CN115355438B - 一种用于气体放电离子源的供气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气体放电离子源的供气系统，包括气体安全柜、抽真空装置和进气调节装置。所述气体安全柜内设置有第一高压气瓶和第二高压气瓶，所述第一高压气瓶和第二高压气瓶的出气端均设有开发阀。所述第一高压气瓶的出气端通过第一管路与所述抽真空装置连接，所述第二高压气瓶的出气端通过第二管路与所述抽真空装置连接。所述进气调节装置的一端与所述抽真空装置通过管路连通，另一端与所述离子源装置之间连通。所述抽真空装置能够在所述气体安全柜向所述离子源供气之前将管路内的空气排出，提高供气的安全性，尤其对于易燃易爆的气体，同时也提高了所供气体的纯度。所述进气调节装置能够气体流量的精细调节和确保管路内气体气压的稳定。

Description

一种用于气体放电离子源的供气系统
技术领域
本发明涉及离子源技术领域，特别涉及一种用于气体放电离子源的供气系统。
背景技术
气体放电离子源广泛用于加速器、材料研究等领域。要提供稳定可靠的离子束，就需要为离子源提供纯净、稳定精细的气体流。通常，该气体流处于高压环境中，利于离子束的引出。特别近二十年国内发展起来的全永磁高电荷态ECR离子源，主要为HIMM重离子治疗装置提供碳离子束，工作气体为甲烷、乙炔等易爆易燃气体，因此在供气过程中管道内必须确保尽可能地没有空气，需要将空气置换出去，以解决装置区内易燃易爆炸气体的安装存放，避免冗长的气体输运。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于气体放电离子源的供气系统，所述供气系统能够尽可能确供气管路内的空气被排出，避免发生安全事故，同时还能够实现气体流量的精细调节和确保管路内气体气压的稳定。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种用于气体放电离子源的供气系统，包括：
气体安全柜，所述气体安全柜内设置有第一高压气瓶和第二高压气瓶，所述第一高压气瓶和第二高压气瓶的出气端均设有开关阀；
抽真空装置，所述第一高压气瓶的出气端通过第一管路与所述抽真空装置连接，所述第二高压气瓶的出气端通过第二管路与所述抽真空装置连接；
进气调节装置，所述进气调节装置的一端与所述抽真空装置通过管路连通，另一端与离子源之间连通，所述第一管路与第二管路还与所述进气调节装置连通。
进一步的，所述第一管路和第二管路之间还设有放气管路，所述放气管路包括第三管路和第四管路，所述第三管路连通所述第一管路和第二管路，所述第四管路的一端与所述第三管路连通，另一端与大气连通，所述第四管路的两侧各设有一个第一球阀，两个所述第一球阀分别用于控制所述第一管路、第二管路与所述第四管路的连通或断开。
进一步的，所述进气调节装置包括第一气流调节阀、第二气流调节阀、第一调节机构和第二调节机构，所述第一气流调节阀与所述抽真空装置之间通过第五管路连通，所述第四气流调节阀与所述抽真空装置之间通过第六管路连通，所述第一管路与所述第五管路连通，所述第二管路与所述第六管路连通，所述第一管路与所述第一气流调节阀之间还设置有第二球阀，所述第二管路与所述第二气流调节阀之间设置有第三球阀，所述第一管路与所述抽真空装置之间设置有第四球阀，所述第二管路与所述抽真空装置之间设置有第五球阀，所述四球阀和第五球阀分别用于控制所述抽真空装置与所述第五管路和第六管路之间的连通和断开。
进一步的，所述抽真空装置包括真空泵，所述真空泵的一端通过第七管路与所述第五管路和第六管路连通，所述第七管路上设置有第六球阀。
进一步的，所述第一调节机构和第二调节机构结构相同，所述第一调节机构和第二调节机构均包括伺服电机以及绝缘杆，所述伺服电机的输出端通过所述绝缘杆与所述第一气流调节阀或第二气流调节阀连接。
进一步的，还包括两组减压装置，两组减压装置分别用于对第一高压气瓶和第二高压气瓶输出的气体进行减压，所述减压装置包括一级减压阀和二级减压阀，两个所述一级减压阀分别设置在所述第一管路和第二管路上，两个所述一级减压阀均安装在所述气体安全柜内，且分别靠近所述第一高压气瓶和第二高压气瓶，两个所述二级减压阀分别设置在所述第五管路和第六管路上，且分别靠近所述第一气流调节阀和第二气流调节阀。
