本發(fā)明涉及高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及壓力調(diào)節(jié)方法，屬于航天地面模擬試驗(yàn)風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高頻感應(yīng)加熱風(fēng)洞是為了滿足高焓、高熱流而研發(fā)的新型地面防熱試驗(yàn)平臺(tái)，它具有流場(chǎng)穩(wěn)定、加熱氣體純凈、高焓值等特點(diǎn)，是一種新型航天地面防熱模擬試驗(yàn)技術(shù)。為保證此風(fēng)洞的運(yùn)行，真空條件是決定性因素之一。高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)的控制方法正是保證試驗(yàn)點(diǎn)火和運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

由于高頻感應(yīng)風(fēng)洞需要高真空啟動(dòng)，同時(shí)又需要在低真空環(huán)境中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)，現(xiàn)有技術(shù)的高頻感應(yīng)風(fēng)洞大多數(shù)滿足不了100Pa以下高真空啟動(dòng)，會(huì)頻繁損壞加熱器主體器件，且點(diǎn)火成功率較低。當(dāng)點(diǎn)火成功后，現(xiàn)有技術(shù)又不能及時(shí)調(diào)節(jié)真空環(huán)境(即在高真空與低真空之間自由切換)，使試驗(yàn)達(dá)不到所需的各項(xiàng)參數(shù)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及壓力調(diào)節(jié)方法，實(shí)現(xiàn)高頻感應(yīng)加熱風(fēng)洞所需的真空試驗(yàn)環(huán)境，能夠在高真空與低真空之間自由切換，保證其順利點(diǎn)火和長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括200升/秒真空泵、300升/秒真空泵、600升/秒真空泵、1800升/秒真空泵、5000升/秒真空泵、低真空擋板閥、高真空擋板閥、真空計(jì)、摻氣閥、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電動(dòng)截止閥；

高頻感應(yīng)風(fēng)洞通過(guò)管路和真空計(jì)一端連接，真空計(jì)另一端同時(shí)與摻氣閥的一端和高真空擋板閥進(jìn)口連接，高真空擋板閥的出口通過(guò)管路依次連接5000升/秒真空泵和1800升/秒真空泵，1800升/秒真空泵與低真空擋板閥的一個(gè)出口連接，摻氣閥的另一端與低真空擋板閥的進(jìn)口連接，低真空擋板閥的另一個(gè)出口通過(guò)管路依次連接600升/秒真空泵、300升/秒真空泵和200升/秒真空泵，200升/秒真空泵通過(guò)消音器與大氣連接；

儲(chǔ)水池通過(guò)進(jìn)水管路與300升/秒真空泵和1800升/秒真空泵的進(jìn)水口連接，所述進(jìn)水管路上依次設(shè)置有第一壓力傳感器、電動(dòng)截止閥和第二壓力傳感器，1800升/秒真空泵的出水口與600升/秒真空泵的進(jìn)水口連接，300升/秒真空泵的出水口與200升/秒真空泵的進(jìn)水口連接，600升/秒真空泵的出水口以及200升/秒真空泵的出水口通過(guò)出水管路與儲(chǔ)水池連接。

還包括上位機(jī)控制系統(tǒng)、PLC、溫度傳感器和壓力傳感器，PLC采集每一個(gè)真空泵的電流、電壓數(shù)據(jù)，并傳輸給上位機(jī)控制系統(tǒng)，溫度傳感器采集每一個(gè)真空泵的溫度并傳輸給上位機(jī)控制系統(tǒng)，壓力傳感器采集每一個(gè)真空泵的冷卻水壓力，上位機(jī)控制系統(tǒng)在真空泵的電流、電壓、溫度或冷卻水壓力超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

所述真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有防電磁干擾的屏蔽隔離措施，且在真空泵和PLC之間、PLC和溫度傳感器之間、PLC和壓力傳感器之間均設(shè)計(jì)有光電隔離模塊。

還包括變頻參數(shù)控制模塊，用于設(shè)置或改變各個(gè)真空泵的變頻參數(shù)。

利用所述真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的方法，包括以下步驟：

(5.1)運(yùn)行低真空模式時(shí)，打開(kāi)低真空擋板閥，關(guān)閉高真空擋板閥，開(kāi)啟200升/秒真空泵，使試驗(yàn)段真空度到40～50Kpa，開(kāi)啟300升/秒真空泵，待試驗(yàn)段真空度達(dá)到20～30Kpa，開(kāi)啟600升/秒真空泵，使試驗(yàn)段靜壓穩(wěn)定在20Kpa；

(5.2)運(yùn)行高真空模式時(shí)，重復(fù)步驟(5.1)，待試驗(yàn)段靜壓穩(wěn)定在20Kpa時(shí)，關(guān)閉低真空擋板閥，打開(kāi)高真空擋板閥，開(kāi)啟1800升/秒真空泵，待試驗(yàn)段真空度達(dá)到0.8Kpa以下且穩(wěn)定不變時(shí)，開(kāi)啟5000升/秒真空泵，真空泵組抽氣到設(shè)備極限真空。

