CN203428046U - 小型化真空热环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化真空热环境模拟装置，真空罐柱体采用不锈钢直立圆柱结构，其侧面以焊接方式连接四个法兰，真空罐盖板开有圆形玻璃视窗，玻璃视窗与真空罐盖板采用O形氟橡胶圈密封，采用螺钉紧固连接，真空底板上表面下端埋热敏电阻，通过工作台温度测量接口与电控柜连接，真空罐柱体与真空罐盖板采用O形氟橡胶圈密封连接；真空罐柱体与真空底板（5）采用L形硅氟橡胶密封连接，真空罐盖板、真空罐柱体、真空底板三者的相互连接，真空底板与真空罐柱体之间由L型硅氟橡胶隔离密封。罐内真空下无油污，温控精度高，降低了劳动强度，热交换效率高，结构简单，易维护，操作方便，可直接用于各种需要的生产、科研实践。

Description

小型化真空热环境模拟装置

技术领域

本实用新型涉及空间真空热环境模拟与试验技术领域，更具体涉及一种小型化真空热环境模拟装置，它适用于航空航天、光电子、生化制药、真空镀膜、科研。

背景技术

随着我国航天事业的发展，各种星载电气设备在上星之前都必须做完相关各种地面试验，包括机、电、热、真空、抗辐射、兼容性等各项试验，并作好联机测试，且必须各项合格。为此，地面真空热环境模拟装置成为必备平台。装置根据需要提供了高真空、高/低温的恒温及交变环境，以满足特殊的试验要求。

真空热环境模拟装置一般主要由试验容器、热沉、真空抽气机组、冷却和加热设备、控制和数据采集装置及其他特殊要求的机构组成。常见的实验容器为大型横卧式结构，弧形端盖；真空抽气机组一般由普通机械泵及罗茨泵或分子泵组成；制冷方式一般有机械制冷、导热介质循环、液氮制冷等几种方式，根据需要的温度范围，选择其中一种或联合制冷，通过附设在罐体内的盘管或热交换机构，达到降温的目的；而加热一般也由附设在盘管旁或热交换机构内的加热管、棒通过电加热的方式完成。控制形式一般采用手动或计算机程序控制。现国内市场上典型常见的兰州空间技术物理研究所、北京中科科美公司等单位生产、研制的各型热真空环境模拟设备，基本采用上述模式（www.chinesevacuum.com）。

由于真空抽气机组使用的是通用有油设备，从实际上很难做到真空环境无油污染，一般是通过特殊的冷阱装置来减轻油污；而制冷、加热机构由于使用盘管、加热棒等方式，往往结构复杂，加工困难，容易穿蚀、泄漏、堵塞，影响使用寿命，且温度精度难以做高。优点是相应成本较低，罐体空间可以做得较大，温度范围选择余地大。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种小型化真空热环境模拟装置，该装置真空罐主体采用直立圆柱状结构，底板腔体结构独特（独有创新设计，详见图3A、3B，及有关真空底板5描述），罐内真空下无油污，温控设备采用分体外接型全封闭式，连接方便，温控精度高，罐盖压力升降，大大降低了劳动强度。具有易加工、安装，底板平台形变小，热交换效率高，罐体结构简单，易维护，温控精度高，操作方便，可直接用于各种需要的生产、科研实践。

为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施：

一种小型化真空热环境模拟装置，它由真空罐体、真空抽制设备（主泵：EDWARDS-nEXT400D;前级泵：EDWARDS-nXDS15i）、温度调节控制设备（huber-unistattango）、罐盖升降设备（MGPM80-50Z）、测试电连接接口、电控柜（自制）等组成。

真空罐盖板、真空罐柱体、真空底板组成真空罐体。其特征在于：所述真空罐柱体采用不锈钢直立圆柱结构，其侧面以焊接方式连接四个法兰（二个大法兰和二个小法兰）。真空罐盖板开有圆形玻璃视窗，便于观察真空室内实验情况，玻璃视窗与真空罐盖板采用O形氟橡胶圈密封，采用螺钉紧固连接；真空底板上表面下端埋热敏电阻，通过工作台温度测量接口与电控柜连接；真空罐柱体与真空罐盖板采用O形氟橡胶圈密封连接；真空罐柱体与真空底板采用L形硅氟橡胶密封连接。真空罐盖板、真空罐柱体、真空底板三者的相互连接均利用设备的自重，未采用特别连接方式。无焊接应力形变，真空底板平面度高，真空底板与真空罐柱体之间由L型硅氟橡胶隔离密封，真空底板热交换效率高，柱体导热少，凝液小。

