[发明专利]用于大口径自屏蔽低温泵的低温屏蔽结构

说明书

技术领域

本发明属于低温真空技术领域，具体来说，本发明涉及一种用于大口径自屏蔽低温泵的低温屏蔽结构。

背景技术

低温泵是一种利用20K以下的超低温冷板冷凝和吸附气体来获得高真空的高真空泵。由于作为低温泵超低温冷板冷源的制冷机功率通常比较小，低温泵通常采用冷屏加障板的形式作为低温屏蔽结构低温屏蔽结构对冷板进行热屏蔽。

目前，国内外一般商用低温泵的低温屏蔽结构的形式比较简单，利用制冷机的一级通过简单连接的方式即可满足冷板对低温屏蔽的要求。例如参见图1，图1显示了现有技术中的商用低温泵的一级屏蔽冷量传输路径的示意图，其中，这里描述图1所示的内容，包括低温泵的结构及其制冷方式。而对于大口径的低温泵，例如口径大于900mm的低温泵，这种简单连接的方式就不再满足要求了。一方面，大口径自屏蔽低温泵尺寸的增大导致传热路径的加长，低温泵底部的制冷机冷量不能有效的传递给热负荷最大的障板；另一方面，由于制冷机功率的限制，低温屏蔽结构所需的制冷量需要由多个制冷机联合提供，这样就必须保证低温泵的各个制冷机的热负荷和热应力在许可范围之内，同时避免热胀冷缩效应对制冷机的影响。

对于大口径的低温泵国内外现有技术采用液氮作为低温屏蔽结构的冷源，液氮预冷型低温泵的结构通常包括一个制冷机、泵壳、由液氮冷却的低温屏蔽结构、一个冷板等组成。液氮预冷型低温泵利用液氮提供80K左右的冷屏蔽，为冷板提供冷背景，并冷凝大量水汽等，保证冷板具备持续抽气能力。液氮预冷型低温泵的运行需要持续的液氮供应，需要给低温泵额外配置液氮储存容器及管路系统，在缺乏建设液氮供给的条件时，低温泵就无法正常运行。

为了在缺乏液氮供给的条件下提供大口径的低温泵，同时克服现有自屏蔽低温泵低温屏蔽结构无法应用于大口径自屏蔽低温泵的缺点，需研制一种能够满足大口径自屏蔽低温泵需求的低温屏蔽结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有自屏蔽低温泵低温屏蔽结构不能满足大口径自屏蔽低温泵需求的缺点，从而提出一种能够平衡制冷机热应力和热负载、缩短降温时间，且最高温度低于130K的低温泵低温屏蔽结构。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

大口径自屏蔽低温泵的低温屏蔽结构，包括冷屏I、冷屏II、隔热垫、障板和导热板，冷屏I、冷屏II、隔热垫以及障板均分为对称的左右两个部分，左右部分之间通过导热板连接，冷屏I与冷屏II之间的对接部分使用隔热垫进行热隔离，导热板将冷屏I、冷屏II以及障板形成的空间分开为两个部分，每个空间设置有障板，障板为百叶窗的结构，障板的叶片采用60°非均匀斜排列设置，冷屏II的的底面分别开有法兰口用于安装两级制冷机，导热板设置了法兰盘用于安装单级制冷机。其中，导热板将空间分成对称的两部分。

其中，障板为百叶窗的结构，障板的叶片采用60°非均匀斜排列设置。

进一步地，障板叶片的尺寸和间距，保证大口径自屏蔽低温泵的两个冷板的一次光学屏蔽。

其中，冷屏II与冷屏I两部分的质量分割比例为1:2。

其中，冷屏II具有热应力缓冲结构，将冷屏II分割为对称的两个部分，然后采用两片对叠放置的L形连接片将冷屏II的两个部分拼接起来。

进一步地，连接片优选为经过退火处理的无氧铜薄铜片，优选为0.5mm厚。

其中，导热板为中央厚，两边薄的板结构。

该屏蔽结构改变了传统低温泵的冷量传输路径，使得热负荷最大的障板首先获得制冷机的冷量，使低温泵的冷屏和障板获得更优的温度分布；将低温屏蔽结构在热力学上分割为两个部分，两部分之间进行热隔离，保障两级制冷机受到较小的热冲击影响，同时优选两部分的质量分割比例为1:2，可以充分利用制冷机的制冷能力，保障低温泵的低温屏蔽结构的降温时间在许可范围之内；屏蔽结构采用了对称设计保证低温泵的各个制冷机的热负荷和热应力在许可范围之内，避免了热胀冷缩效应对制冷机的影响；本结构采用了优选的障板叶片尺寸和间距，对大口径自屏蔽低温泵的两个冷板提供一次光学屏蔽，同时满足低温泵对流导的要求。

附图说明

图1为现有技术中典型的商用低温泵的一级屏蔽冷量传输路径示意图；

其中，1、障板；2、冷屏；3、制冷机；

其中，箭头表示制冷机冷量传输方向；

图2为本发明提出的大口径低温泵的低温屏蔽冷量传输路径及结构示意图；

其中，4、障板叶片；5、冷屏I；6、隔热垫；7、冷屏II；8、两级制冷机；9、单级制冷机；10、导热板；

其中，箭头表示制冷机冷量传输方向；