CN217082189U - 一种破空压力保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及容器充气自动控制应用领域，公开了一种破空压力保护系统，包括：真空容器组件，所述真空容器组件包括真空容器以及对所述真空容器进行抽真空的真空泵组；破空组件，用于对所述真空容器进行破空操作，对所述真空容器的内部注入惰性气体；压力监测组件，用于在破空时实时监测所述真空容器的内部压力；控制模块，用于根据所述压力监测组件所监测到的真空容器的内部压力控制所述破空组件和压力监测组件同时开/关。通过本实用新型的保护系统，可以做到全程无人值守，破空结束后容器内部压力与外部大气压完全一致，针对不同体积的真空容器，也能精确控制注入的气体量，确保真空容器始终处于安全可控的状态。

Description

一种破空压力保护系统

技术领域

本实用新型涉及容器充气自动控制应用领域，具体涉及一种破空压力保护系统。

背景技术

在某些真空应用中，为了大幅度加快抽真空进程，往往会采用干燥氮气进行破空，即将干燥氮气充入真空容器中，直到与外部大气压平衡为止，然后再打开真空容器进行相关操作。通常，采用高压氮气瓶和减压阀进行充气，充气过程需要操作人员值守现场，时刻关注气体压力变化，避免容器内部气体压力过高。由于压力表固有的显示误差、不同人员的操作快慢、多次操作的差异性，在真空容器打开时，往往都会呈现“微正压”状态。不同体积的真空容器需要破空时，注入的气体量也不一样，很难准确把握阀门的关闭时间，因此，出现“正压”的可能性更高。这种破空方式很难避免各种差异化带来的容器压力过高风险，可能存在较大的安全隐患。尤其涉及到大容积、薄壁真空容器，一旦超过机械强度容许的气体压力，可能会导致真空容器的变形、受损甚至爆炸。

实用新型内容

传统的破空方法，可能存在较大安全隐患。为了避免操作时各种差异化带来的容器压力过高风险，本实用新型提供了一种破空压力保护系统，可以做到破空过程无人值守，破空结束后容器内部压力与外部大气压完全一致，并且每次注入的气体量也几乎一样，针对不同体积的真空容器，也能精确控制注入的气体量，确保真空容器始终处于安全可控的状态。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种破空压力保护系统，包括：

真空容器组件，所述真空容器组件包括真空容器以及对所述真空容器进行抽真空的真空泵组；

破空组件，用于对所述真空容器进行破空操作，对所述真空容器的内部注入惰性气体；

压力监测组件，用于在破空时实时监测所述真空容器的内部压力；

控制模块，用于根据所述压力监测组件所监测到的真空容器的腔体的压力控制所述破空组件和压力监测组件同时开/关，使所述破空组件和压力监测组件的开启/关闭与真空泵组的关闭/开启形成互锁关系。

本技术方案中，通过破空组件将惰性气体注入到真空容器的腔体中，当压力监测组件监测到真空容器的内部达到破空压力设定值时，控制模块控制破空组件和压力监测组件快速关闭，使得破空结束后的真空容器内部的压力与外部大气压完全一致，并且每次注入的气体量也几乎一样，针对不同体积的真空容器，也能精确控制注入的气体量，确保真空容器始终处于安全可控的状态，真空容器的破空压力设定值，需要根据实际所处环境的大气压力进行设置，不同海拔的大气压力不一样，即使是同一套破空保护系统，更换使用地点后，也需要重新设置，将压力传感器的测量口放到大气环境中就可得知真实大气压，同时，出于保护系统自身安全和可能的误操作考虑，通过控制模块使破空组件和压力监测组件与真空泵组的启停形成互锁关系，即：在真空泵组打开的情况下，破空组件和压力监测组件不能打开；同时，如果破空组件和压力监测组件处于打开状态，真空泵组也不能打开。