真空罐柱体采用不锈钢直立圆柱结构，其侧面以焊接方式连接二个大法兰和二个小法兰。大法兰是真空抽制设备接口法兰和测试电连接接口法兰，机械泵、分子泵串接后通过大法兰与真空罐相连；被测设备的电气接口以及装置电控接口则通过大法兰与真空罐相连，大法兰由一平板法兰盖封，平板法兰上开有多路小孔，内、外信号、电源传递输送，均通过小孔的专用真空密封接插件，实现数据、信号采集传输。小法兰则是真空测量规接口法兰和真空室内温度测量接口法兰，分别接真空测量规和温度测量仪。由于真空抽制设备使用涡旋干泵作前级，无油分子泵作主泵，实现真空无油抽制，避免油污罐内被测试设备。装置工作时，真空罐内温度及真空度均可直接测量，被测设备电性能也可通过测试电连接接口测量。

真空罐盖板开有圆形玻璃视窗，便于观察真空室内试验情况。玻璃视窗与真空罐盖板采用O形氟橡胶圈密封，采用螺钉连接。真空罐盖板采用圆形不锈钢平板，与穹窿形盖板相比加工更方便且费用少。整个罐盖采用压力升降，操作简便、效率高，有效减轻劳动强度。罐盖升降设备焊接在真空罐柱体侧面，升降支撑悬臂通过螺钉与真空罐盖板连接。

真空底板采用不锈钢辐射状空腔结构，腔内充液体温控介质。真空底板上表面即真空罐的工作台，要求较高的平面度以保证被测设备在真空中的热传导。辐射状空腔结构一方面通过辐射状加强筋提高底板的强度以避免工作台在真空下产生形变，另一方面可以引导温控介质在腔内的流动，以保证温控介质与工作台充分接触、高速循环。由于采用独特的底板平台腔体结构（自我创新），使得罐体结构简单，无复杂加热、制冷管路结构，易维护；独有的平台腔体结构，腔体与液体温控介质接触面积大，导热性能好，介质流动性强，无堵塞，不需专门清洗疏通；在减少钢板厚度的同时，极大降低上腔面在真空下的形变，同等材质下真空内平台形变小；充分保证了置于罐内平台上的被测试设备，在真空下具有优良的热传导性。

真空底板上表面下端埋热敏电阻通过工作台温度测量接口与电控柜连接。真空底板下表面即辐射状空腔下端开有二个小孔，分别是温度调节控制设备接口，即温控介质进出导流管。真空底板外周用环氧玻布板（即托板、封装底板、封装板）封装并填充环氧树脂发泡剂，避免产生低温冷凝。温度调节控制设备使用进口一体化冷却水循环机（huber-unistat tango），通过两根进出导流管与真空罐体下底部相应导管相连，全封闭、高速内循环，效率高、温控精度高；技术成熟，PLC加触摸屏控制，使用方便，易于检修维护。实现底板腔体平台的温度调节控制。加强板采用不锈钢板，垫在托板下面承担整个装置的重量，使装置平稳地安放在支撑架上。托板、封装板和加强板通过螺栓连接在一起，封装板卡在封装板和加强板之间的凹槽内，无需特别连接。真空罐盖板、真空罐柱体、真空底板组成的真空罐体利用设备的自重卡在托板的凹槽内，未采用特别连接方式。

电控柜提供前述相应设备控制电源，实验数据采集记录及相应安全、保护措施，以保证装置正常运行。电控柜25通过相应按钮，经由空开和保险，为主、次真空泵，罐盖升降设备，温度调节控制设备，真空、温度测量仪提供220V稳压交流电源；并预留适当电源插口，以备其它电源需求所用。真空罐内被测试设备所需电源及电性能参数的测量则通过法兰上的专用真空密封接插件，连接到电控柜内的相应设备。其它相关测试、测量仪器仪表，直流稳压电源、计算机等也置于电控柜内。从而电控柜也提供了试验、测试状态，温度、真空度，及前述相应设备运行状态的观察窗口和操控平台。

