一種風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)，具體地涉及一種采用大型的、耐高壓差氣冷羅茨真空栗的風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]羅茨栗廣泛用于真空冶金工業(yè)的真空脫氣、真空熔煉、鋼水真空處理，以及空間模擬、低密度風(fēng)洞等裝置中抽除非腐蝕性氣體。也可用于化工、食品、醫(yī)藥、電器制造等工業(yè)的蒸餾、蒸發(fā)、干燥等生產(chǎn)過程。
[0003]羅茨真空栗的結(jié)構(gòu)是由栗殼體、轉(zhuǎn)子、傳動部分組成。栗的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子和栗殼之間，存在一定的間隙，其間隙值和相對轉(zhuǎn)動位置由轉(zhuǎn)子的較高加工精度和同步轉(zhuǎn)速來保證。其轉(zhuǎn)子的型線種類很多，如圓弧型、漸開線型、擺線型、綜合線型等，不同型線的轉(zhuǎn)子制造的真空栗，它們的容積系數(shù)不同，因此真空栗的抽氣量、真空度均不同。一般來說，羅茨栗具有以下特點:1、在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；2、設(shè)有旁通溢流閥可在大氣壓力下啟動，縮短了抽氣時間；3、轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與栗腔壁之間有間隙，栗內(nèi)運動件無摩擦，不必潤滑，腔壁內(nèi)無油；4、轉(zhuǎn)子形狀對稱，動平衡性能良好，運動平穩(wěn)，選擇高精度的齒輪傳動，運動時噪聲低；5、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，通常選臥式結(jié)構(gòu)，栗腔內(nèi)氣體垂直流動，有利于被抽的灰塵和冷凝物的排除；6、選擇適宜的轉(zhuǎn)子型線和精細的研磨加工，可獲得較高的容積效率；7、運轉(zhuǎn)維護費用低。羅茨栗的缺點是栗的轉(zhuǎn)子制造困較難，抽除氫氣的效果不如油增壓栗尚。
[0004]風(fēng)洞實驗是航天飛行器研制工作中的一個不可缺少的組成部分。它不僅在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起著重要作用，隨著工業(yè)空氣動力學(xué)的發(fā)展，在交通運輸、房屋建筑、風(fēng)能利用和環(huán)境保護等部門中也得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著國家節(jié)能減排方針的出臺，一大批高能耗、高污染的真空設(shè)備將會被淘汰，低能耗、低污染的真空設(shè)備將會出現(xiàn)并代替之，同時這種設(shè)備也是未來的發(fā)展趨勢。
[0005]風(fēng)洞試驗時與洞體相連的真空罐體積巨大，有的達7500立方米甚至10000多立方米，并對抽氣時間有嚴(yán)格的控制，要求I個小時內(nèi)把真空罐內(nèi)的壓力從大氣壓抽到200Pa,在做試驗時，要求真空系統(tǒng)的入口壓力為100-5000Pa時，真空系統(tǒng)的抽氣速率不少于51000L/S(質(zhì)量流率不少于540克/秒)；并且在不同壓力狀態(tài)下，對真空系統(tǒng)的抽氣速率有不同的要求，即當(dāng)風(fēng)洞洞體內(nèi)的壓力變化時，真空系統(tǒng)的抽氣速率也必須立即跟著變化，這就意味著此真空系統(tǒng)必須要抽速大、且有一定的智能，具備自動調(diào)整能力。
[0006]目前，國外風(fēng)洞的驅(qū)動系統(tǒng)主要有羅茨水環(huán)真空機組、羅茨滑閥真空機組或風(fēng)機，為達到上述的性能要求，需要幾十套同樣的真空機組并聯(lián)后才可使用，這樣配置造成機組占地面積大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，投資成本高。比如奔馳公司的汽車風(fēng)洞，驅(qū)動機組的電動總功率高達4000kW，建造一個這樣規(guī)模的汽車風(fēng)洞往往需要耗資數(shù)億美元，甚至10多億。
