CN111749922A - 一种分子泵故障诊断预测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分子泵故障诊断预测系统，包括：依次连接的故障模拟系统、真空腔体、真空抽气系统，分子泵诊断系统；所述故障模拟系统包括针阀，规管，VDE阀门及VDE阀门控制器；所述故障模拟系统用于模拟真空腔体泄露以及异物进入的突发状况，造成分子泵故障的情况；所述真空抽气系统一端通过插板阀与真空腔体相连接，另一端与机械泵相连接；所述分子泵诊断系统包括多状态监测传感器，数据采集设备，数据计算设备，故障诊断预测结果输出设备；所述多状态监测传感器，获取真实的分子泵故障状态数据，为分子泵诊断系统的在线实时分析提供数据保障。本发明提供了一种快速，经济，高效的解决方案，解决了分子泵故障数据不足导致分子泵诊断预测系统不能有效建立的问题。

Description

一种分子泵故障诊断预测系统

技术领域

本发明涉及磁约束聚变装置真空技术领域，尤其涉及一种分子泵故障诊断预测系统。

背景技术

分子泵被广泛应用于航空航天，工业镀膜，磁约束聚变，尖端科学研究等需要高真空环境的场所，作为重要的真空获得设备，其运行状态直接关系到系统能否获得良好的真空环境。分子泵的突发故障可能会破坏系统真空环境，导致生产或者实验失败造成不可预估的损失。现有技术针对分子泵突发故障，只能采取故障发生后对故障分子泵进行维护或者更换的方式，不能做到事前预防从而避免事故发生。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计了一套分子泵故障诊断预测系统，实现模拟分子泵在极端条件下发生故障的过程，实现分子泵的故障分类诊断和故障预测。本发明提供了一种快速，经济，高效的解决方案，解决了分子泵故障数据不足导致分子泵诊断预测系统不能有效建立的问题，此外本发明可以通过更换抽气接口工装实现多种不同口径，不同型号的分子泵故障模拟，具有较强的适用性。为分子泵在航空航天，工业镀膜，磁约束聚变，尖端科学研究等领域的应用提供可靠的维护策略

本发明的技术方案如下：一种分子泵故障诊断预测系统，包括：

依次连接的故障模拟系统、真空腔体、真空抽气系统，分子泵诊断系统；所述故障模拟系统包括针阀，规管，VDE阀门及VDE阀门控制器；所述故障模拟系统用于模拟真空腔体泄露以及异物进入的突发状况，造成分子泵故障的情况；

所述真空抽气系统包括分子泵和前级机械泵，分子泵一端通过插板阀与真空腔体相连接，另一端通过波纹管与机械泵相连接；

所述分子泵诊断系统包括多状态监测传感器，数据采集设备，数据计算设备，故障诊断预测结果输出设备；所述多状态监测传感器，包括有振动传感器，温度传感器，电流传感器，分子泵转速传感器，在实际模拟分子泵故障时，所述分子泵诊断系统获取真实的分子泵故障状态数据，为分子泵诊断系统的在线实时分析提供数据保障。

进一步的，所述规管测量真空腔体内真空度，并通过数据线缆，将实时测量的真空度数据传输给VDE阀门控制器，此数据作为VDE阀门反馈调节的依据，VDE阀门与其控制器通过线缆连接实现VDE阀门的开度控制,进而实现真空腔体内真空度闭环控制。

进一步的，所述针阀口径为6.35毫米，针阀前端与真空腔体相连，针阀后端与大气或者颗粒注入装置相连接；真空腔体下端装有转接工装，适用于不同口径型号的分子泵测试。

进一步的，所述多状态监测传感器，数据采集设备，数据计算设备，故障诊断与预测结果输出设备的物理连接采用逐级串联方式。

进一步的，还包括光源，所述光源为多档可调的强光手电筒或者固定光源，通过调节光源强度和射入角度，实验人员通过玻璃观察窗能够观测到故障过程中分子泵叶片状态。

进一步的，其中振动传感器通过磁座固定于分子泵泵壳外，温度传感器，电流传感器，分子泵转速传感器内嵌于分子泵泵体内部，通过分子泵控制器获取其数据；上述分子泵状态数据通过数据采集设备进行收集，并发送给数据计算设备进行存储和分析，数据计算设备通过分析计算出引起分子故障的原因，并基于故障历史数据给出分子泵寿命预测结果，分析的最终结果通过故障诊断预测结果输出设备呈现给相关人员，实现人机交互。

进一步的，所述真空腔体采用316L不锈钢，为圆柱形并采用刀口密封方式；在真空腔体的上端开有2个CF16的法兰接口和2个CF35的法兰接口，其中2个CF16的法兰用来安装针阀和VDE阀门，2个CF35的法兰用来安装规管和观察窗。

