设备通过所述冷却管向工艺下游的待冷却光学元件输送冷却介质；
该装置还包括：
密封组件；以及
套设于所述接头组件和冷却管外部并与所述法兰组件固连的波纹管；
所述波纹管与所述冷却管之间的空间被配置为低真空环境空间，所述低真空环境空间的真空度与真空系统内真空度均远小于大气压，其中，低真空环境空间的真空度为10- 3Torr，真空系统的真空度为10-10Torr。
进一步的，所述波纹管上安装有与所述低真空环境空间连通的真空泵和真空规管；
所述真空规管监测所述低真空环境空间内的真空度。
进一步的，所述法兰组件包括双面法兰、以及固连于所述双面法兰两侧的单面法兰；
所述双面法兰、单面法兰的轴线处均开设有所述冷介质通孔，且所述冷介质通孔连通；
所述双面法兰、单面法兰的周向开设有沿轴向延伸的气路通孔，且所述气路通孔连通并与所述低真空环境空间连通。
进一步的，所述密封组件包括第一金属垫片以及橡胶垫片；
所述第一金属垫片安装于所述单面法兰和双面法兰的接触面、并用以对气路通孔和外界形成密封结构；
所述橡胶垫片安装于所述单面法兰和双面法兰的接触面、并用以对冷介质通孔和气路通孔形成密封结构。
进一步的，所述接头组件包括两个分别与两侧的单面法兰同轴布置并连接的接头；
所述接头与所述单面法兰接触一侧的外径不大于所述气路通孔开孔处所在圆的直径以确保所述气路通孔与所述低真空环境空间连通。
进一步的，所述接头具有与所述单面法兰配合的法兰连接体、以及与所述法兰连接体一体成型的冷却管连接体；
所述冷却管连接体轴线处开设有冷却管连接孔，所述法兰连接体轴线处开设有与所述冷却管连接孔和冷介质通孔均连通的通孔；
所述冷却管部分嵌入所述冷却管连接孔。
进一步的，所述密封组件还包括第二金属垫片；
所述第二金属垫片安装于所述法兰连接体与单面法兰的接触面、并用以对通孔和低真空环境空间形成密封结构。
进一步的，所述波纹管与所述单面法兰焊接固定。
进一步的，所述波纹管连通有两根支路；
其中一所述支路上安装有所述真空泵，另一所述支路安装有所述真空规管。
在上述技术方案中，本发明提供的一种X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，具有以下有益效果：
本发明的装置通过法兰组件连接一波纹管，利用波纹管将冷却管包裹并在两者之间形成一个低真空环境，有利于保护冷却管，防止由于压差过大产生较大的变形量，进而有效防止冷却介质泄漏；再利用法兰组件和接头组件形成冷介质传输的通道，实现工艺上游真空系统的冷却设备与工艺下游待冷却光学元件的连接；
本发明的装置通过波纹管将冷却管包裹并在两者之间形成一个低真空环境，一旦出现冷介质泄漏的情况，冷介质会泄漏至低真空环境之间，而不会破坏真空设备的真空环境，也不会造成关键零部件和光学元件的损坏，有效保护了光学元件和真空系统。
本发明的装置利用与低真空环境空间连通的真空泵和真空规管调控该空间内的真空度，让其与真空系统的真空度相当(均远小于大气压)，可以驱使与运动部件项链的波纹管和冷却管基本处于自由状态(不受大气压的作用)，从而降低由于管路形变施加在运动部件上的作用力，进而提高运动部件的运动精度和定位精度。
本发明的装置通过与低真空环境空间连通的真空规管实时监测其真空度，一旦出现异常，将向控制系统发出信号，以采取应对措施。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置的法兰组件的剖视图；
图3为本发明实施例提供的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置的法兰组件与接头的连接结构示意图；
图4为本发明实施例提供的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置的接头的剖视图。
附图标记说明：
1、法兰组件；2、波纹管；3、接头；4、冷却管；5、密封组件；6、真空泵；7、真空规管；
101、第一支路；102、第二支路；103、双面法兰；104、单面法兰；105、气路通孔；106、冷介质通孔；
201、低真空环境空间；
301、法兰连接体；302、冷却管连接体；303、通孔；304、冷却管连接孔；
501、橡胶垫片；502、第一金属垫片；503、第二金属垫片。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1～图4所示；
本发明的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，该装置用以连接待冷却的光学元件和真空系统外部的冷却设备，该装置主要包括：
法兰组件1；
安装固定于法兰组件1端部的接头组件，接头组件连接有冷却管4；
法兰组件1轴线处开设有与冷却管4连通并用以传输冷却介质的冷介质通孔106；
工艺上游的真空系统外部的冷却设备通过冷却管4向工艺下游的待冷却光学元件输送冷却介质；
该装置还包括：
密封组件5；以及
套设于接头组件和冷却管4外部并与法兰组件1固连的波纹管2；
波纹管2与冷却管4之间的空间被配置为低真空环境空间201，低真空环境空间201的真空度与真空系统内真空度均远小于大气压，其中，低真空环境空间201的真空度为10- 3Torr，真空系统的真空度为10-10Torr。
