CN115434902A - 一种大流量高真空抽气系统及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于真空系统技术领域，公开了一种大流量高真空抽气系统及其设计方法。该大流量高真空抽气系统包括通过气流管道与真空系统连接的离心式真空泵组，离心式真空泵组后的气流管道分成并联的两路气流管道，一路气流管道连接切换阀后进入排气消声器，另一路气流管道依次连接罗茨真空泵、水环真空泵后进入排气消声器；其中，离心式真空泵组中的离心式真空泵为采用实时变频控制、高速永磁电机直驱的一体式真空泵，同时根据大流量高真空抽气系统的所需真空度设定对应的离心式真空泵变频控制策略。设计方法首先根据需求调整离心式真空泵的转速，其次并联离心式真空泵或者串联离心式真空泵，最后综合使用并联离心式真空泵和串联离心式真空泵。

Description

一种大流量高真空抽气系统及其设计方法
技术领域
本发明属于真空系统技术领域，具体涉及一种大流量高真空抽气系统及其设计方法。
背景技术
如图1所示的现有真空抽气系统中，通常是罗茨真空泵+罗茨真空泵+水环真空泵的组合形态，罗茨真空泵可以自由串联和并联使用，与真空系统直接相连的罗茨真空泵叫前级泵，罗茨真空泵包括水环真空泵、螺杆泵等。真空系统的空气被真空抽气系统全部抽出并直排入大气达到所需的真空状态。
现有真空抽气系统中所用的前级泵大多数是罗茨真空泵，通常单台罗茨真空泵抽量最多1400m3/min，继续提升单台罗茨真空泵抽量会大幅增加技术难度、明显降低社会效益。因此，现有真空抽气系统虽然能满足大部分的工况需要，但是具有两个明显需要改进的地方，一是不能满足大流量高真空的抽气工况；二是整体效率偏低，相同体积真空系统抽至真空所需的时间相对较长或功耗过大，结构相对复杂，系统造价较高。
当前，亟需发展一种大流量高真空抽气系统及其设计方法。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种大流量高真空抽气系统，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种大流量高真空抽气系统的设计方法。
本发明的大流量高真空抽气系统，其特点是，所述的大流量高真空抽气系统包括通过气流管道与真空系统连接的离心式真空泵组，离心式真空泵组后的气流管道分成并联的两路气流管道，一路气流管道连接切换阀后进入排气消声器，另一路气流管道依次连接罗茨真空泵、水环真空泵后进入排气消声器；其中，离心式真空泵组中的离心式真空泵为采用实时变频控制、高速永磁电机直驱的一体式真空泵，同时根据大流量高真空抽气系统的所需真空度设定对应的离心式真空泵变频控制策略；
离心式真空泵组包括3种形态，第一种是由若干个并联的离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅰ，第二种是由若干个串联的离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅱ，第三种是由顺序连接的离心式真空泵组Ⅰ和离心式真空泵组Ⅱ组成的混合式离心式真空泵组Ⅲ。
进一步地，所述的离心式真空泵替换为可调扩压器离心式真空泵。
本发明的大流量高真空抽气系统的设计方法，包括以下步骤：
S10.根据真空系统所需真空度的中间值，选择1台离心式真空泵、切换阀、罗茨真空泵、水环真空泵和排气消声器，并安装成大流量高真空抽气系统；
S20.如果真空系统所需的真空度降低至接近所需真空度的最大值，即进入低真空状态，则逐步降低离心式真空泵转速，并同时打开切换阀，连通离心式真空泵与排气消声器；如果真空系统所需的真空度降低至接近所需真空度的最小值，即进入高真空状态，则逐步提高离心式真空泵的转速，并同时关闭切换阀，将离心式真空泵与罗茨真空泵、水环真空泵和排气消声器连通；
S30.如果需要增大抽真空的气流流量，则根据气流流量需求，并联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅰ；
S40.如果需要继续降低真空度，则串联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅱ，以拓展大流量高真空抽气系统的高真空状态；
S50.如果既需要增大抽真空的气流流量又需要继续降低真空度，则先并联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅰ，再串联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅱ。
本发明的大流量高真空抽气系统中的离心式真空泵采用变频控制的目的是通过离心式真空泵变转速运行实现不同工况的需求。通过实时变频的离心式真空泵，可使本发明的大流量高真空抽气系统在大流量高真空的工况下使用；也可以提高本发明的大流量高真空抽气系统的效率。通过离心式真空泵提高效率体现在两个方面，一是离心式真空泵的自身效率很高，可以做到级效率80%以上。二是提高本发明的大流量高真空抽气系统本身的抽气效率，在相同的工况下，配备离心式真空泵的大流量高真空抽气系统消耗的功率降低。而且，离心式真空泵结构简单、体积小、重量轻、占地面积小，制造和维护相对容易，使得本发明的大流量高真空抽气系统前期投资成本和后期维保成本相对较低，社会效益良好。
