CN114939445A - 一种大型真空度变化试验装置及应用该装置的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空试验舱技术领域,具体涉及一种大型真空度变化试验装置及应用该装置的试验方法。本发明包括真空试验舱,真空试验舱的排气口处依序向外布置管路开关阀SV1、抽空阀SV2、真空泵、排气阀SV3及缓冲罐;该装置还包括桥接管路,桥接管路的一端连通缓冲罐进口,桥接管路的另一端经由连通阀SV4后连通于抽空阀SV2和管路开关阀SV1之间的一段管路上;所述真空泵的出气口处还布置大气开关阀SV5。本发明能有效节省真空泵的数量,降低泵组成本,可达到节能高效的使用目的。
Description
技术领域
本发明属于真空试验舱技术领域,具体涉及一种大型真空度变化试 验装置及应用该装置的试验方法。
背景技术
目前市场上的真空试验舱,工作时会直接通过真空泵抽取气体并排 至外部大气环境,从而实现真空试验舱内部气体的抽真空需求。这种处 理方式,使得真空泵的排气压力会始终高于大气压,运行压差增大,使 得真空泵的运行效率变大,泵组的运行成本增加,难以满足目前大环境 下的节能要求,亟待解决。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种大型真空度变 化试验装置,其能有效节省真空泵的数量,降低泵组成本,可达到节能 高效的使用目的。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种大型真空度变化试验装置,包括真空试验舱,其特征在于:真 空试验舱的排气口处依序向外布置管路开关阀SV1、抽空阀SV2、真空 泵、排气阀SV3及缓冲罐;该装置还包括桥接管路,桥接管路的一端连 通缓冲罐进口,桥接管路的另一端经由连通阀SV4后连通于抽空阀SV2 和管路开关阀SV1之间的一段管路上;所述真空泵的出气口处还布置分 支管路,该分支管路连通大气环境,且该分支管路上布置用于启闭该分 支管路的大气开关阀SV5。
优选的,所述缓冲罐的体积为真空试验舱积的两倍。
优选的,一种应用所述大型真空度变化试验装置的试验方法,其特 征在于:
a)、抽缓冲罐;
关闭管路开关阀SV1、排气阀SV3;打开连通阀SV4、抽空阀SV2、 大气开关阀SV5,开动真空泵,对缓冲罐抽真空后,关闭真空泵,并关 闭所有阀门;
b)、均压缓冲罐和真空试验舱;
打开缓冲罐和真空试验舱之间的连通阀SV4和管路开关阀SV1,使 得缓冲罐和真空试验舱实现均压,随后关闭连通阀SV4;
c)、用真空泵对真空试验舱抽真空;
打开真空泵,打开管路开关阀SV1、排气阀SV3、抽空阀SV2;关闭 连通阀SV4、大气开关阀SV5,用真空泵对真空试验舱抽气,直至抽到 所需真空度;真空泵的排气进入缓冲罐内。
优选的,所述b)步骤中,真空试验舱的绝对压力抽至34KPa。
本发明的有益效果在于:
1)、通过上述方案,实际操作时,本发明的缓冲罐能用真空度对 真空试验舱进行抽空,如从大气压抽至34kpa,并且时间很快,效率很 高;这样能节省真空泵的台数,台数能比没有缓冲罐时少了1/3,大大 降低泵组成本和运行功率,具备了节能的效果。
2)、用缓冲罐的方式,可以在电力波谷价格时抽空缓冲罐,使用 时快速降低真空试验舱的真空度,在保证了高效率的同时,进一步保证 了节能性。
缓冲罐和真空试验舱通过管路连通后,不抽真空试验舱时,管路上 的各阀路常闭,缓冲罐已经被抽至气压为1000pa。需要抽真空试验舱时, 打开相应阀门,缓冲罐和真空试验舱迅速形成气流互通,真空试验舱的 气压得以迅速降低。并且由于两个舱是封闭的空间,所以迅速平衡都变 为真空状态,气压约为34kpa,这个气压降低至34kpa的速度比增加真 空泵抽真空试验舱的速度快,同时初投资成本和使用成本都更低。本方 案也更适用于大型的真空舱,这种真空舱配置的真空泵机组,一般功率 都在几百甚至几千千瓦数量级。波峰波谷的电价差异下,一次试验就能 节省几千元的电费。大大节省了运行成本。
3)、投入的真空储罐可以和真空试验舱交替使用,或一起使用, 拓展了试验的范围。初投资能够最大程度转化效益,满足了更广泛的使 用要求。
实际上,这种大真空舱的应用,一般都是舱体体积在几万立方米左 右的,对相同的投入成本来说,以前钱都花在了真空泵的投入上,去确 保快速抽真空的实现,现在本发明的缓冲罐设计,能满足快速抽真空的 要求,同时,钱花在了缓冲罐的投入上。由于缓冲罐和真空试验舱的体 积接近,能达到的真空度接近,密封程度、漏率都比较接近,所以相当于有一个备用的真空试验舱,同时如果有试验方面的拓展要求,比如真 空度差异流通试验、动态真空度的试验乃至更大空间的真空试验等,都 可以用缓冲舱配合真空试验舱进行试验。因此,同样的成本投入下,本 发明能够实现更广泛的应用,带来更高的产出价值。
4)、需注意的是,以从大气压抽至34kpa为例,本发明的真空泵 从34kpa左右开始抽气时,此时真空泵的排气口仍然是连接密闭的、压 力与工作舱同样为34kpa的缓冲罐的,这样可以有效保证真空泵的排气 压力始终低于大气压,在较小的运行压差时,真空泵的运行功率也远小 于出气口连接大气压时的功率,成效显著。