具体的，本实施例公开了一种用于工艺上游真空系统的冷却设备和工艺下游光学元件连接并传输冷却介质的低真空保护与监测装置；其中，通过法兰组件1和接头组件形成为连接结构，并与外部冷却管4连接在接头组件上以接收和输送冷却介质，考虑到现有技术中的冷却介质泄漏而造成的种种影响，本实施例在法兰组件1端部固连有波纹管2，该波纹管2包裹接头3以及冷却管4，并在波纹管2和冷却管4之间形成为真空度与真空系统基本一致的低真空环境空间201，以此来避免由于冷却介质泄漏造成的重要元件损坏的技术问题。
另外，为了降低冷却介质泄漏的概率，在对应的连接面处均以密封组件5的方式形成为密封连接。
优选的，本实施例中波纹管上安装有与低真空环境空间201连通的真空泵6和真空规管7；
真空规管7监测低真空环境空间201内的真空度。
由于本实施例提供的是一种能够监控和控制上述低真空环境空间201真空度的装置，因此，采用了现有技术中采用的监测真空度仪器，即为上述的真空规管7，并利用真空规管7实时监测低真空环境空间201内的真空度，一旦出现异常(不满足设计要求)，将向控制系统发出信号，以采取应对措施。
优选的，本实施例中法兰组件1包括双面法兰103、以及固连于双面法兰103两侧的单面法兰104；
双面法兰103、单面法兰104的轴线处均开设有冷介质通孔106，且冷介质通孔106连通；
双面法兰103、单面法兰104的周向开设有沿轴向延伸的气路通孔105，且气路通孔105连通并与低真空环境空间201连通。
法兰组件1是机械连接结构、尤其是流体机械连接结构中常见的连接部件，其连接结构原理在该处不在赘述，本实施例选用一片双面法兰103，两片单面法兰104组成本实施例的法兰组件1，而为了实现冷却介质的连通、以及两侧波纹管2内低真空环境的真空度的一致，在法兰组件1(即双面法兰103、单面法兰104)上开设有均沿轴向延伸的冷介质通孔106和气路通孔105，通过与冷却管4连通的冷介质通孔106实现冷却介质的传输，而通过气路通孔105与低真空环境空间201的连通，实现两侧真空度一致。
作为本实施例更为优选的技术方案：
上述的密封组件5包括第一金属垫片502以及橡胶垫片501；
第一金属垫片502安装于单面法兰104和双面法兰103的接触面、并用以对气路通孔105和外界形成密封结构；
橡胶垫片501安装于单面法兰104和双面法兰103的接触面、并用以对冷介质通孔106和气路通孔105形成密封结构。
流体机械的连接处一般需要配设密封垫，而本实施例为了实现各个输送通路之间互不影响，且保证对应通路内流体传输正常，设计了不同种类的密封垫，分别为上述的第一金属垫片502和橡胶垫片501。通过将对应的垫片安装于对应的位置以形成为合适的密封结构，既保证了连接的结构稳定性、又可以实现良好的密封结构。
优选的，本实施例中接头组件包括两个分别与两侧的单面法兰104同轴布置并连接的接头3；
接头3与单面法兰104接触一侧的外径不大于气路通孔105开孔处所在圆的直径以确保气路通孔105与低真空环境空间201连通。
其中，上述的接头3具有与单面法兰104配合的法兰连接体301、以及与法兰连接体301一体成型的冷却管连接体302；
冷却管连接体302轴线处开设有冷却管连接孔304，法兰连接体301轴线处开设有与冷却管连接孔304和冷介质通孔106均连通的通孔303；
冷却管4部分嵌入冷却管连接孔304。
接头3是法兰组件1与冷却管4连接的主要部件，本实施例对接头3一种优选的结构做了进一步限定。该接头3一端的法兰连接体301与法兰组件1的单面法兰104形成装配连接，而另一端的冷却管连接体302则与冷却管4形成连接，考虑到冷却介质的输送，在上述的法兰连接体301和冷却管连接体302轴向分别开设通孔303和冷却管连接孔304。将冷却管4部分嵌入冷却管连接孔304内既保证了密封，又实现了连接。同时，考虑到法兰连接体301与单面法兰104的密封连接，在该处还需要配设对应的密封结构，详见下文。
通过上文的描述，可以得出接头3的结构以及接头3与法兰组件1的连接结构，考虑到两者的密封连接，本实施例中的密封组件5还包括第二金属垫片503；
第二金属垫片503安装于法兰连接体301与单面法兰104的接触面、并用以对通孔303和低真空环境空间201形成密封结构。
其中，接头只需要与法兰组件1的冷介质通孔106连通以实现冷却介质的顺利输送，而还需要保证接头3不会影响到气路通孔105的真空度控制，因此，对接头3外周面外径有尺寸要求，其不能够完全封堵气路通孔105，以保证气路通孔105的连通，最终实现真空度的一致和调控。
优选的，本实施例中波纹管2与单面法兰104焊接固定。
优选的，本实施例中波纹管2连通有两根支路；
其中一支路(第一支路101)上安装有真空泵6，另一支路(第二支路102)安装有真空规管7。
真空泵6是将空间内空气抽离以形成真空环境的设备，而真空规管7是真空技术中监控空间内真空度的传感器，两者均为真空技术领域常规设备，在该处不做赘述。
在上述技术方案中，本发明提供的一种X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，具有以下有益效果：