进一步的，还包括第三高压气瓶，所述第三高压气瓶的出气端通过第八管路与所述第七管路连通，所述第八管路上设置有球阀，所述第八管路上还设有一个一级减压阀。
进一步的，所述气体安全柜内还设置有两个球阀，两个所述球阀分别设置在所述第一管路和第二管路上，且分别靠近所述第一高压气瓶和第二高压气瓶设置。
进一步的，所述第一气流调节阀、第二气流调节阀、第一调节机构和第二调节机构均固定安装在绝缘板上。
进一步的，还包括两个可燃气体探测器，两个所述可燃气体探测器均安装在所述气体安全柜内，且分别与所述第一高压气瓶和第二高压气瓶连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、通过气体安全柜，保证易燃易爆炸气体在现场中的使用，缩短输运长度；
2、通过抽真空装置以及放空管路的设置能够对整个管路内的空气进行排出，提高了供气的安全性；
3、采用分离的二级减压方式，阶梯式降低气压；第二极利用精密压力稳压阀，实现压力的稳定和减压；
4、高压端气体调流阀和伺服电机利用绝缘杆连接，使用整块绝缘板安装，实现高电压控制，灵活位置放置。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是用于气体放电离子源的供气系统的结构示意图；
具体实施方式
具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供了一种用于气体放电离子源的供气系统，包括气体安全柜、抽真空装置和进气调节装置。所述气体安全柜内设置有第一高压气瓶和第二高压气瓶，所述第一高压气瓶和第二高压气瓶的出气端均设有开关阀。所述第一高压气瓶的出气端通过第一管路与所述抽真空装置连接，所述第二高压气瓶的出气端通过第二管路与所述抽真空装置连接。所述进气调节装置的一端与所述抽真空装置通过管路连通，另一端与所述离子源之间连通。
所述气体安全柜通过气体安全柜，保证易燃易爆炸气体在现场中的使用，缩短输运长度，所述抽真空装置能够在所述气体安全柜向所述离子源供气之前将管路内的空气排出，提高供气的安全性，尤其对于易燃易爆的气体，同时也提高了所供气体的纯度。所述进气调节装置能够气体流量的精细调节和确保管路内气体气压的稳定。
实施例1
如图1所示，所述用于气体放电离子源的供气系统，包括气体安全柜7、抽真空装置和进气调节装置2。所述气体安全柜1内设置有第一高压气瓶711和第二高压气瓶，所述第一高压气瓶711和第二高压气瓶712的出气端均设有开发阀。所述第一高压气瓶711的出气端通过第一管路8与所述抽真空装置连接，所述第二高压气瓶712的出气端通过第二管路9与所述抽真空装置连接。所述进气调节装置2的一端与所述抽真空装置通过管路连通，另一端与所述离子源1之间连通。两个可燃气体探测器741，742均安装在气体安全柜7内。
通过气体安全柜，保证易燃易爆炸气体在现场中的使用，缩短输运长度，所述抽真空装置能够在所述气体安全柜7向所述离子源1供气之前将管路内的空气排出，提高供气的安全性，尤其对于易燃易爆的气体，同时也提高了所供气体的纯度。所述进气调节装置2能够对气体流量精细调节和确保管路内气体气压的稳定。
所述进气调节装置2包括第一气流调节阀211、第二气流调节阀212、第一调节机构和第二调节机构，所述第一气流调节阀211与所述第二气流调节阀212分别与所述抽真空装置之间通过第五管路15和第六管路12连通，所述第一管路8与所述第五管路15连通，所述第二管路9与所述第六管路12连通，所述第一管路8与所述第一气流调节阀211之间还设置有第二球阀411，所述第二管路9与所述第二气流调节阀212之间设置有第三球阀412，所述第一管路8与所述抽真空装置之间设置有第四球阀421，所述第二管路9与所述抽真空装置之间设置有第五球阀422，所述四球阀421和第五球阀422分别用于控制所述抽真空装置与所述第五管路15和第六管路12之间的连通和断开。
所述抽真空装置包括真空泵61，所述真空泵61的一端通过第七管路13与所述第五管路15和第六管路12连通，所述第七管路13上设置有第六球阀62。
当需要向所述离子源1提供所述第一高压气瓶711内的高压气体时，先打开所述第一气流调节阀211、第二球阀411和第四球阀421，通过所述真空泵61对第一管路8、第五管路15进行抽真空，从而将系统内的空气排出，当气体排出以后，再关闭所述第四球阀421，气体从所述第一高压气瓶711内进入至第一管路8、第五管路15，并通过所述第一气流调节阀211调节后进入至所述离子源1。
