一種高壓空氣噴射真空泵系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種噴射真空泵系統,尤其是一種采用高壓壓縮空氣為工作介質的高壓空氣噴射真空泵系統,屬于氣體噴射真空泵技術領域,主要應用于航空航天真空模擬試驗裝置。
【背景技術】
[0002]目前在航天航空真空模擬試驗裝置上,尤其是在大型真空模擬試驗裝置上,主要使用蒸汽噴射真空泵系統、水環式真空泵系統和羅茨真空泵系統等進行抽真空。下面對上面幾種真空泵系統進行簡介。
[0003](一)蒸汽噴射真空泵系統:
[0004]蒸汽噴射真空泵是采用壓力蒸汽作為動力,屬于噴射真空泵技術領域,也是目前應用最廣泛的的噴射真空泵,蒸汽噴射真空泵由噴嘴、吸入室、擴壓管組成,動力蒸汽通過拉瓦爾噴嘴進行絕熱膨脹并形成超音速氣流,噴嘴出口壓力下降,在吸入室內產生壓力差,由此產生抽吸氣體的能力,被抽氣體與高速蒸汽流進行能量交換,蒸汽與被抽氣體在擴壓管的收縮段充分混合進行能量交換,到擴壓管的喉部達到音速,隨后進入擴壓管擴散段減速增壓后排出擴壓管。采用多級串聯達到不同工作真空度要求的蒸汽噴射真空系統。航天航空大型真空模擬試驗裝置每年試驗次數較少,每次使用時間較短,采用蒸汽噴射真空泵系統存在以下缺點:
[0005](I)需要建設大型的蒸汽產生裝置,目前采用的是超大型鍋爐或大型超高溫蒸汽發生器裝置,屬于高溫高壓設備,具有一定的危險性;
[0006](2)每次試驗裝置試驗前需要對鍋爐或蒸汽發生器進行預點火產生蒸汽的工作,尤其是鍋爐預點火產生蒸汽的時間需要很長時間;
[0007](3)鍋爐或蒸汽發生器的設備投資費用很大,使用效率很大,造成大量的資源浪費;
[0008](4)蒸汽屬于高溫氣體,容易灼傷人員,設備需要保溫措施,增加設備投資;
[0009](5)蒸汽直接排放大氣會造成環境污染,所以需要采用冷卻水對排放的蒸汽進行冷卻,需要建設蒸汽冷卻設備和冷卻水供應設備,增加大量的設備投資。
[0010](二)水環式真空泵系統:
[0011]水環真空泵是采用電機驅動的葉輪式容積真空泵,采用水作為工作介質,水環式真空泵是帶有多葉片的轉子偏心裝在泵殼內,當它旋轉時,把水拋向泵殼并形成于泵殼同心的水環,水環同轉子葉片形成了容積周期變化的旋轉變容積真空泵。水環泵轉子在泵體內旋轉時形成水環和工作室,水環與工作輪形成月牙形空間。右邊半個月牙形容積由小變大,形成吸氣室,左邊半個月牙形容積由大變小,構成排氣室。被抽氣體從進氣管和吸氣孔進入吸氣室,轉子進一步轉動,氣體被壓縮,經過排氣孔和排氣管排出。航天航空大型真空模擬試驗裝置采用水環式真空泵系統存在以下缺點:
[0012](I)大型真空模擬試驗裝置抽氣量非常大,水環式真空泵的作為體積泵,每臺的抽氣量受到限制,所以需要建設水環式真空泵的數量很大,設備投資費用很大;
[0013](2)需要建設大型的供電站給水環式真空泵供電,增加大量的設備投資費用,有些試驗裝置受供電外網的限制,無法滿足水環式真空泵的供電需求;
[0014](3)因水環式真空泵采用水作為工作介質,需要建設工作水冷卻設備和工作水供應設備,增加大量的設備投資;
[0015](4)水環式真空泵作為動設備,一段時間不使用,均需定期要對其進行維護,工作量大。當水環式真空泵出現故障,維修非常麻煩,有些故障需要返廠維修。大型水環式真空泵體積龐大,運輸非常困難。
[0016](三)羅茨真空泵系統:
[0017]羅茨真空泵是采用電機驅動的葉輪式容積真空泵,是一種干式等體積真空泵,在泵腔內有二個“8”字形的轉子相互垂直安裝在一對平行軸上,由傳動比為I的一對齒輪帶動彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間,轉子和泵殼內壁之間保持一定的間隙可以實現高速運行。由于轉子的不斷旋轉,被抽氣體從吸入口吸入到轉子與泵殼之間空間內,再經排氣口排出,實現抽氣功能。由于羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵,通常壓縮比很低,所以需要多級串聯使用。
[0018]航天航空大型真空模擬試驗裝置采用羅茨真空泵系統存在以下缺點:
[0019](I)大型真空模擬試驗裝置抽氣量非常大,羅茨真空泵的作為體積泵,每臺的抽氣量受到限制,所以需要建設羅茨真空泵機組的數量很大,設備投資費用很大;
[0020](2)需要建設大型的供電站給羅茨真空泵供電,增加大量的設備投資費用,有些試驗裝置受供電外網的限制,無法滿足羅茨式真空泵的供電需求;