作为优化，所述破空组件包括惰性干燥气体瓶、减压阀和破空阀，所述破空阀安装在所述真空容器的第一接口处，所述惰性干燥气体瓶通过管路依次连接减压阀和破空阀。

这样，通过调节减压阀可以减小惰性干燥气体瓶输出到破空阀的压力，保证了惰性气体输出到真空容器的速度，从而使整个破空的过程安全稳定，给与了控制模块足够的控制时间在破空结束时来关闭破空阀。

作为优化，所述真空泵组通过管路与所述真空容器的第二接口连接。

这样，当需要真空泵组对真空容器进行抽真空时，可以快速地启动真空泵组，以便对真空容器进行抽真空的操作。

作为优化，所述压力监测组件包括压力监测阀和压力传感器，所述压力监测阀安装在所述真空容器的第三接口处，所述压力传感器设置在所述压力监测阀的入口处，且所述压力监测阀与所述破空阀之间设有一定距离。

这样，压力传感器设置在压力监测阀的入口处，而压力监测阀的出口处连接真空容器的第三接口，当破空结束时，控制模块控制压力监测阀快速关闭，这样一方面可以通过关闭压力监测阀从而封闭真空容器的第三接口，另一方面，将压力监测阀与破空阀设置一定距离，可以避免压力传感器与破空阀的位置靠得太近，当较高压力气体进入真空腔体内部时，引起真空腔体的内部真实压力的测量误差及误动作的情况，当真空腔体的体积较小时，如果压力传感器与破空阀距离较近，测量误差会更明显。

作为优化，所述控制模块包括A/D转换模块、控制器、D/A转换模块、I/O模块，所述压力传感器依次通过调节器和A/D转换模块与所述控制器连接，所述调节器用于将所述压力监测组件所监测到的压力值与给定值进行比较，并将比较得到的差值通过A/D转换模块进行转换，然后传输给所述控制器；所述控制器依次通过所述D/A转换模块和I/O模块分别与所述压力监测阀、真空泵组以及破空阀电连接。

这样，通过调节器将采集到的压力值与给定值(即压力设定值)进行比对得到差值，通过A/D转换模块将调节器传输来的差值模拟信号转换为数字信号输入给控制器，控制器根据采集到的差值信号输出控制信号，当差值信号大小等于某一设定值时，代表真空容器的压力值达到压力设定值，控制器输出关闭监测阀、破空阀的控制信号通过D/A转换模块控制压力监测阀和破空阀同时关闭，破空结束。

作为优化，所述调节器还包括数显模块，所述数显模块用于以压力值的形式显示所述压力传感器所检测到的所述真空容器的腔体内部的压力。

这样，可以便于工作人员直观地看到真空容器的腔体内部的压力值。

作为优化，还包括上位机系统，所述上位机系统通过通讯模块与所述控制器连接。

这样，方便工作人员通过上位机系统远程发送操作命令给控制器，以控制破空阀和压力监测阀同时开/关，同时，还可以远程显示压力传感器检测到的真空容器内部的压力值，并且，可以远程设置参数给控制器。

作为优化，所述上位机系统包括工控电脑，所述工控电脑设有触摸屏。

这样，便于工作人员操作。

作为优化，所述压力传感器的量程为0-0.16MPa，所述压力传感器的精度为±0.5％。

这样，选取精度高的压力传感器，便于减小测量误差，从而提高控制精度。

作为优化，所述调节器对应输出的电流信号为线性电流信号，所述电流信号的范围为 4-20mA。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型的破空系统具有数据采集与自动控制功能，控制器通过以太网传输数据更快，当达到破空压力设定值，破空阀可在极短时间内关闭，可靠性很高，因此可以做到全程无人值守，破空结束后容器内部压力与外部大气压完全一致，并且每次注入的气体量也几乎一样，针对不同体积的真空容器，也能精确控制注入的气体量，确保真空容器始终处于安全可控的状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本实用新型所述的一种破空压力保护系统的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-真空容器，2-真空泵组，3-惰性气体瓶，4-减压阀，5-破空阀，6-压力监测阀，7-压力传感器，8-控制模块，8a-A/D转换模块，8b-控制器，8c-D/A转换模块，8d-I/O模块，8e-通讯模块，9-调节器，9a-数显模块，10-上位机系统，10a-工控电脑。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，一种破空压力保护系统，包括：