根据理论运行图表可见,真空泵排入大气时,消耗的功率曲线始终 在排入缓冲罐的功率曲线之上,就是功率始终大于排入缓冲罐所消耗的 功率。本发明状态下真空泵的功率仅为排入大气时真空泵功率的80%左 右。实际运行时,大气的空气温度和湿度可能会有波动,也会造成真空 泵瞬时的功率波动,不但影响功率消耗,还可能影响抽真空的效率和效 果,造成抽空时间超过要求时间,抽真空时排油排水较多,影响真空舱 的真空度等情况。而有了本发明的缓存罐所形成的缓冲舱结构,真空泵 的排气空间至缓冲罐内的状态稳定,不会有气流、温度、湿度的变化, 大大优化了真空泵的工作条件。另外,真空泵的运行功率较低,也延长 了真空泵的使用寿命,降低了故障率,降低了真空泵的维护成本。
附图说明
图1为本发明的管路连接示意图;
图2为真空泵的出气口分别连接大气环境和连接缓冲罐时的功率曲 线图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下:
10-真空试验舱20-真空泵30-缓冲罐
具体实施方式
为便于理解,此处结合图1,对本发明的具体结构及工作方式作以 下进一步描述:
本发明的具体结构如图1所示,其核心结构为三大件,也即真空试 验舱10、真空泵20及缓冲罐30,其中:
实际装配时,真空试验舱10的排气口经由管路开关阀SV1引出后, 一路经由抽空阀SV2连通真空泵20的进气口,一路经由连通阀SV4连 通缓冲罐30;真空泵20的出气口则一路经由大气开关阀SV5连通大气 环境,另一路经由排气阀SV3连通缓冲罐30,从而形成如图1所示的连 通状态。
设计时,真空试验舱10温度使用范围:0~+90℃;使用压力: 1000Pa~101325Pa。当采用一个缓冲罐30时,缓冲罐30的体积为真空 试验舱10体积的两倍;当采用二个缓冲罐30时,每个缓冲罐30的体 积与真空试验舱10等大小;以此类推。缓冲罐30和真空试验舱10可 以均采用立式具体可视现场情况酌情设定。
为便于理解,此处结合图1,给出本发明的其中一种实施例的工作 流程如下:
a)、抽缓冲罐30;
关闭管路开关阀SV1、排气阀SV3;打开连通阀SV4、抽空阀SV2、 大气开关阀SV5,开动真空泵20,对缓冲罐30抽气,时间大约为1小 时左右,抽至1KPa。此时真空泵20的消耗功率比率约为1。压力到达 后,关闭真空泵20、关闭所有阀门。
b)、均压缓冲罐30和真空试验舱10;
打开缓冲罐30和真空试验舱10之间的连通阀SV4和管路开关阀 SV1,使得缓冲罐30和真空试验舱10实现均压。约3分钟左右,真空 试验舱10的内部压力会降低至绝对压力34KPa,此时关闭连通阀SV4。
c)、用真空泵20对真空试验舱10抽真空;
打开真空泵20,打开管路开关阀SV1、排气阀SV3、抽空阀SV2; 关闭连通阀SV4、大气开关阀SV5,用真空泵20对真空试验舱10抽气, 直至抽到1KPa。此时真空泵20的排气直接排入缓冲罐30。由于b)步 骤后,缓冲罐30内的起始压力变为34KPa,这使得此时真空泵20的排 气压力远低于大气压力,所以此时真空泵20的消耗功率比向大气中排 气时降低了,具体的真空泵20功率的比率约为0.7,真空泵20的总抽 气时间约为7分钟以内。至此,上述操作流程可以有效保证真空泵20 的排气压力始终低于大气压,在较小的运行压差时,真空泵20的运行 功率也远小于出气口连接大气压时的功率,成效显著。
真空试验舱10的绝对压力抽至34KPa的理论计算过程如下:
所述a)步骤中:缓冲罐30被抽空至1kpa,所述b)步骤中真空试 验舱10初始压力约为100kpa,打开缓冲罐30和真空试验舱10间的连 通阀SV4和管路开关阀SV1平衡稳定后,真空试验舱和缓冲罐的压力均 为(100+1+1)/3=34KPa;所述c)步骤中,打开真空泵20,打开管路 开关阀SV1、排气阀SV3、抽空阀SV2;关闭连通阀SV4、大气开关阀SV5, 用真空泵20对真空试验舱10抽气,并向缓冲罐30排气;则当真空试 验舱10到达1kpa,则缓冲罐30终态的压力为(100+1+1-1)/2=50.5KPa。 所以真空泵20在抽空真空试验舱10的过程中,缓冲罐压力是从34KPa 逐步上升至50.5KPa的;上述计算过程,也符合上述真空试验舱10的 34KPa的绝对压力抽取结果。
为进一步描述本发明的先进性,下表1为真空泵20的出气口分别 连接大气环境和连接缓冲罐30时的功率比对表:
表1、真空泵的出气口分别连接大气环境和连接缓冲罐时的功率比对表
由表1中可以看出:
当真空泵20的出气口直接连通大气环境时,排气压力为101kpa, 在全部的抽气过程中(即进气压力从10000Pa变化至10Pa的过程中), 真空泵20的消耗功率为225至163,递减。
而当真空泵20的出气口直接连通34KPa的缓存罐30内时,真空泵 20的初始排气压力为34KPa,在全部的抽气过程中(即进气压力从 10000Pa变化至10Pa的过程中),真空泵20的消耗功率为165至117, 递减。