所述步驟(5.2)中設(shè)備極限真空壓力小于等于100Pa。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)本發(fā)明通過(guò)雙通路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低真空運(yùn)行和高真空運(yùn)行兩種模式，滿足高頻感應(yīng)風(fēng)洞各種要求下的靜壓要求。普通真空泵組只有單一的通路模式，不具備兩種模式的互相切換，不能滿足高頻感應(yīng)風(fēng)洞的試驗(yàn)要求。

(2)本發(fā)明通過(guò)對(duì)真空泵進(jìn)行防電磁干擾設(shè)計(jì)，滿足在高頻干擾環(huán)境下的正常工作，控制核心部位以及距離高頻感應(yīng)設(shè)備較近部位進(jìn)行特殊防電磁屏蔽材料包裹。相比普通真空泵組，在無(wú)保護(hù)狀態(tài)下被電磁干擾將導(dǎo)致控制模塊失效或損壞，使機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。

(3)本發(fā)明中所用真空泵組通過(guò)高真空模式實(shí)測(cè)靜壓可達(dá)到100Pa以下，滿足高頻感應(yīng)風(fēng)洞的試驗(yàn)要求，此種真空壓力調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)針對(duì)高真空度需求，尤其在地面防熱試驗(yàn)領(lǐng)域有很重要的實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的設(shè)計(jì)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括200升/秒真空泵1、300升/秒真空泵2、600升/秒真空泵3、1800升/秒真空泵4、5000升/秒真空泵5、低真空擋板閥6、高真空擋板閥7、真空計(jì)8、摻氣閥9、第一壓力傳感器10、第二壓力傳感器11和電動(dòng)截止閥12。

高頻感應(yīng)風(fēng)洞通過(guò)管路和真空計(jì)8一端連接，真空計(jì)8另一端同時(shí)與摻氣閥9的一端和高真空擋板閥7進(jìn)口連接，高真空擋板閥7的出口通過(guò)管路依次連接5000升/秒真空泵5和1800升/秒真空泵4，1800升/秒真空泵4與低真空擋板閥6的一個(gè)出口連接，摻氣閥9的另一端與低真空擋板閥6的進(jìn)口連接，低真空擋板閥6的另一個(gè)出口通過(guò)管路依次連接600升/秒真空泵3、300升/秒真空泵2和200升/秒真空泵1，200升/秒真空泵1通過(guò)消音器與大氣聯(lián)通；

儲(chǔ)水池通過(guò)進(jìn)水管路與300升/秒真空泵2和1800升/秒真空泵4的進(jìn)水口連接，所述進(jìn)水管路上依次設(shè)置有第一壓力傳感器10、電動(dòng)截止閥12和第二壓力傳感器11，1800升/秒真空泵4的出水口與600升/秒真空泵3的進(jìn)水口連接，300升/秒真空泵2的出水口與200升/秒真空泵1的進(jìn)水口連接，600升/秒真空泵3的出水口以及200升/秒真空泵1的出水口通過(guò)出水管路與儲(chǔ)水池連接。

每個(gè)真空泵的電流、電壓數(shù)據(jù)采集通過(guò)PLC連入上位機(jī)控制系統(tǒng)，上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置上限值進(jìn)行預(yù)警。真空泵冷卻水壓力通過(guò)壓力傳感器采集后連入上位機(jī)控制系統(tǒng)，真空泵溫度通過(guò)溫度傳感器采集后連入上位機(jī)控制系統(tǒng)，上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置上限值進(jìn)行預(yù)警。所有數(shù)據(jù)均實(shí)時(shí)采集形成文檔保存。

每個(gè)真空泵采用防電磁干擾保護(hù)設(shè)計(jì)，且在真空泵和PLC之間、PLC和各傳感器之間設(shè)計(jì)有光電隔離模塊，信號(hào)通路采用金屬屏蔽線，重要部位如各種傳感器，數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及控制芯片等采用特殊防電磁屏蔽材料包裹。

本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置有變頻參數(shù)控制模塊，用于設(shè)置或改變各個(gè)真空泵的變頻參數(shù)，以保證高精準(zhǔn)度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明低真空模式運(yùn)行指標(biāo)為試驗(yàn)真空環(huán)境為20～100kpa；高真空模式運(yùn)行指標(biāo)：試驗(yàn)真空環(huán)境為≤20kpa。當(dāng)高頻感應(yīng)風(fēng)洞需要低真空度時(shí)(即20～100kpa)，前三組抽力較小的真空泵運(yùn)行；當(dāng)高頻感應(yīng)風(fēng)洞需要高真空度時(shí)(即≤20kpa)，五組真空泵同時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最大抽力，滿足風(fēng)洞運(yùn)行需要。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的真空壓力調(diào)節(jié)方法如下：