同样的，当需要向所述离子源1提供所述第二高压气瓶712内的高压气体时，先打开所述第二气流调节阀212、第三球阀412和第五球阀422，通过所述真空泵61对第二管路9、第六管路12进行抽真空，从而将系统内的空气排出，当气体排出以后，再关闭所述第五球阀422，气体从所述第二高压气瓶712内进入至第二管路9、第六管路12，并通过所述第二气流调节阀212调节后进入至所述离子源1。
通过所述抽真空装置的设置能够提高供气的纯度以及提高易燃易爆其他的输送的安全性。所述抽真空装置包括真空泵61，所述真空泵61的一端通过第七管路13与所述第五管路15和第六管路12连通，所述第七管路13上设置有第六球阀62。通过所述第六球阀62的打开和关闭可以控制所述真空泵61与所述第五管路15和第六管路12的连通和关闭。所述真空泵61为机械泵。
所述供气系统还包括两组减压装置，两组减压装置分别用于对第一高压气瓶711和第二高压气瓶712输出的气体进行减压，所述减压装置包括一级减压阀721,722和二级减压阀31,32，两个所述一级减压阀721,722分别设置在所述第一管路8和第二管路9上，两个所述一级减压阀721,722均安装在所述气体安全柜7内，且分别靠近所述第一高压气瓶711和第二高压气瓶712，两个所述二级减压阀31,32分别设置在所述第五管路15和第六管路12上，且分别靠近所述第一气流调节阀211和第二气流调节阀212。
气体的压力变换采用分离的二级减压方式，所述一级减压阀721,722使用普通的减压阀，将高压气瓶中的气体减压至1MPa以内；二级减压阀31,32使用精密稳压阀，将气体压力继续减压至0.2MPa以内，使之适合精密的调流阀压力范围，并保证气压的精密稳定。
所述一级减压阀721,722和二级减压阀31,32均为可以在负压状态下开启的减压阀，因此在进行抽真空时，可以将两个一级减压阀721,722开启，因此能够对于减压阀与高压气瓶内之间的管路也进行空气排出，提高了供气的可靠性和安全性以及供气的纯度。
所述第一调节机构和第二调节机构结构相同，所述第一调节机构和第二调节机构均包括伺服电机221,222以及绝缘杆231,232，所述伺服电机221的输出端通过所述绝缘杆231与所述第一气流调节阀211连接。所述第一气流调节阀211、第二气流调节阀212、第一调节机构和第二调节机构均固定安装在绝缘板上。
将精密的气流调节阀和伺服电机置于一个硬性的绝缘板上，保证设备的安全，并且因地制宜，放置在离子源附近不同的位置，具有相当的灵活性。电机和调流阀使用韧性的绝缘杆连接，绝缘杆通过联轴器和电机、第一气流调节阀和第二气流调节阀连接，消除同心度误差造成的影响，保证旋转调节的顺畅。
伺服电机221,222控制采用成熟的PLC控制，实现离子源1供气的数字化和模块化，既可以保证气体供给的独立性，又可以方便接入整体的控制系统内。
所述供气系统还包括第三高压气瓶51，所述第三高压气瓶51的出气端通过第八管路14与所述第七管路13连通，所述第八管路14上设置有球阀53。所述第八管路14上还设有一个一级减压阀52。
优选所述第三高压气瓶51为氧气瓶，通过设置在所述第八管路14上的一级减压阀52对高压气体进行一级减压，减压至1MPa以下，再通过所述第五管路15或第六管路12上的二级减压阀31，32对高压气体进行减压至0.2MPa以下。
当需要向所述离子源1提供氧气时，先打开所述第七管路13上的第六球阀62，同时关闭第八管路14上的球阀，对整个系统进行抽真空将空气排出，在当空气排出后再关闭所述第六球阀62，打开第八管路14上的球阀以及第五管路15上的第二球阀411和第四球阀421，将氧气冲入至离子源1中。
所述气体安全柜7内还设置有两个球阀731,732，两个所述球阀731,732分别设置在所述第一管路8和第二管路9上，且分别靠近所述第一高压气瓶711和第二高压气瓶712设置。作为备用的，所述第一管路8和第二管路9之间还设有放气管路，所述放气管路包括第三管路10和第四管路11，所述第三管路10连通所述第一管路8和第二管路9，所述第四管路11的一端与所述第三管路10连通，另一端与大气连通，所述第四管路11的两侧各设有一个第一球阀431,432，两个所述第一球阀431,432分别用于控制所述第一管路8、第二管路9与所述第四管路11的连通或断开。
