一種高壓空氣噴射真空泵系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種噴射真空泵系統(tǒng)，尤其是一種采用高壓壓縮空氣為工作介質(zhì)的高壓空氣噴射真空泵系統(tǒng)，屬于氣體噴射真空泵技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于航空航天真空模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在航天航空真空模擬試驗(yàn)裝置上，尤其是在大型真空模擬試驗(yàn)裝置上，主要使用蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)、水環(huán)式真空泵系統(tǒng)和羅茨真空泵系統(tǒng)等進(jìn)行抽真空。下面對(duì)上面幾種真空泵系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)介。
[0003](一)蒸汽噴射真空泵系統(tǒng):
[0004]蒸汽噴射真空泵是采用壓力蒸汽作為動(dòng)力，屬于噴射真空泵技術(shù)領(lǐng)域，也是目前應(yīng)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(kuò)壓管組成，動(dòng)力蒸汽通過(guò)拉瓦爾噴嘴進(jìn)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(nèi)產(chǎn)生壓力差，由此產(chǎn)生抽吸氣體的能力，被抽氣體與高速蒸汽流進(jìn)行能量交換，蒸汽與被抽氣體在擴(kuò)壓管的收縮段充分混合進(jìn)行能量交換，到擴(kuò)壓管的喉部達(dá)到音速，隨后進(jìn)入擴(kuò)壓管擴(kuò)散段減速增壓后排出擴(kuò)壓管。采用多級(jí)串聯(lián)達(dá)到不同工作真空度要求的蒸汽噴射真空系統(tǒng)。航天航空大型真空模擬試驗(yàn)裝置每年試驗(yàn)次數(shù)較少，每次使用時(shí)間較短，采用蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn):
[0005](I)需要建設(shè)大型的蒸汽產(chǎn)生裝置，目前采用的是超大型鍋爐或大型超高溫蒸汽發(fā)生器裝置，屬于高溫高壓設(shè)備，具有一定的危險(xiǎn)性；
[0006](2)每次試驗(yàn)裝置試驗(yàn)前需要對(duì)鍋爐或蒸汽發(fā)生器進(jìn)行預(yù)點(diǎn)火產(chǎn)生蒸汽的工作，尤其是鍋爐預(yù)點(diǎn)火產(chǎn)生蒸汽的時(shí)間需要很長(zhǎng)時(shí)間；
[0007](3)鍋爐或蒸汽發(fā)生器的設(shè)備投資費(fèi)用很大，使用效率很大，造成大量的資源浪費(fèi)；
[0008](4)蒸汽屬于高溫氣體，容易灼傷人員，設(shè)備需要保溫措施，增加設(shè)備投資；
[0009](5)蒸汽直接排放大氣會(huì)造成環(huán)境污染，所以需要采用冷卻水對(duì)排放的蒸汽進(jìn)行冷卻，需要建設(shè)蒸汽冷卻設(shè)備和冷卻水供應(yīng)設(shè)備，增加大量的設(shè)備投資。
[0010](二)水環(huán)式真空泵系統(tǒng):
[0011]水環(huán)真空泵是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的葉輪式容積真空泵，采用水作為工作介質(zhì)，水環(huán)式真空泵是帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，把水拋向泵殼并形成于泵殼同心的水環(huán)，水環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘e真空泵。水環(huán)泵轉(zhuǎn)子在泵體內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)形成水環(huán)和工作室，水環(huán)與工作輪形成月牙形空間。右邊半個(gè)月牙形容積由小變大，形成吸氣室，左邊半個(gè)月牙形容積由大變小，構(gòu)成排氣室。被抽氣體從進(jìn)氣管和吸氣孔進(jìn)入吸氣室，轉(zhuǎn)子進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體被壓縮，經(jīng)過(guò)排氣孔和排氣管排出。航天航空大型真空模擬試驗(yàn)裝置采用水環(huán)式真空泵系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn):
[0012](I)大型真空模擬試驗(yàn)裝置抽氣量非常大，水環(huán)式真空泵的作為體積泵，每臺(tái)的抽氣量受到限制，所以需要建設(shè)水環(huán)式真空泵的數(shù)量很大，設(shè)備投資費(fèi)用很大；
