[发明专利]一种风洞洞体抽真空系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞洞体抽真空系统，具体地涉及一种采用大型的、耐高压差气冷罗茨真空泵的风洞洞体抽真空系统。

背景技术

罗茨泵广泛用于真空冶金工业的真空脱气、真空熔炼、钢水真空处理，以及空间模拟、低密度风洞等装置中抽除非腐蚀性气体。也可用于化工、食品、医药、电器制造等工业的蒸馏、蒸发、干燥等生产过程。

罗茨真空泵的结构是由泵壳体、转子、传动部分组成。泵的转子与转子和泵壳之间，存在一定的间隙，其间隙值和相对转动位置由转子的较高加工精度和同步转速来保证。其转子的型线种类很多，如圆弧型、渐开线型、摆线型、综合线型等，不同型线的转子制造的真空泵，它们的容积系数不同，因此真空泵的抽气量、真空度均不同。一般来说，罗茨泵具有以下特点：1、在较宽的压力范围内有较大的抽速；2、设有旁通溢流阀可在大气压力下启动，缩短了抽气时间；3、转子之间，转子与泵腔壁之间有间隙，泵内运动件无摩擦，不必润滑，腔壁内无油；4、转子形状对称，动平衡性能良好，运动平稳，选择高精度的齿轮传动，运动时噪声低；5、结构紧凑，占地面积小，通常选卧式结构，泵腔内气体垂直流动，有利于被抽的灰尘和冷凝物的排除；6、选择适宜的转子型线和精细的研磨加工，可获得较高的容积效率；7、运转维护费用低。罗茨泵的缺点是泵的转子制造困较难，抽除氢气的效果不如油增压泵高。

风洞实验是航天飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。随着国家节能减排方针的出台，一大批高能耗、高污染的真空设备将会被淘汰，低能耗、低污染的真空设备将会出现并代替之，同时这种设备也是未来的发展趋势。

风洞试验时与洞体相连的真空罐体积巨大，有的达7500立方米甚至10000多立方米，并对抽气时间有严格的控制，要求1个小时内把真空罐内的压力从大气压抽到200Pa,在做试验时，要求真空系统的入口压力为100-5000Pa时，真空系统的抽气速率不少于51000L/S(质量流率不少于540克/秒)；并且在不同压力状态下，对真空系统的抽气速率有不同的要求，即当风洞洞体内的压力变化时，真空系统的抽气速率也必须立即跟着变化，这就意味着此真空系统必须要抽速大、且有一定的智能，具备自动调整能力。

目前，国外风洞的驱动系统主要有罗茨水环真空机组、罗茨滑阀真空机组或风机，为达到上述的性能要求，需要几十套同样的真空机组并联后才可使用，这样配置造成机组占地面积大，控制系统复杂，投资成本高。比如奔驰公司的汽车风洞，驱动机组的电动总功率高达4000kW，建造一个这样规模的汽车风洞往往需要耗资数亿美元，甚至10多亿。

国内的风洞驱动系统普遍采用外国的普通罗茨水环真空机组、罗茨滑阀真空机组的配置方式来满足风洞试验的需要，但由于国内普通罗茨真空泵的最大允许压差比国外的普通罗茨泵的最大允许压差小，仅为20-60Torr左右，必须由前级泵将系统抽到很高真空度后才能起动罗茨真空泵，因此预抽时间比较长，必须增大前级泵的抽速才能满足风洞试验，相比国外的真空机组进一步增加了成本及能耗。现有技术大多采用液环泵+气冷罗茨真空泵+带旁通阀罗茨真空泵+带旁通阀罗茨真空泵的四级机组的配置方式，但由于液环泵工作液的温度控制问题及排污问题都会增加投资成本及运行成本。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提出一种风洞洞体抽真空系统，该系统与普通的罗茨真空泵不同，它采用的气冷罗茨真空泵的最大压差须能承受8.7×10⁴Pa，因此泵不但有一个进气口和一个排气口，而且为了在高压差下运行时保持泵本身的热平衡，在泵的两侧各设置了一个返冷气口。在高的入口压力下，由于分子的自由程较短，为减少气体分子的返流设计了一种较宽齿顶的转子型线。为保证运转过程中总间隙一定的情况下,最大地提高抽气效率并能使泵安全长期运行，泵的轴承的活动端采用了消除轴承游隙的结构来轴向固定。

本系统罗茨泵的溢流阀的排气口尺寸与泵进行了匹配计算、溢流阀内的阀芯导向、密封、重量问题，解决真空系统在工作过程中产生过压缩导致泵及电机负荷极度上升的现象。