主要技术指标：

本实用新型与现有技术相比，最显著的优点是：

罐体结构简单，真空罐盖板1、真空罐柱体3、真空底板5三者的连接均利用设备的自重，未采用特别连接方式，底板5与柱体3之间由L型硅氟橡胶4隔离密封，无焊接应力形变，底板平面度高，柱体导热少，底板热交换效率高；内平台腔体结构独特，导热好，流动性强，无堵塞，低温凝液小；真空环境无油污，无须定期更换油液；采用全封闭、高速内循环外接型温控设备，效率高、温控精度高（±0.1℃）；罐盖压力升降，操作方便、有效减轻劳动强度。装置可长期连续运行，稳定可靠；易加工、易维护。

附图说明

图1A：为一种小型化真空热环境模拟装置结构示意图（剖视图）

图1B：为一种小型化真空热环境模拟装置结构示意图（俯视图）

图2A：为一种真空罐盖结构示意图（剖视图）

图2B：为一种真空罐盖结构示意图（俯视图）

图3A：为一种真空底板辐射状空腔结构示意图

图3B：为一种真空底板结构示意图（剖视图）

其中：真空罐盖板1、O形氟橡胶圈2、真空罐柱体3、L形硅氟橡胶密封圈4、真空底板5、托板6、工作台温度测量第一接口7a、工作台温度测量第二接口7b、工作台温度测量第三接口7c、工作台温度测量第四接口7d、温度调节控制设备第一接口8a、温度调节控制设备第二接口（huber-unistat tango）8b、封装底板9、环氧树脂发泡剂10、封装板11、加强板12、罐盖升降设备13（MGPM80-50Z）、升降支撑悬臂14、第一螺钉15a、第二螺钉15b、第三螺钉15c、第四螺钉15d、玻璃视窗16、O形氟橡胶圈17a、O形氟橡胶圈17b、第一螺钉18a、第二螺钉18b、第三螺钉18c、第四螺钉18d、第一螺栓19a、第二螺栓19b、第三螺栓19c、第四螺栓19d、第五螺栓19e、第六螺栓19f、第七螺栓19g、第八螺栓19h、支撑架20、真空抽制设备（主泵：EDWARDS-nEXT400D；次级泵：EDWARDS-nXDS15i）接口法兰21、测试电连接接口法兰22、真空测量规（ZJ-12）接口法兰23、真空室内温度测量（PT100）接口法兰24、电控柜25。

具体实施方式

根据图1A、图1B、图2A、图2B、图3A、图3B可知，一种小型化真空热环境模拟装置，它由真空罐盖板1、O形氟橡胶圈2、真空罐柱体3、L形硅氟橡胶密封圈4、真空底板5、托板6、工作台温度测量接口7a-d、温度调节控制设备（huber-unistat tango）接口8a-b、封装底板9、环氧树脂发泡剂10、封装板11、加强板12、罐盖升降设备13（MGPM80-50Z）、升降支撑悬臂14、螺钉15a-d、玻璃视窗16、O形氟橡胶圈17a-b、螺钉18a-d、螺栓19a-h、支撑架20、真空抽制设备（主泵：EDWARDS-nEXT400D;前级泵：EDWARDS-nXDS15i）接口法兰21、测试电连接接口法兰22、真空测量规（ZJ-12）接口法兰23、真空室内温度测量（PT100）接口法兰24、电控柜25（自制）等组成。螺钉15a-d用于连接真空罐盖板1和升降支撑悬臂14，螺钉18a-d用于连接真空罐盖板1和玻璃视窗16，螺栓19a-h用于连接托板6、封装板11和加强板12。

其特征在于：真空罐盖板1、真空罐柱体3、真空底板5组成真空罐体。真空罐柱体3与真空罐盖板1采用O形氟橡胶圈2密封连接，真空罐柱体3与真空底板5采用L形硅氟橡胶4密封连接。真空罐盖板1、真空罐柱体3、真空底板5三者的连接均利用设备的自重，未采用特别连接方式。