由上述可知,在增加了本发明的缓冲罐30且以缓冲罐30为排气对 象后,很明显的降低了真空泵20在全部抽空过程中的运行功率。
为进一步证明上述表述,图2中也给出了真空泵20的出气口分别 连接大气环境和连接缓冲罐30时的功率曲线。
从图2中可显然看出,真空泵20直连缓存罐30时,其功率曲线偏 下,也证明了真空泵20的运行功率远小于出气口连接大气压时的功率, 具备了节能高效的设计优点。
通过对设备初投资、工程量,运行成本、维护成本的统计,并且在 电脑模型中模拟计算,我们发现,缓冲罐30的体积为真空试验舱10的 倍数,并存在如下的关系:当缓冲罐30的体积是真空试验舱10的2倍 时,再加上此时配置的真空泵20和进行相应的阀门、管道安装等,这 时装置的初投资成本约为1,运行成本约为1。而只配置一个真空试验 舱10和真空泵20和进行相应的阀门、管道安装时,这时装置需要达到 同样的快速抽真空的试验效果,此时的初投资成本系数约为1.8,运行 成本约为1.3。我们把缓冲罐30的体积对应真空试验舱10的体积倍数 列表,统计初投资成本和运行成本,得出下表2:
表2、初投资成本和运行成本比对表
由表2中可以看出:
由于大空间的真空试验舱的管路和阀门的成本很高,缓冲罐30的 增多会带来各管路和阀门的大幅增加,同时根据泵也即真空泵20的功 率曲线特点,使用两个和真空试验舱10等体积的缓冲罐30,可使得本 发明在总成本和后期运行、操作维护的成本方面达到最低。再考虑装置 的拓展性,两倍真空试验舱10体积的缓冲罐30能够进行空气流动试验、 真空度阶梯变化试验等,带来更多的使用价值,所以本发明是最合理的 方案;同时,该种设计的缓冲罐30也确实能带来真空泵20数量的显著 减少,减少初投资成本,成效显著。
当然,对于本领域技术人员而言,本发明不限于上述示范性实施例 的细节,而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以 其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此,无论从哪一点来看,均 应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附 权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的 含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附 图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每 个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是 为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中 的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实 施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (4)
1.一种大型真空度变化试验装置,包括真空试验舱(10),其特征在于:真空试验舱(10)的排气口处依序向外布置管路开关阀SV1、抽空阀SV2、真空泵(20)、排气阀SV3及缓冲罐(30);该装置还包括桥接管路,桥接管路的一端连通缓冲罐(30)进口,桥接管路的另一端经由连通阀SV4后连通于抽空阀SV2和管路开关阀SV1之间的一段管路上;所述真空泵(20)的出气口处还布置分支管路,该分支管路连通大气环境,且该分支管路上布置用于启闭该分支管路的大气开关阀SV5。
2.根据权利要求1所述的一种大型真空度变化试验装置,其特征在于:所述缓冲罐(30)的体积为真空试验舱(10)体积的两倍。
3.一种应用如权利要求1或2所述大型真空度变化试验装置的试验方法,其特征在于:
a)、抽缓冲罐;
关闭管路开关阀SV1、排气阀SV3;打开连通阀SV4、抽空阀SV2、大气开关阀SV5,开动真空泵(20),对缓冲罐抽真空后,关闭真空泵(20),并关闭所有阀门;
b)、均压缓冲罐和真空试验舱(10);
打开缓冲罐和真空试验舱(10)之间的连通阀SV4和管路开关阀SV1,使得缓冲罐和真空试验舱(10)实现均压,随后关闭连通阀SV4;
c)、用真空泵(20)对真空试验舱(10)抽真空;
打开真空泵(20),打开管路开关阀SV1、排气阀SV3、抽空阀SV2;关闭连通阀SV4、大气开关阀SV5,用真空泵(20)对真空试验舱(10)抽气,直至抽到所需真空度;真空泵(20)的排气进入缓冲罐内。
4.根据权利要求3所述的一种试验方法,其特征在于:所述b)步骤中,真空试验舱(10)的绝对压力抽至34KPa。
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