本发明的大流量高真空抽气系统由离心式真空泵+罗茨真空泵+水环真空泵组成；能够实时调整离心式真空泵的运行频率，降低功耗；能够实现60m3/min~20000m3/min的抽量，满足各种高真空环境需求；有效减少真空系统抽至所需真空度的能耗和时间；降低真空抽气系统的建设成本和运行成本。
附图说明
图1为现有真空抽气系统的结构示意图；
图2为本发明的大流量高真空抽气系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
设计目标：抽速300m3/min、真空度-50Kpa，采用2个方案进行设计，第1个是现有真空抽气系统，第2个是本发明的大流量高真空抽气系统。
现有真空抽气系统见图1，包括通过气流管道与真空系统连接由若干个并联的罗茨真空泵形成的罗茨真空泵组Ⅰ，罗茨真空泵组Ⅰ后的气流管道连接由若干个串联的罗茨真空泵形成的罗茨真空泵组Ⅱ，罗茨真空泵组Ⅱ后的气流管道依次连接水环真空泵和排气消声器。如果单台罗茨真空泵组的抽量1400m3/min，则罗茨真空泵组Ⅰ包括3个并联的罗茨真空泵，罗茨真空泵组Ⅱ包括1个串联的罗茨真空泵。测试结果显示，现有真空抽气系统的抽速306.9m3/min，真空度-53.3Kpa，电机转速730r/min；配用电机320KW；总重量10130kg；体积4215×1525×1500（mm）。
本发明的大流量高真空抽气系统见图2，包括通过气流管道与真空系统连接的1个离心式真空泵，离心式真空泵后的气流管道分成并联的两路气流管道，一路气流管道连接切换阀后进入排气消声器，另一路气流管道依次连接罗茨真空泵、水环真空泵后进入排气消声器。测试结果显示，本发明的大流量高真空抽气系统的抽速310m3/min，真空度-53Kpa，电机转速10000r/min；配用电机200KW；总重量5437kg；体积3677×1357×2000（mm）。
通过对比分析可以看出，在基本相同的运行参数下，本发明的大流量高真空抽气系统采用1台离心式真空泵替换了3台罗茨真空泵，机组减少了两台，系统的复杂程度大大降低，系统的体积也相应减小；可见，本发明的大流量高真空抽气系统不仅耗电量更低，效率更高，成本更低，占地面积也相对较小，且真空离心泵可以变转速运行，适合更广泛的工况范围。
通过进一步详细设计，本发明的大流量高真空抽气系统的抽量变化范围能够拓展至60m3/min-20000m3/min，满足各种高真空环境需求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种大流量高真空抽气系统，其特征在于，所述的大流量高真空抽气系统包括通过气流管道与真空系统连接的离心式真空泵组，离心式真空泵组后的气流管道分成并联的两路气流管道，一路气流管道连接切换阀后进入排气消声器，另一路气流管道依次连接罗茨真空泵、水环真空泵后进入排气消声器；其中，离心式真空泵组中的离心式真空泵为采用实时变频控制、高速永磁电机直驱的一体式真空泵，同时根据大流量高真空抽气系统的所需真空度设定对应的离心式真空泵变频控制策略；
离心式真空泵组包括3种形态，第一种是由若干个并联的离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅰ，第二种是由若干个串联的离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅱ，第三种是由顺序连接的离心式真空泵组Ⅰ和离心式真空泵组Ⅱ组成的混合式离心式真空泵组Ⅲ；根据设计目标选择一种离心式真空泵组形态。
2.根据权利要求1所述的大流量高真空抽气系统，其特征在于，所述的离心式真空泵替换为可调扩压器离心式真空泵。
3.一种大流量高真空抽气系统的设计方法，设计方法用于设计权利要求1~2中任意一种所述的大流量高真空抽气系统，其特征在于，包括以下步骤：
S10.根据真空系统所需真空度的中间值，选择1台离心式真空泵、切换阀、罗茨真空泵、水环真空泵和排气消声器，并安装成大流量高真空抽气系统；
S20.设置真空度最低值和真空度最高值，如果真空系统的真空度降低至真空度最低值，进入低真空状态，则逐步降低离心式真空泵转速，并同时打开切换阀，连通离心式真空泵与排气消声器；如果真空系统的真空度降低至真空度最高值，进入高真空状态，则逐步提高离心式真空泵的转速，并同时关闭切换阀，将离心式真空泵与罗茨真空泵、水环真空泵和排气消声器连通；
S30.如果需要增大抽真空的气流流量，则根据气流流量需求，并联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅰ；
S40.如果需要继续降低真空度，则串联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅱ，以拓展大流量高真空抽气系统的高真空状态；
S50.如果既需要增大抽真空的气流流量又需要继续降低真空度，则先并联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅰ，再串联若干个离心式真空泵组成的离心式真空泵组Ⅱ。
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