根据图1A、图1B可知，真空罐柱体3采用不锈钢直立圆柱结构，其侧面以焊接方式连接四个法兰（二个大法兰和二个小法兰）。大法兰是真空抽制设备接口第一法兰21和测试电连接接口第二法兰22，机械泵（EDWARDS-nXDS15i）、分子泵（EDWARDS-nEXT400D）串接后通过第一法兰21与真空罐柱体3相连；被测设备的电气接口以及装置电控接口则通过第二法兰22与真空罐柱体3相连。第二法兰22由一平板法兰盖封，平板法兰上开有多路小孔，内、外信号、电源传递输送，均通过小孔的专用真空密封接插件，实现数据、信号采集传输。小法兰则是真空测量规接口第三法兰23和真空室内温度测量接口与第四法兰（24）相连，分别接真空测量规和温度测量仪。由于真空抽制设备使用涡旋干泵（EDWARDS-nXDS15i）作前级，无油分子泵（EDWARDS-nEXT400D）作主泵，实现真空无油抽制，避免油污罐内被测试设备。装置工作时，真空罐内温度及真空度均可经由第三法兰23、第四法兰24，由相关仪表直接测量，被测设备电性能也可通过测试电连接接口第二法兰22测量。

根据图2A、图2B可知，真空罐盖板1开有圆形玻璃视窗16，便于观察真空室内试验情况。玻璃视窗16与真空罐盖板1采用O形氟橡胶圈17a、O形氟橡胶圈17b密封，采用第一螺钉18a、第二螺钉18b、第三螺钉18c、第四螺钉18d紧固连接。真空罐盖板1采用圆形不锈钢平板结构，与穹窿形盖板相比加工更方便且费用少。整个罐盖采用压力升降，操作简便、效率高。罐盖升降设备13焊接在真空罐柱体3侧面，升降支撑悬臂14通过第一螺钉15a、第二螺钉15b、第三螺钉15c、第四螺钉15d与真空罐盖板1连接。随着罐盖升降设备13的上下移动，真空罐盖板1得以开合。

根据图3A、图3B可知，真空底板5采用不锈钢辐射状空腔结构，腔内充液体温控介质。真空底板5上表面即真空罐的工作台，要求较高的平面度以保证被测设备在真空中的热传导。辐射状空腔结构一方面通过辐射状加强筋提高底板的强度以避免工作台在真空下产生形变，另一方面可以引导温控介质在腔内的流动，以保证温控介质与工作台充分接触、高速循环。真空底板5上表面下端埋热敏电阻，通过工作台温度测量接口：第一接口7a、第二接口7b、第三接口7c、第四接口7d与电控柜25连接。真空底板5下表面即辐射状空腔下端开有二个小孔，分别是温度调节控制设备第一接口8a，第二接口8b，即温控介质进出导流管。温度调节控制设备使用进口一体化冷却水循环机（huber-unistat tango），通过冷却水循环机自带的两根进出导流软管，与真空罐柱体3下底部相应的二个接口即温度调节控制设备第一接口8a，第二接口8b相连，全封闭、高速内循环，效率高、温控精度高；水冷机技术成熟，PLC加触摸屏控制，使用方便，易于检修维护，实现底板腔体平台的温度调节控制。真空底板5外周用环氧玻布板（即托板6、封装底板9、封装板11）封装并填充环氧树脂发泡剂10，避免产生低温冷凝。加强板12采用不锈钢板，垫在托板6下面承担整个装置的重量，使装置平稳地安放在支撑架20上。托板6、封装板9和加强板12通过第一螺栓19a、第二螺栓19b、第三螺栓19c、第四螺栓19d、第五螺栓19e、第六螺栓19f、第七螺栓19g、第八螺栓19h连接在一起，封装板11卡在封装板9和加强板12之间的凹槽内，无需特别连接。真空罐盖板1、真空罐3、真空底板5组成的真空罐体利用设备的自重卡在托板6的凹槽内，未采用特别连接方式。