[0007]國內(nèi)的風(fēng)洞驅(qū)動系統(tǒng)普遍采用外國的普通羅茨水環(huán)真空機組、羅茨滑閥真空機組的配置方式來滿足風(fēng)洞試驗的需要，但由于國內(nèi)普通羅茨真空栗的最大允許壓差比國外的普通羅茨栗的最大允許壓差小，僅為20-60Torr左右，必須由前級栗將系統(tǒng)抽到很高真空度后才能起動羅茨真空栗，因此預(yù)抽時間比較長，必須增大前級栗的抽速才能滿足風(fēng)洞試驗，相比國外的真空機組進一步增加了成本及能耗?，F(xiàn)有技術(shù)大多采用液環(huán)栗+氣冷羅茨真空栗+帶旁通閥羅茨真空栗+帶旁通閥羅茨真空栗的四級機組的配置方式，但由于液環(huán)栗工作液的溫度控制問題及排污問題都會增加投資成本及運行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提出一種風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)，該系統(tǒng)與普通的羅茨真空栗不同，它采用的氣冷羅茨真空栗的最大壓差須能承受8.7X 14Pa,因此栗不但有一個進氣口和一個排氣口，而且為了在高壓差下運行時保持栗本身的熱平衡，在栗的兩側(cè)各設(shè)置了一個返冷氣口。在高的入口壓力下，由于分子的自由程較短，為減少氣體分子的返流設(shè)計了一種較寬齒頂?shù)霓D(zhuǎn)子型線。為保證運轉(zhuǎn)過程中總間隙一定的情況下，最大地提高抽氣效率并能使栗安全長期運行，栗的軸承的活動端采用了消除軸承游隙的結(jié)構(gòu)來軸向固定。
[0009]本系統(tǒng)羅茨栗的溢流閥的排氣口尺寸與栗進行了匹配計算、溢流閥內(nèi)的閥芯導(dǎo)向、密封、重量問題，解決真空系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生過壓縮導(dǎo)致栗及電機負荷極度上升的現(xiàn)象。
[0010]風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)停機時，由于系統(tǒng)栗內(nèi)及管道處于真空狀態(tài)，外界氣體反流到栗內(nèi)，造成栗突然反轉(zhuǎn)，對栗零部件的沖擊力比較大，使栗的可靠性降低。通過對不同型號栗排氣時的氣流狀態(tài)分析，考慮栗在排氣時所承受的壓力，我們設(shè)計一種逆止閥，逆止閥安裝在系統(tǒng)前級栗的排氣口及消音器之間，它可以改變系統(tǒng)栗排氣的氣流狀態(tài)，減少排氣噪聲，還可以在系統(tǒng)停機時防止外界氣體進入系統(tǒng)內(nèi)，避免了由于外界氣體對系統(tǒng)的沖擊而造成的傷害，而且還使系統(tǒng)內(nèi)部處于真空狀態(tài)，可有效減緩系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)的氧化反應(yīng)，延長系統(tǒng)的使用時間。
[0011]本發(fā)明提出的一種風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)如下有益效果:
[0012]1、增大系統(tǒng)抽速
[0013]本系統(tǒng)的最大抽速可達60000L/S以上，并且抽速從0-60000L/S范圍可調(diào)，為國內(nèi)最大的氣冷式羅茨栗機組。并系統(tǒng)采用多套氣冷式羅茨栗組合的方法，通過電氣控制柜控制，使栗可同時變頻起動，滿足工藝需大抽速時要求，又減少栗起動時對電網(wǎng)的電流沖擊；當(dāng)工藝要求抽速較小時，可停用幾臺栗或通過變頻調(diào)速來控制栗的轉(zhuǎn)速，達到抽速變小的且節(jié)能省電的目的。