所述真空腔体经过烘烤壁处理真空腔体真空可以好于5×10^-5Pa，满足实验条件。

进一步的，通过VDE阀门结合真空规管测量的真空腔体真空度，实现对真空腔体的闭环控制，模拟真空泄露情况，并且根据实验需要可以模拟不同等级的真空泄露造成分子泵故障的情形；采用针阀可以模拟细小异物进入真空腔体，或者微小真空泄露所引起的分子泵故障状态。

所述的真空抽气系统包括前级机械泵，分子泵以及插板阀，其中机械泵用于真空腔体的粗抽，为分子泵启动提供良好的基础真空环境，当腔体真空度满足分子泵启动要求后，启动分子泵从而真空腔体可以获得极限真空，插板阀可以起到在特殊情况下紧急隔断抽气机组与真空腔体连通的作用；

进一步的，可在VDE阀门控制器中设定实验需要的真空腔体真空度，VDE阀门控制器接收规管实时传输的腔体内真空度，并以此为依据与设定真空度进行比较，当设定真空度小于腔体内真实真空度则增加VDE阀门开度，相反当设定真空度高于腔体内真实真空度则减小VDE阀门开度，最终达到预设真空度与腔体真实真空动态平衡。

有益效果：

本发明通过设计的真空腔体，抽气系统，故障模拟系统和分子泵诊断系统等协同工作，共同构建了分子泵故障诊断预测系统，实现分子泵故障的实物模拟，为分子泵的故障诊断预测提供了数据支持，并实现了分子泵故障诊断预测的实时在线分析。本发明提供了一种快速，经济，高效的方法，解决了分子泵故障数据不足导致分子泵诊断预测系统不能有效建立的问题，此外本发明可以通过更换抽气接口工装实现多种不同口径，不同型号的分子泵实物故障模拟，具有较强的适用性。本发明可以实现分子泵故障维护从事后维修向事前预防的转变，避免由于分子泵故障引起真空系统的次生故障，不仅提高了分子泵的安全性和维护的针对性，更提高了真空系统的安全性和稳定性。

附图说明

图1分子泵故障诊断预测系统设计示意图；

图2真空腔体俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，一种分子泵故障诊断预测系统，包括：真空抽气系统，分子泵诊断系统，故障模拟系统，真空腔体以及光源。

所述的真空抽气系统包括分子泵和前级机械泵，分子泵一端通过插板阀与真空腔体相连接，另一端通过波纹管与机械泵相连接，所述插板阀可以将分子泵与真空腔体隔断；

故障模拟系统是通过模拟真空腔体泄露以及异物进入等突发状况，造成分子泵故障的情况。通过实际模拟分子泵故障，获取真实的分子泵故障状态数据，为分子泵诊断系统的在线实时分析提供数据保障。故障模拟系统包括针阀，规管，VDE阀门及其控制器。

针阀安装在经过预定工艺加工的CF16法兰上，所述预定工艺是指：CF16法兰中间穿孔焊接一节长20cm直径6.35毫米的真空套管；针阀前端与预定工艺加工的CF16法兰连接，后端连接大气或者颗粒注入装置。当需要模拟少量气体进入真空腔体条件时，针阀后端连接大气。通过手动调节针阀可以模拟少量气体进入真空腔体，对分子泵造成损伤的情况。当需要模拟细小颗粒物体进入真空腔体对分子泵造成损伤时，针阀后端连接颗粒注入装置，细小颗粒物可以通过针阀垂直进入真空腔体。规管，VDE阀门及其控制器协同工作，可以实现真空腔体的真空度闭环调节。其中，所述VDE阀门(Valve Drive Electronics)阀门是指可以通过电子元器件进行控制的阀门，类似电动阀；可在VDE阀门控制器中设定实验需要的真空腔体真空度，VDE阀门控制器接收规管实时传输的腔体内真空度，并以此为依据与设定真空度进行比较，当设定真空度小于腔体内真实真空度则增加VDE阀门开度，相反当设定真空度高于腔体内真实真空度则减小VDE阀门开度，最终达到预设真空度与腔体真实真空动态平衡。VDE阀门的开度决定了进入真空腔体的气量，当进入的气量与分子泵和机械泵抽气的气量达到动态平衡，则腔体内真空度就稳定了。由于分子泵和机械泵抽气量是一定的不会变化，因此VDE阀门开的越大，进入腔体的气体量就越多，腔体内真空度就越差。反之，VDE阀门开的越小，进入腔体的气体量就越少，真空度就越好。从而模拟真空腔体不同泄漏程度对分子泵损伤的情况。