电控柜25由普通市售1.6米高标准机柜、动力电源控制部分及相关测试仪器仪表、计算机等组成，电控柜25（请描述电控柜25的连接关系？）主要提供前述相应设备电源控制、实验数据采集记录及相应安全、保护措施，以保证装置正常运行。电控柜（25）通过相应按钮，经由空开和保险，为主、次真空泵（主泵：EDWARDS-nEXT400D，次级泵：EDWARDS-nXDS15i），罐盖升降设备13，温度调节控制设备（huber-unistat tango），真空、温度测量仪提供220V稳压交流电源；并预留适当电源插口，以备其它电源需求所用。真空罐内被测试设备所需电源及电性能参数的测量则通过大法兰22上的专用真空密封接插件，连接到电控柜内的相应设备。其它相关测试、测量仪器仪表，直流稳压电源、计算机等也置于电控柜内。从而电控柜也提供了试验、测试状态，温度、真空度，及前述相应设备运行状态的观察窗口和操控平台。

通过以上方式可以实现真空装置集成和真空罐内温度控制，模拟真空热环境，为各种所需的科研、实验提供便捷、有效的服务。

Claims (5)

1.一种小型化真空热环境模拟装置，它包括真空罐盖板（1）、O形氟橡胶圈（2）、真空罐柱体（3）、L形硅氟橡胶密封圈（4）、其特征在于：真空罐柱体（3）采用不锈钢直立圆柱结构，其侧面以焊接方式连接四个法兰，真空罐盖板（1）开有圆形玻璃视窗，玻璃视窗与真空罐盖板（1）采用O形氟橡胶圈（2）密封，采用螺钉紧固连接，真空底板（5）上表面下端埋热敏电阻，通过工作台温度测量接口与电控柜（25）连接，真空罐柱体（3）与真空罐盖板（1）采用O形氟橡胶圈（2）密封连接；真空罐柱体（3）与真空底板（5）采用L形硅氟橡胶（4）密封连接，真空罐盖板（1）、真空罐柱体（3）、真空底板（5）三者的相互连接，真空底板（5）与真空罐柱体（3）之间由L型硅氟橡胶（4）隔离密封。

2.根据权利要求1所述的一种小型化真空热环境模拟装置，其特征在于：所述的法兰是真空抽制设备接口第一法兰（21）和测试电连接接口第二法兰（22），机械泵、分子泵串接后通过第一法兰（21）与真空罐柱体（3）相连；设备的电气接口以及装置电控接口通过第二法兰（22）与真空罐柱体（3）相连，第二法兰（22）由一平板法兰盖封，平板法兰上开有小孔，第三法兰（23）和真空室内温度测量接口与第四法兰（24）相连。

3.根据权利要求1所述的一种小型化真空热环境模拟装置，其特征在于：所述的真空罐盖板（1）开有圆形玻璃视窗（16），玻璃视窗（16）与真空罐盖板（1）采用O形氟橡胶圈（17a）、O形氟橡胶圈（17b）密封，采用第一螺钉（18a）、第二螺钉（18b）、第三螺钉（18c）、第四螺钉（18d）连接，真空罐盖板（1）采用圆形不锈钢平板结构，罐盖升降设备（13）焊接在真空罐柱体（3）侧面，升降支撑悬臂（14）通过第一螺钉（15a）、第二螺钉（15b）、第三螺钉（15c）、第四螺钉（15d）与真空罐盖板（1）连接。

4.根据权利要求1所述的一种小型化真空热环境模拟装置，其特征在于：所述的真空底板（5）采用不锈钢辐射状空腔结构，真空底板（5）上表面即真空罐的工作台，真空底板（5）上表面下端埋热敏电阻，通过工作台温度测量接口：第一接口（7a）、第二接口（7b）、第三接口（7c）、第四接口（7d）与电控柜（25）连接。

5.根据权利要求1所述的一种小型化真空热环境模拟装置，其特征在于：所述的真空底板（5）下表面即辐射状空腔下端开有二个孔，分别是温度调节控制设备第一接口（8a），第二接口（8b），温控介质进出导流管，真空罐柱体（3）下底部的二个接口即温度调节控制设备第一接口（8a），第二接口（8b）相连，真空底板（5）外周用环氧玻布板封装并填充环氧树脂发泡剂（10），托板（6）、封装板（9）和加强板（12）通过第一螺栓（19a）、第二螺栓（19b）、第三螺栓（19c）、第四螺栓（19d）、第五螺栓（19e）、第六螺栓（19f）、第七螺栓（19g）、第八螺栓（19h）连接，封装板（11）卡在封装板（9）和加强板（12）之间的凹槽内。

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