真空容器组件，所述真空容器组件包括真空容器1以及对所述真空容器1进行抽真空的真空泵组2；

破空组件，用于对所述真空容器1进行破空操作，对所述真空容器1的内部注入惰性气体；

压力监测组件，用于在破空时实时监测所述真空容器1的内部压力；

控制模块8，用于根据所述压力监测组件所监测到的真空容器1的内部压力控制所述破空组件和压力监测组件同时开/关，使所述破空组件和压力监测组件的开启/关闭与真空泵组2 的关闭/开启形成互锁关系。

本技术方案中，通过破空组件将惰性气体注入到真空容器的腔体中，当压力监测组件监测到真空容器的内部压力达到破空压力设定值时，控制模块控制破空组件和压力监测组件快速关闭，使得破空结束后的真空容器内部的压力与外部大气压完全一致，并且每次注入的气体量也几乎一样，针对不同体积的真空容器，也能精确控制注入的气体量，确保真空容器始终处于安全可控的状态，真空容器的破空压力设定值，需要根据实际所处环境的大气压力进行设置，不同海拔的大气压力不一样，即使同一套破空保护系统，更换使用地点后，也需要重新设置，将压力传感器的测量口放到大气环境中就可得知真实大气压，同时，出于保护系统自身安全和可能的误操作考虑，通过控制模块使破空组件和压力监测组件与真空泵组的启停形成互锁关系，即：在真空泵组打开的情况下，破空组件和压力监测组件不能打开；同时，如果破空组件和压力监测组件处于打开状态，真空泵组也不能打开。需要说明的是，通过控制模块控制破空组件和压力监测组件与真空泵组的启停形成互锁关系(实质为控制破空阀和监测阀与真空泵组开关形成互锁关系)，也为现有技术，例如“CN201420422543.8一种中央空调用冷热水阀控制装置”公开了“通过控制模块有效的避免了冷电磁阀和热电磁阀同时开启，实现了互锁的效果”。

本实施例中，所述破空组件包括惰性干燥气体瓶3、减压阀4和破空阀5，所述破空阀5 安装在所述真空容器1的第一接口1a处，所述惰性干燥气体瓶3通过管路依次连接减压阀4 和破空阀5。惰性干燥气体瓶通常采用氮气瓶。

这样，通过调节减压阀可以减小惰性气体瓶输出到破空阀的压力，保证了惰性气体输出到真空容器的速度，从而使整个破空的过程安全稳定，给与了控制模块足够的控制时间在破空结束时来关闭破空阀。

本实施例中，所述真空泵组2通过管路与所述真空容器1的第二接口1b连接。

这样，当需要真空泵组对真空容器进行抽真空时，可以快速地启动真空泵组，以便对真空容器进行抽真空的操作。

本实施例中，所述压力监测组件包括压力监测阀6和压力传感器7，所述压力监测阀6 安装在所述真空容器1的第三接口1c处，所述压力传感器7设置在所述压力监测阀6的入口处，且所述压力监测阀6与所述破空阀5之间设有一定距离。压力监测阀与真空容器之间的一端为压力监测阀的出口，另一端为压力监测阀的入口。这里的一段距离，可以根据实际情况来设置，一般只要在破空时不影响压力传感器的测定、造成压力传感器的测量误差即可，这跟真空腔体的具体大小和布局有关，这里就不具体介绍该距离的大小。

这样，压力传感器设置在压力监测阀的入口处，而压力监测阀的出口处连接真空容器的第三接口，当破空结束时，控制模块控制压力监测阀快速关闭，这样一方面可以通过关闭压力监测阀从而封闭真空容器的第三接口，另一方面，将压力监测阀与破空阀设置一定距离，可以避免压力传感器与破空阀的位置靠得太近，当较高压力气体进入真空腔体内部时，引起真空腔体的内部真实压力的测量误差及误动作的情况，当真空腔体的体积较小时，如果压力传感器与破空阀距离较近，测量误差会更明显。