分子泵诊断系统包括多状态监测传感器，数据采集设备，数据计算设备，故障诊断预测结果输出设备。多状态监测传感器，包括有振动传感器，温度传感器，电流传感器，分子泵转速传感器。其中振动传感器通过磁座固定于分子泵泵壳外，温度传感器，电流传感器，分子泵转速传感器内嵌于分子泵泵体内部，通过分子泵控制器获取其数据。上述分子泵状态数据通过数据采集设备进行收集，并发送给具备较强计算能力的数据计算设备进行存储和分析，数据计算设备通过先进智能算法分析计算出引起分子故障的原因，并基于故障历史数据给出分子泵寿命预测结果，分析的最终结果通过故障诊断预测结果输出设备呈现给相关人员，实现人机交互。

如图2所示，真空腔体采用316L不锈钢，为圆柱形并采用刀口密封方式。在真空室的上端开有2个CF16的法兰接口和2个CF35的法兰接口，并且这4个法兰接口相互对称。其中2个CF16的法兰用来安装针阀和VDE阀门，CF35的法兰用来安装规管和观察窗。真空腔体下端装有转接工装，适用于不同口径型号的分子泵测试，增强了系统适用性。所述光源为观察分子泵状态进行补光，可以采用多档可调的强光手电筒或者固定光源，实验人员通过玻璃观察窗可以清晰的观测到故障过程中分子泵叶片状态。

以上所述的实施例，只是本发明的优选的具体实施方式的一种，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于，包括：

依次连接的故障模拟系统、真空腔体、真空抽气系统，分子泵诊断系统；所述故障模拟系统包括针阀，规管，VDE阀门及VDE阀门控制器；所述故障模拟系统用于模拟真空腔体泄露以及异物进入的突发状况，造成分子泵故障的情况；

所述真空抽气系统包括分子泵和前级机械泵，分子泵一端通过插板阀与真空腔体相连接，另一端通过波纹管与机械泵相连接；

所述分子泵诊断系统包括多状态监测传感器，数据采集设备，数据计算设备，故障诊断预测结果输出设备；所述多状态监测传感器，包括有振动传感器，温度传感器，电流传感器，分子泵转速传感器，在实际模拟分子泵故障时，所述分子泵诊断系统获取真实的分子泵故障状态数据，为分子泵诊断系统的在线实时分析提供数据保障。

2.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

所述规管测量真空腔体内真空度，并通过数据线缆，将实时测量的真空度数据传输给VDE阀门控制器，此数据作为VDE阀门反馈调节的依据，VDE阀门与其控制器通过线缆连接实现VDE阀门的开度控制,进而实现真空腔体内真空度闭环控制。

3.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

所述针阀口径为6.35毫米，针阀前端与真空腔体相连，针阀后端与大气或者颗粒注入装置相连接；真空腔体下端装有转接工装，适用于不同口径型号的分子泵测试。

4.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

所述多状态监测传感器，数据采集设备，数据计算设备，故障诊断与预测结果输出设备的物理连接采用逐级串联方式。

5.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

还包括光源，所述光源为多档可调的强光手电筒或者固定光源，通过调节光源强度和射入角度，实验人员通过玻璃观察窗能够观测到故障过程中分子泵叶片状态。

6.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

其中振动传感器通过磁座固定于分子泵泵壳外，温度传感器，电流传感器，分子泵转速传感器内嵌于分子泵泵体内部，通过分子泵控制器获取其数据；上述分子泵状态数据通过数据采集设备进行收集，并发送给数据计算设备进行存储和分析，数据计算设备通过分析计算出引起分子故障的原因，并基于故障历史数据给出分子泵寿命预测结果，分析的最终结果通过故障诊断预测结果输出设备呈现给相关人员，实现人机交互。

7.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

所述真空腔体采用316L不锈钢，为圆柱形并采用刀口密封方式；在真空腔体的上端开有2个CF16的法兰接口和2个CF35的法兰接口，其中2个CF16的法兰用来安装针阀和VDE阀门，2个CF35的法兰用来安装规管和观察窗。

8.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

通过VDE阀门结合真空规管测量的真空腔体真空度，实现对真空腔体的闭环控制，模拟真空泄露情况，并且根据实验需要可以模拟不同等级的真空泄露造成分子泵故障的情形；采用针阀模拟异物进入真空腔体，或者真空泄露所引起的分子泵故障状态。

9.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

所述的真空抽气系统包括前级机械泵，分子泵以及插板阀，其中机械泵用于真空腔体的粗抽，为分子泵启动提供基础真空环境，当腔体真空度满足分子泵启动要求后，启动分子泵从而真空腔体获得极限真空，插板阀起到在特殊情况下紧急隔断抽气机组与真空腔体连通的作用。

10.根据权利要求1所述的一种分子泵故障诊断预测系统，其特征在于：

在VDE阀门控制器中设定实验需要的真空腔体真空度，VDE阀门控制器接收规管实时传输的腔体内真空度，并以此为依据与设定真空度进行比较，当设定真空度小于腔体内真实真空度则增加VDE阀门开度，相反当设定真空度高于腔体内真实真空度则减小VDE阀门开度，最终达到预设真空度与腔体真实真空动态平衡。

Images