所述放气管路的设置能够在进行供气之前，先打开安全柜7内的球阀，以及所述第一球阀，将管路内的空气通过所述第四管路11排出至空气中，该放气管路作为抽真空装置的备用装置，能够冲过高压气瓶对管路内进行预吹气，进而将管路内的空气排出，再关闭所述第一球阀，对离子源充气。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于气体放电离子源的供气系统，其特征在于，包括：
气体安全柜，所述气体安全柜内设置有第一高压气瓶和第二高压气瓶，所述第一高压气瓶和第二高压气瓶的出气端均设有开关阀；
抽真空装置，所述第一高压气瓶的出气端通过第一管路与所述抽真空装置连接，所述第二高压气瓶的出气端通过第二管路与所述抽真空装置连接；
进气调节装置，所述进气调节装置的一端与所述抽真空装置通过管路连通，另一端与离子源连通，所述第一管路与第二管路还与所述进气调节装置连通；
所述进气调节装置包括第一气流调节阀、第二气流调节阀、第一调节机构和第二调节机构，所述第一气流调节阀与所述抽真空装置之间通过第五管路连通，所述第二气流调节阀与所述抽真空装置之间通过第六管路连通，所述第一管路与所述第五管路连通，所述第二管路与所述第六管路连通，所述第一管路与所述第一气流调节阀之间还设置有第二球阀，所述第二管路与所述第二气流调节阀之间设置有第三球阀，所述第一管路与所述抽真空装置之间设置有第四球阀，所述第二管路与所述抽真空装置之间设置有第五球阀，所述第四球阀和第五球阀分别用于控制所述抽真空装置与所述第五管路和第六管路之间的连通和断开；
所述第一调节机构和第二调节机构结构相同，所述第一调节机构和第二调节机构均包括伺服电机以及绝缘杆，所述伺服电机的输出端通过所述绝缘杆与所述第一气流调节阀或第二气流调节阀连接；
所述第一气流调节阀、第二气流调节阀、第一调节机构和第二调节机构均固定安装在绝缘板上；
所述抽真空装置包括真空泵，所述真空泵的一端通过第七管路与所述第五管路和第六管路连通，所述第七管路上设置有第六球阀；
还包括第三高压气瓶，所述第三高压气瓶的出气端通过第八管路与所述第七管路连通，所述第八管路上设置有球阀，所述第八管路上还设有一个一级减压阀；
所述第三高压气瓶为氧气瓶，通过设置在第八管路上的一级减压阀对高压气体进行一级减压，减压至1MPa以下，再通过第五管路或第六管路上的二级减压阀对高压气体进行减压至0.2MPa以下；
当需要向所述离子源提供氧气时，先打开所述第七管路上的第六球阀，同时关闭第八管路上的球阀，对整个系统进行抽真空将空气排出，在当空气排出后再关闭所述第六球阀，打开第八管路上的球阀以及第五管路上的第二球阀和第四球阀，将氧气冲入至离子源中。
2.根据权利要求1所述的用于气体放电离子源的供气系统，其特征在于，所述第一管路和第二管路之间还设有放气管路，所述放气管路包括第三管路和第四管路，所述第三管路连通所述第一管路和第二管路，所述第四管路的一端与所述第三管路连通，另一端与大气连通，所述第四管路的两侧各设有一个第一球阀，两个所述第一球阀分别用于控制所述第一管路、第二管路与所述第四管路的连通或断开。
3.根据权利要求1所述的用于气体放电离子源的供气系统，其特征在于，还包括两组减压装置，两组减压装置分别用于对第一高压气瓶和第二高压气瓶输出的气体进行减压，所述减压装置包括一级减压阀和二级减压阀，两个所述一级减压阀分别设置在所述第一管路和第二管路上，两个所述一级减压阀均安装在所述气体安全柜内，且分别靠近所述第一高压气瓶和第二高压气瓶，两个所述二级减压阀分别设置在所述第五管路和第六管路上，且分别靠近所述第一气流调节阀和第二气流调节阀。
4.根据权利要求3所述的用于气体放电离子源的供气系统，其特征在于，所述气体安全柜内还设置有两个球阀，两个所述球阀分别设置在所述第一管路和第二管路上，且分别靠近所述第一高压气瓶和第二高压气瓶设置。
5.根据权利要求4所述的用于气体放电离子源的供气系统，其特征在于，还包括两个可燃气体探测器，两个所述可燃气体探测器均安装在所述气体安全柜内，且分别与所述第一高压气瓶和第二高压气瓶连接。
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