[0014]2、降低系統(tǒng)噪音
[0015]本發(fā)明運用了全新消音技術(shù)，它在低、中、高頻所有的頻段上都有很好的消聲效果，特別適用于在氣冷式羅茨真空栗上使用。通過試驗及檢測，在氣冷式羅茨真空栗的排氣口接上此消音器后，其對低、中、高所有頻段的噪聲都有很好的消聲效果，總消聲量在30dB(A)以上，且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、氣流阻力小。
[0016]此熱交換器設(shè)置了防返流閥，它利用了“縫隙消聲原理”，當(dāng)通過栗的氣體流量較少時，閥的開度小，形成一個環(huán)形縫隙，當(dāng)聲波到達縫隙處，噪聲在截面突變處有一部分向聲源方向反射回去，還有一部分聲能由于聲波在縫隙處發(fā)生劇烈磨擦而轉(zhuǎn)化為熱能，剩下的部分聲波通過縫隙成為透射波繼續(xù)傳播下去，從而達到消聲目的。采用此方法后，消聲量約S-1OdB(A)。通過采用針對氣冷式羅茨中低頻噪音而研發(fā)的新型消音器和帶有消音與止回防返流相結(jié)合的執(zhí)交換器，進一步降低了真空系統(tǒng)的噪音，極限時實測噪音為92dB(A)。
[0017]3、系統(tǒng)自適應(yīng)功能
[0018]根據(jù)實際工藝流程的要求，通過對入口壓力、溫度和功率等反饋數(shù)據(jù)的監(jiān)控，在工藝流程各個時段自動提供所需的不同的真空環(huán)境；并且在面對突發(fā)的氣流沖擊時，系統(tǒng)能快速、自動地調(diào)控系統(tǒng)的抽速，適應(yīng)氣流變化，保證所提供的真空環(huán)境的穩(wěn)定性。
[0019]4、提高栗體散熱效率
[0020]傳統(tǒng)的熱交換器都是接在栗的排氣口，存在栗排氣阻力增大、管路流導(dǎo)變小等缺點。本發(fā)明的熱交換器不是真接接在栗的排氣口，而是接在栗的返冷氣路上，被抽氣體可通過排氣口直接排至外界大氣，中間無任何物體阻擋。而在排氣管上接一個四通管，其中二個接口接熱交換器，二個熱交換器再分別與二支返冷氣口相連，部分氣體經(jīng)熱交換器冷卻后，通過返冷氣管進進入栗腔內(nèi)，冷卻栗腔溫度，達到降溫的目的。
【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的普通羅茨栗的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的氣冷式羅茨栗的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記如下:
[0025]I—級羅茨栗、2.二級羅茨栗、3.三級羅茨栗、4.四級羅茨栗、5.五級羅茨栗、
6.一級熱交換器、7.二級熱交換器、8.三級熱交換器、9.四級熱交換器、9A.五級熱交換器、
10.消聲器、11.氣動高真空擋板閥、12.氣動高真空擋板閥、13.壓力傳感器、14.溫度傳感器、15.水壓控制器、16.溢流閥、17.逆止閥。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明的風(fēng)洞洞體抽真空系統(tǒng)是由一臺一級羅茨栗1、一臺二級羅茨栗2、一臺三級羅茨栗3、一臺四級羅茨栗4、一臺五級羅茨栗5串聯(lián)而成的真空抽氣機組。根據(jù)需要該系統(tǒng)還配有一臺一級熱交換器6、一臺二級熱交換器7、一臺三級熱交換器8、一臺四級熱交換器9、一臺五級熱交換器9A、一臺消聲器10組成。
[0027]本發(fā)明的工作原理如下:被抽氣體經(jīng)一級羅茨栗1、二級羅茨栗2至三級羅茨栗3，當(dāng)三級羅茨栗3進氣口壓力高于機組排氣壓力時，則部分被抽氣體直接由溢流閥16排入消聲器，經(jīng)消聲器直接排入大氣；接著被抽氣體經(jīng)三級羅茨栗3至四級羅茨栗4進氣口，當(dāng)四級羅茨栗4進氣口壓力高于機組排氣壓力時，則部分被抽氣體直接由溢流閥(圖3未示出)排入消聲器10，經(jīng)消聲器10直接排入大氣；然后被抽氣體經(jīng)四級羅茨栗4至五