本实施例中，所述控制模块8包括A/D转换模块8a、控制器8b、D/A转换模块8c、I/O模块8d，控制器采用PLC，所述压力传感器7依次通过调节器9和A/D转换模块8a与所述控制器8b连接，所述调节器9用于将所述压力监测组件所监测到的压力值与给定值进行比较，并将比较得到的差值通过A/D转换模块8a进行转换，然后传输给所述控制器8b；所述控制器8b依次通过所述D/A转换模块8c和I/O模块8d分别与所述压力监测阀6、真空泵组2以及破空阀5电连接，以控制所述压力监测阀6和破空阀5同时开/关，并且，还可控制所述真空泵组2的开/关。

这样，通过调节器将采集到的压力值与给定值(即压力设定值)进行比对得到差值，通过A/D转换模块将调节器传输来的差值模拟信号转换为数字信号输入给控制器，控制器根据采集到的差值信号输出控制信号，当差值信号大小等于某一设定值时，代表真空容器的压力值达到压力设定值，控制器输出关闭监测阀、破空阀的控制信号通过D/A转换模块控制压力监测阀和破空阀同时关闭，破空结束。需要说明的是，控制器根据采集到的某一信号输出相应的输出信号为现有技术，不涉及计算机程序。

本实施例中，所述调节器9还包括数显模块9a，所述数显模块9a用于以压力值的形式显示所述压力传感器7所检测到的所述真空容器1的腔体内部的压力。数显模块可以为LED 数字灯。

这样，可以便于工作人员直观地看到真空容器的腔体内部的压力值。

本实施例中，还包括上位机系统10，所述上位机系统10通过通讯模块8e与所述控制器 8b连接。

这样，方便工作人员通过上位机系统远程发送操作命令给控制器，以控制破空阀和压力监测阀同时开/关，同时，还可以远程显示压力传感器检测到的真空容器的内部的压力值，并且，可以远程设置参数给控制器。

本实施例中，所述上位机系统10包括工控电脑10a，所述工控电脑10a设有触摸屏。

这样，便于工作人员操作。

本实施例中，所述压力传感器7的量程为0-0.16MPa，所述压力传感器的精度为±0.5％。

这样，选取精度高的压力传感器，便于减小测量误差，从而提高控制精度。

本实施例中，所述调节器9对应输出的电流信号为线性电流信号，所述电流信号的范围为4-20mA。

本实用新型的具体原理如下：

针对某套真空获得系统，为了大幅度加快下一次抽真空进程，在打开真空容器之前，会采用干燥氮气进行破空，即将干燥氮气充入真空容器中，直到与外部大气压平衡为止，然后再打开真空容器进行相关操作。通过本实用新型的破空保护系统可以确保破空过程的安全可靠。具体的，本实用新型的破空保护系统由一只破空阀、一只压力监测阀、一只压力传感器、一套精密人工智能工业调节器(简称调节器，可以采用YUDIAN的AI-719/719P型号的人工智能工业调节器，该调节器的采样速度为12.5次/秒，显示响应时间不大于0.3秒，开关输出时间低至20毫秒)、一台PLC、一台上位机系统组成。在真空腔体上安装了两只阀门，破空时，高压氮气通过破空管路接入其中一只阀门入口，该阀门作为破空阀使用，另一只阀门(压力监测阀)与破空阀通过控制回路并联，可以实现两只阀门的同时动作。破空阀可通过本地控制柜(控制模块)或远程上位机系统的虚拟按钮进行操作，上位机操作界面具有破空压力值设定功能。监测阀入口装有一只压力传感器，量程为0-0.16MPa，精度达±0.5％，确保了腔体压力的精确显示和控制。调节器位于真空容器附近，自身具有上限设置、数值显示和电压输出功能，真空腔体的压力可以通过压力传感器和调节器的采集和换算后实时显示。利用PLC 输出信号直接控制控制阀门动作更加简洁。破空阀打开后，调节器实时显示容器内部压力变化，调节器对应输出的差值信号为4-20mA线性电流信号，该差值信号通过A/D转换模块传输给PLC控制器，PLC控制器根据采集到的差值信号输出控制信号，当差值信号为设定的阈值 (例如4mA)时，PLC控制器输出控制信号控制监测阀和破空阀同时关闭，破空结束。由于采用的电气控制元件可靠性很高，采样速度快，显示响应时间短，破空阀可在极短时间内关闭。因此，可以做到全程无人值守，破空结束后容器内部压力与外部大气压完全一致，并且每次注入的气体量也几乎一样，针对不同体积的真空容器，也能精确控制注入的气体量，确保真空容器始终处于安全可控的状态。