[0013](2)需要建設(shè)大型的供電站給水環(huán)式真空泵供電，增加大量的設(shè)備投資費(fèi)用，有些試驗(yàn)裝置受供電外網(wǎng)的限制，無(wú)法滿(mǎn)足水環(huán)式真空泵的供電需求；
[0014](3)因水環(huán)式真空泵采用水作為工作介質(zhì)，需要建設(shè)工作水冷卻設(shè)備和工作水供應(yīng)設(shè)備，增加大量的設(shè)備投資；
[0015](4)水環(huán)式真空泵作為動(dòng)設(shè)備，一段時(shí)間不使用，均需定期要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，工作量大。當(dāng)水環(huán)式真空泵出現(xiàn)故障，維修非常麻煩，有些故障需要返廠維修。大型水環(huán)式真空泵體積龐大，運(yùn)輸非常困難。
[0016](三)羅茨真空泵系統(tǒng):
[0017]羅茨真空泵是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的葉輪式容積真空泵，是一種干式等體積真空泵，在泵腔內(nèi)有二個(gè)“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直安裝在一對(duì)平行軸上，由傳動(dòng)比為I的一對(duì)齒輪帶動(dòng)彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子和泵殼內(nèi)壁之間保持一定的間隙可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從吸入口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間空間內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出，實(shí)現(xiàn)抽氣功能。由于羅茨泵是一種無(wú)內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，所以需要多級(jí)串聯(lián)使用。
[0018]航天航空大型真空模擬試驗(yàn)裝置采用羅茨真空泵系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn):
[0019](I)大型真空模擬試驗(yàn)裝置抽氣量非常大，羅茨真空泵的作為體積泵，每臺(tái)的抽氣量受到限制，所以需要建設(shè)羅茨真空泵機(jī)組的數(shù)量很大，設(shè)備投資費(fèi)用很大；
[0020](2)需要建設(shè)大型的供電站給羅茨真空泵供電，增加大量的設(shè)備投資費(fèi)用，有些試驗(yàn)裝置受供電外網(wǎng)的限制，無(wú)法滿(mǎn)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(shè)冷卻水冷卻設(shè)備和冷卻水供應(yīng)設(shè)備，增加大量的設(shè)備投資；
[0022](4)羅茨真空泵作為動(dòng)設(shè)備，一段時(shí)間不使用，每個(gè)星期均需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，工作量大。當(dāng)羅茨真空泵出現(xiàn)故障，維修非常麻煩，有些故障需要返廠維修。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0023]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，使用安全可靠，成本低的高壓空氣噴射真空泵系統(tǒng)。
[0024]本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該高壓空氣噴射真空泵系統(tǒng)，包括若干組串聯(lián)設(shè)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(kuò)壓管，所述噴嘴、吸入室和擴(kuò)壓管均同軸設(shè)置且均沿一條第一軸線(xiàn)延伸設(shè)置，所述吸入室處設(shè)置有與吸入室貫通的抽氣口，所述擴(kuò)壓管上具有排出口，所述前一級(jí)的高壓空氣噴射真空泵的排出口與后一級(jí)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(jí)的高壓空氣噴射真空泵的噴嘴連接。本實(shí)用新型采用廉價(jià)的壓縮空氣作為動(dòng)力，與蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)相比運(yùn)行成本低，因不需要蒸汽鍋爐，大大降低廢氣排放，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染；本實(shí)用新型不需要冷卻水，大大節(jié)約了水資源；與水環(huán)真空泵系統(tǒng)和羅茨真空泵系統(tǒng)相比，高壓空氣噴射真空泵系統(tǒng)沒(méi)有作動(dòng)的設(shè)備，所以沒(méi)有機(jī)械磨損，設(shè)備投資低，維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行費(fèi)用低；壓縮空氣可以采用壓縮空氣儲(chǔ)罐長(zhǎng)期保存，保存過(guò)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(yàn)裝置的抽真空系統(tǒng)；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備重量輕，設(shè)備制造成本低。
