CN114939445B - 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

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

一种大型真空度变化试验装置及应用该装置的试验方法

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1-2，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；

当用真空泵(20)对真空试验舱(10)抽真空时，真空泵(20)的排气进入缓冲罐(30)内。

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。