需要说明的是，本实用新型可用于破空气源压力较高时，任何真空腔体的破空应用场合，同时，本实用新型不仅限于真空腔体的破空场合，也包括其他容器的压力控制，并且，本实用新型不仅限于利用压力传感器和人工智能工业调节器来实现破空压力实时显示和破空阀门的自动控制，包括其他任何一种自动控制方式实现腔体压力的监视和控制。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种破空压力保护系统，其特征在于，包括：

真空容器组件，所述真空容器组件包括真空容器(1)以及对所述真空容器(1)进行抽真空的真空泵组(2)；

破空组件，用于对所述真空容器(1)进行破空操作，对所述真空容器(1)的内部注入惰性气体；

压力监测组件，用于在破空时实时监测所述真空容器(1)内部的压力；

控制模块(8)，用于根据所述压力监测组件所监测到的真空容器(1)的内部压力控制所述破空组件和压力监测组件同时开/关，使所述破空组件和压力监测组件的开启/关闭与真空泵组的关闭/开启形成互锁关系。

2.根据权利要求1所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述破空组件包括惰性干燥气体瓶(3)、减压阀(4)和破空阀(5)，所述破空阀(5)安装在所述真空容器(1)的第一接口(1a)处，所述惰性干燥气体瓶(3)通过管路依次连接减压阀(4)和破空阀(5)。

3.根据权利要求2所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述真空泵组(2)通过管路与所述真空容器(1)的第二接口(1b)连接。

4.根据权利要求3所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述压力监测组件包括压力监测阀(6)和压力传感器(7)，所述压力监测阀(6)安装在所述真空容器(1)的第三接口(1c)处，所述压力传感器(7)设置在所述压力监测阀(6)的入口处，且所述压力监测阀(6)与所述破空阀(5)之间设有一定距离。

5.根据权利要求4所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述控制模块(8)包括A/D转换模块(8a)、控制器(8b)、D/A转换模块(8c)、I/O模块(8d)，所述压力传感器(7)依次通过调节器(9)和A/D转换模块(8a)与所述控制器(8b)连接，所述调节器(9)用于将所述压力监测组件所监测到的压力值与给定值进行比较，并将比较得到的差值通过A/D转换模块(8a)进行转换，然后传输给所述控制器(8b)；所述控制器(8b)依次通过所述D/A转换模块(8c)和I/O模块(8d)分别与所述压力监测阀(6)、真空泵组(2)以及破空阀(5)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述调节器(9)还包括数显模块(9a)，所述数显模块(9a)用于以压力值的形式显示所述压力传感器(7)所检测到的所述真空容器(1)的腔体内部的压力。

7.根据权利要求5所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，还包括上位机系统(10)，所述上位机系统(10)通过通讯模块(8e)与所述控制器(8b)连接。

8.根据权利要求7所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述上位机系统(10)包括工控电脑(10a)，所述工控电脑(10a)设有触摸屏。

9.根据权利要求4所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述压力传感器(7)的量程为0-0.16MPa，所述压力传感器的精度为±0.5％。

10.根据权利要求5所述的一种破空压力保护系统，其特征在于，所述调节器(9)对应输出的电流信号为线性电流信号，所述电流信号的范围为4-20mA。

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