[0025]本實(shí)用新型所述噴嘴設(shè)置于吸入室內(nèi)并包括一個(gè)部分露于吸入室外部的連接管和一個(gè)位于吸入室內(nèi)的噴管；所述擴(kuò)壓管上在遠(yuǎn)離噴管的方向上依次設(shè)置收縮段、喉部和擴(kuò)散段，所述噴管與收縮段對(duì)應(yīng)且排出口位于擴(kuò)壓管的末端。高壓空氣通過(guò)噴嘴進(jìn)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(nèi)產(chǎn)生壓力差，由此產(chǎn)生抽吸氣體的能力，被抽氣體與高速空氣流進(jìn)行能量交換，高速空氣與被抽氣體在擴(kuò)壓管的收縮段充分混合進(jìn)行能量交換，到擴(kuò)壓管的喉部達(dá)到音速，隨后進(jìn)入擴(kuò)壓管的擴(kuò)散段減速增壓后排出擴(kuò)壓管。
[0026]本實(shí)用新型所述吸入室的外部設(shè)置有一號(hào)法蘭，該一號(hào)法蘭具有通孔，所述連接管上在其位于吸入室外處設(shè)置有與一號(hào)法蘭對(duì)應(yīng)連接的二號(hào)法蘭，該二號(hào)法蘭在靠近一號(hào)法蘭的一側(cè)具有一圓環(huán)狀的定位凸臺(tái)，且定位凸臺(tái)的外徑與通孔的直徑匹配，所述連接管穿設(shè)于一號(hào)法蘭并使二號(hào)法蘭上的定位凸臺(tái)插接于一號(hào)法蘭的通孔內(nèi)。噴嘴與吸入室連接時(shí)，連接管上的二號(hào)法蘭與一號(hào)法蘭固定，定位凸臺(tái)與通孔均沿第一軸線(xiàn)設(shè)置，因而二號(hào)法蘭上的定位凸臺(tái)與一號(hào)法蘭的通孔插接配合后，可使減小安裝時(shí)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(shí)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(jí)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(shí)的噪音。
[0028]本實(shí)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(xiàn)方向上的截面積保持不變，所述擴(kuò)散段的截面積在遠(yuǎn)離喉部的方向上遞增。被抽氣體與高速空氣流在收縮段時(shí)，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(xiàn)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(nèi)達(dá)到均衡，由于擴(kuò)散段的截面積在遠(yuǎn)離喉部的方向上遞增，因而被抽氣體與高速空氣流在擴(kuò)散段內(nèi)壓力逐漸減小，最后經(jīng)排出口排出。
[0029]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備重量輕，設(shè)備制造成本低；采用廉價(jià)的壓縮空氣作為動(dòng)力，與蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)相比運(yùn)行成本低，因不需要蒸汽鍋爐，大大降低廢氣排放，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染；本實(shí)用新型不需要冷卻水，大大節(jié)約了水資源；與水環(huán)真空泵系統(tǒng)和羅茨真空泵系統(tǒng)相比，高壓空氣噴射真空泵系統(tǒng)沒(méi)有作動(dòng)的設(shè)備，所以沒(méi)有機(jī)械磨損，設(shè)備投資低，維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行費(fèi)用低；壓縮空氣可以采用壓縮空氣儲(chǔ)罐長(zhǎng)期保存，保存過(guò)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(yàn)裝置的抽真空系統(tǒng)；噴嘴與吸入室連接時(shí)，連接管上的二號(hào)法蘭與一號(hào)法蘭固定，定位凸臺(tái)與通孔均沿第一軸線(xiàn)設(shè)置，因而二號(hào)法蘭上的定位凸臺(tái)與一號(hào)法蘭的通孔插接配合后，可使減小安裝時(shí)的誤差，確保噴嘴與吸入室的同心度，從而