本发明的装置通过法兰组件1连接一波纹管2，利用波纹管2将冷却管4包裹并在两者之间形成一个低真空环境，有利于保护冷却管4，防止由于压差过大产生较大的变形量，进而有效防止冷却介质泄漏；再利用法兰组件1和接头组件形成冷介质传输的通道，实现工艺上游真空系统与工艺下游待冷却光学元件的连接；
本发明的装置通过波纹管2将冷却管4包裹并在两者之间形成一个低真空环境，一旦出现冷介质泄漏的情况，冷介质会泄漏至低真空环境之间，而不会破坏真空设备的真空环境，也不会造成关键零部件和光学元件的损坏，有效保护了光学元件和真空系统。
本发明的装置利用与低真空环境空间201连通的真空泵6和真空规管7调控该空间内的真空度，让其与真空系统的真空度相当(均远小于大气压)，可以驱使与运动部件项链的波纹管2和冷却管4基本处于自由状态(不受大气压的作用)，从而降低由于管路形变施加在运动部件上的作用力，进而提高运动部件的运动精度和定位精度。
本发明的装置通过与低真空环境空间201连通的真空规管7实施监控其真空度，一旦出现异常则控制真空泵6调控内部真空度，以采取应对措施。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，该装置用以连接待冷却的光学元件和真空系统外部的冷却设备，其特征在于，该装置主要包括：
法兰组件(1)；
安装固定于所述法兰组件(1)端部的接头组件，所述接头组件连接有冷却管(4)；
所述法兰组件(1)轴线处开设有与所述冷却管(4)连通并用以传输冷却介质的冷介质通孔(106)；
工艺上游的真空系统外部的冷却设备通过所述冷却管(4)向工艺下游的待冷却光学元件输送冷却介质；
该装置还包括：
密封组件(5)；以及
套设于所述接头组件和冷却管(4)外部并与所述法兰组件(1)固连的波纹管(2)；
所述波纹管(2)与所述冷却管(4)之间的空间被配置为低真空环境空间(201)，所述低真空环境空间(201)的真空度为10-3Torr，真空系统的真空度为10-10Torr；
所述法兰组件(1)包括双面法兰(103)、以及固连于所述双面法兰(103)两侧的单面法兰(104)；
所述双面法兰(103)、单面法兰(104)的轴线处均开设有所述冷介质通孔(106)，且所述冷介质通孔(106)连通；
所述双面法兰(103)、单面法兰(104)的周向开设有沿轴向延伸的气路通孔(105)，且所述气路通孔(105)连通并与所述低真空环境空间(201)连通；
所述密封组件(5)包括第一金属垫片(502)以及橡胶垫片(501)；
所述第一金属垫片(502)安装于所述单面法兰(104)和双面法兰(103)的接触面、并用以对气路通孔(105)和外界形成密封结构；
所述橡胶垫片(501)安装于所述单面法兰(104)和双面法兰(103)的接触面、并用以对冷介质通孔(106)和气路通孔(105)形成密封结构。
2.根据权利要求1所述的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，其特征在于，所述波纹管(2)上安装有与所述低真空环境空间(201)连通的真空泵(6)和真空规管(7)；
所述真空规管(7)监测所述低真空环境空间(201)内的真空度。
3.根据权利要求1所述的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，其特征在于，所述接头组件包括两个分别与两侧的单面法兰(104)同轴布置并连接的接头(3)；
所述接头(3)与所述单面法兰(104)接触一侧的外径不大于所述气路通孔(105)开孔处所在圆的直径以确保所述气路通孔(105)与所述低真空环境空间(201)连通。
4.根据权利要求3所述的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，其特征在于，所述接头(3)具有与所述单面法兰(104)配合的法兰连接体(301)、以及与所述法兰连接体(301)一体成型的冷却管连接体(302)；
所述冷却管连接体(302)轴线处开设有冷却管连接孔(304)，所述法兰连接体(301)轴线处开设有与所述冷却管连接孔(304)和冷介质通孔(106)均连通的通孔(303)；
所述冷却管(4)部分嵌入所述冷却管连接孔(304)。
5.根据权利要求4所述的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，其特征在于，所述密封组件(5)还包括第二金属垫片(503)；
所述第二金属垫片(503)安装于所述法兰连接体(301)与单面法兰(104)的接触面、并用以对通孔(303)和低真空环境空间(201)形成密封结构。
6.根据权利要求1所述的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，其特征在于，所述波纹管(2)与所述单面法兰(104)焊接固定。
7.根据权利要求2所述的X射线真空设备中冷却循环系统用低真空保护与监测装置，其特征在于，所述波纹管(2)连通有两根支路；
其中一所述支路上安装有所述真空泵(6)，另一所述支路安装有所述真空规管(7)。
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