在運(yùn)行低真空模式時(shí)，打開(kāi)低真空擋板閥6，關(guān)閉高真空擋板閥7，開(kāi)啟200升/秒真空泵1，使試驗(yàn)段真空度到40～50Kpa區(qū)間，開(kāi)啟300升/秒真空泵2，待試驗(yàn)段真空度達(dá)到20～30Kpa區(qū)間，開(kāi)啟600升/秒真空泵3，試驗(yàn)段靜壓穩(wěn)定在20Kpa，滿足低真空模式條件。

在運(yùn)行高真空模式時(shí)，重復(fù)低真空模式操作，待試驗(yàn)段靜壓穩(wěn)定在20Kpa時(shí)，關(guān)閉低真空擋板閥6，打開(kāi)高真空擋板閥7，開(kāi)啟1800升/秒真空泵4，待試驗(yàn)段真空度達(dá)到0.8Kpa以下且穩(wěn)定不變，開(kāi)啟5000升/秒真空泵5。在不改變變頻參數(shù)的情況下，真空泵組將抽氣到設(shè)備極限真空(實(shí)測(cè)即≤100Pa)。

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，本發(fā)明的真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)在高真空運(yùn)行模式時(shí)除了上面提到的手動(dòng)逐級(jí)啟動(dòng)方式，還有高真空自動(dòng)控制方式。在高真空自動(dòng)控制方式中，200升/秒真空泵、300升/秒真空泵、600升/秒真空泵、1800升/秒真空泵、5000升/秒真空泵每一組泵可以通過(guò)直接點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)圖標(biāo)進(jìn)行啟停操作。也可通過(guò)點(diǎn)擊高真空啟動(dòng)按鈕，每組泵在完成自啟動(dòng)情況下，自動(dòng)啟動(dòng)下一組真空泵組，依次完成五組泵的全部啟動(dòng)。每組泵的啟停通過(guò)PLC連接控制面板，由上位機(jī)操作界面控制，同時(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有操縱柜的直接機(jī)械控制。高真空自動(dòng)控制模式，只需在停機(jī)狀態(tài)下點(diǎn)擊高真空自動(dòng)控制8，系統(tǒng)將自動(dòng)完成高真空模式啟動(dòng)操作，達(dá)到極限真空度并穩(wěn)定壓力。在高真空模式下，改變變頻參數(shù)，可以使真空機(jī)組在5Kpa以下范圍任意參數(shù)保持真空壓力值。

本發(fā)明采用高真空模式與低真空模式的雙通路設(shè)計(jì)，在600升/秒真空泵、1800升/秒真空泵之間設(shè)置分支通路，通過(guò)擋板閥隔離，低真空模式下開(kāi)啟擋板閥，高真空狀態(tài)下關(guān)閉擋板閥；在5000升/秒真空泵后設(shè)置擋板閥，低真空模式下關(guān)閉擋板閥，高真空狀態(tài)下開(kāi)啟擋板閥。兩通路同時(shí)連接高頻感應(yīng)風(fēng)洞洞體。在抽吸量較小的三組真空泵運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)了低真空的穩(wěn)定運(yùn)行；通過(guò)兩組擋板閥的操作，改變氣路通道，實(shí)現(xiàn)五組真空泵同時(shí)運(yùn)行，達(dá)到抽吸真空量最大，實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞高真空狀態(tài)。在高真空模式下，通過(guò)調(diào)節(jié)5000升/秒真空泵的變頻器，實(shí)現(xiàn)高真空度的精確調(diào)節(jié)。同時(shí)又加入了現(xiàn)代化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和手動(dòng)控制的自由切換。通過(guò)對(duì)每組真空泵電壓、電流、冷卻水溫度等信號(hào)的監(jiān)控，做到了運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也為試驗(yàn)運(yùn)行提供了必要的運(yùn)行保障。高頻感應(yīng)技術(shù)具有強(qiáng)電磁干擾特點(diǎn)，會(huì)對(duì)周圍金屬和導(dǎo)體產(chǎn)生加熱和強(qiáng)型號(hào)干擾，此發(fā)明針對(duì)這一特點(diǎn)，在控制設(shè)計(jì)中采用了電磁屏蔽的保護(hù)，有效地隔離了高頻感應(yīng)風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)真空設(shè)備的電磁干擾。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高頻感應(yīng)加熱風(fēng)洞所需的真空試驗(yàn)環(huán)境，保證其順利點(diǎn)火和長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)需要對(duì)洞體內(nèi)真空環(huán)境進(jìn)行精確調(diào)整，并對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)真空參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。針對(duì)高頻感應(yīng)風(fēng)洞強(qiáng)電磁干擾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中進(jìn)行了防電磁干擾的屏蔽隔離措施，解決信號(hào)的干擾與失真。本發(fā)明已經(jīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，能滿足高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力要求，在航天氣動(dòng)熱試驗(yàn)領(lǐng)域具有重要用途。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。