[0021](3)因羅茨真空泵需要采用冷卻水作冷卻,需要建設冷卻水冷卻設備和冷卻水供應設備,增加大量的設備投資;
[0022](4)羅茨真空泵作為動設備,一段時間不使用,每個星期均需要對其進行維護,工作量大。當羅茨真空泵出現故障,維修非常麻煩,有些故障需要返廠維修。
【實用新型內容】
[0023]本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的上述不足,而提供一種結構設計合理,結構簡單,維護方便,使用安全可靠,成本低的高壓空氣噴射真空泵系統。
[0024]本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是:該高壓空氣噴射真空泵系統,包括若干組串聯設置的高壓空氣噴射真空泵,所述高壓空氣噴射真空泵包括噴嘴、吸入室和擴壓管,所述噴嘴、吸入室和擴壓管均同軸設置且均沿一條第一軸線延伸設置,所述吸入室處設置有與吸入室貫通的抽氣口,所述擴壓管上具有排出口,所述前一級的高壓空氣噴射真空泵的排出口與后一級的高壓空氣噴射真空泵的抽氣口連接,其特征在于:還包括壓力^ 5MPA的壓縮空氣源,所述壓力空氣源分別與每一級的高壓空氣噴射真空泵的噴嘴連接。本實用新型采用廉價的壓縮空氣作為動力,與蒸汽噴射真空泵系統相比運行成本低,因不需要蒸汽鍋爐,大大降低廢氣排放,對環境沒有污染;本實用新型不需要冷卻水,大大節約了水資源;與水環真空泵系統和羅茨真空泵系統相比,高壓空氣噴射真空泵系統沒有作動的設備,所以沒有機械磨損,設備投資低,維護費用低,運行費用低;壓縮空氣可以采用壓縮空氣儲罐長期保存,保存過程中不存在資源消耗,尤其適合作為大型航空航天真空模擬試驗裝置的抽真空系統;本實用新型結構簡單,設備重量輕,設備制造成本低。
[0025]本實用新型所述噴嘴設置于吸入室內并包括一個部分露于吸入室外部的連接管和一個位于吸入室內的噴管;所述擴壓管上在遠離噴管的方向上依次設置收縮段、喉部和擴散段,所述噴管與收縮段對應且排出口位于擴壓管的末端。高壓空氣通過噴嘴進行絕熱膨脹并形成超音速氣流,噴嘴出口壓力下降,從而在吸入室內產生壓力差,由此產生抽吸氣體的能力,被抽氣體與高速空氣流進行能量交換,高速空氣與被抽氣體在擴壓管的收縮段充分混合進行能量交換,到擴壓管的喉部達到音速,隨后進入擴壓管的擴散段減速增壓后排出擴壓管。
[0026]本實用新型所述吸入室的外部設置有一號法蘭,該一號法蘭具有通孔,所述連接管上在其位于吸入室外處設置有與一號法蘭對應連接的二號法蘭,該二號法蘭在靠近一號法蘭的一側具有一圓環狀的定位凸臺,且定位凸臺的外徑與通孔的直徑匹配,所述連接管穿設于一號法蘭并使二號法蘭上的定位凸臺插接于一號法蘭的通孔內。噴嘴與吸入室連接時,連接管上的二號法蘭與一號法蘭固定,定位凸臺與通孔均沿第一軸線設置,因而二號法蘭上的定位凸臺與一號法蘭的通孔插接配合后,可使減小安裝時的誤差,確保噴嘴與吸入室的同心度,從而保證噴嘴的性能。
[0027]本實用新型還包括小孔式消音器,該小孔式消音器安裝在最后一級的高壓空氣噴射真空泵的排出口上。小孔式消音器的安裝,可降低高壓空氣排出時的噪音。
[0028]本實用新型所述收縮段的截面積在往喉部的方向上遞減,所述喉部在沿第一軸線方向上的截面積保持不變,所述擴散段的截面積在遠離喉部的方向上遞增。被抽氣體與高速空氣流在收縮段時,由于收縮段的截面積在往喉部的方向上遞減,因而被抽氣體與高速空氣流充分混合后被逐漸壓縮,由于喉部在沿第一軸線方向上的截面積保持不變,因而被抽氣體與高速空氣流在喉管內達到均衡,由于擴散段的截面積在遠離喉部的方向上遞增,因而被抽氣體與高速空氣流在擴散段內壓力逐漸減小,最后經排出口排出。
[0029]本實用新型與現有技術相比,具有以下優點和效果:本實用新型結構簡單,設備重量輕,設備制造成本低;采用廉價的壓縮空氣作為動力,與蒸汽噴射真空泵系統相比運行成本低,因不需要蒸汽鍋爐,大大降低廢氣排放,對環境沒有污染;本實用新型不需要冷卻水,大大節約了水資源;與水環真空泵系統和羅茨真空泵系統相比,高壓空氣噴射真空泵系統沒有作動的設備,所以沒有機械磨損,設備投資低,維護費用低,運行費用低;壓縮空氣可以采用壓縮空氣儲罐長期保存,保存過程中不存在資源消耗,尤其適合作為大型航空航天真空模擬試驗裝置的抽真空系統;噴嘴與吸入室連接時,連接管上的二號法蘭與一號法蘭固定,定位凸臺與通孔均沿第一軸線設置,因而二號法蘭上的定位凸臺與一號法蘭的通孔插接配合后,可使減小安裝時的誤差,確保噴嘴與吸入室的同心度,從而