一种分体式抽真空装置

技术领域

本发明涉及低温绝热气瓶和低温储罐领域，尤其涉及一种分体式抽真空装置。

背景技术

低温绝热气瓶又名杜瓦瓶，可用于储存液态氮气、液态氧气、液态天然气等低温液体(也可称为低温液态气体)；低温绝热气瓶采用真空双层绝热方式，内外容器之间的密封夹层为真空绝热层，以实现液态气体较长时间的储存；

低温储罐是用于储存液态氧、氮、氩气等介质的双层真空绝热储罐，其内胆采用奥氏体不锈钢，夹套采用低碳钢或低合金钢，储罐中间的夹层填充珠光砂，然后对夹层抽真空，达到绝热效果。

目前，低温绝热气瓶和低温储罐进行在线抽真空的设备绝大多数为机械泵和分子泵一体的抽真空装置，该抽真空装置适用于对低温绝热气瓶的抽真空，但并不适用于所有形式的低温储罐抽真空；

低温储罐包括两种绝热形式：高真空多层缠绕绝热形式和珠光砂绝热形式；高真空多层缠绕绝热形式均为较高真空度，可以采用机械泵和分子泵一体式的抽真空装置进行抽真空；珠光砂绝热形式为较低真空度，当对珠光砂绝热形式的低温储罐抽真空时不能使用分子泵，因为细小的珠光砂如果被分子泵抽入腔体会污染分子泵，同时可能对分子泵的转子造成致命的损伤。因此，现有的一体式抽真空装置的结构状态通用性不高，不能针对珠光砂绝热形式的低温储罐进行抽真空。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是公开一种分体式抽真空装置，以实现既能适用于低温绝热气瓶的抽真空，又能同时适用于各种绝热形式的低温储罐的抽真空的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种分体式抽真空装置，包括机械泵机组和分子泵机组，所述机械泵机组包括机械泵体，与机械泵体连接的控制模块，承载机械泵体和控制模块的机械泵框架小车；所述分子泵机组包括分子泵泵体，与分子泵泵体连接的真空五通和分子泵控制器，以及承载分子泵泵体和分子泵控制器的分子泵框架小车；

其中，所述机械泵体的进气口安装有真空三通，所述真空三通分别连接有用于测量真空度的第一电阻规和真空软管；所述真空软管与分子泵泵体连接以实现联动；所述控制模块包括控制机械泵机组和分子泵机组的PLC一体机，以及分别与机械泵机组和分子泵机组连接的电控模块。

通过上述技术方案，本发明的分体式抽真空装置是将市场上现有的一体式结构的抽真空机组分成单独的两部分，一部分是机械泵机组，另外一部分是分子泵机组，可以针对低温绝热气瓶和多层缠绕真空绝热形式的低温储罐配套使用抽真空，也可以单独使用机械泵机组对珠光砂真空绝热形式的低温储罐进行抽真空，提高通用性和使用过程的灵活性。

进一步地，所述电控模块包括电源组件、与电源组件连接的电器组件、以及与电器组件连接的接口组件；其中电源组件同时供电于机械泵机组和分子泵机组。

进一步地，所述电源组件包括220V的机械泵直流电源、96V的分子泵电源、以及安装于所述机械泵框架小车内的电压转换器。

进一步地，所述电器组件包括安装于机械泵机组内的第一电离规、真空计。

进一步地，所述电器组件还包括安装于分子泵机组内的第二电阻规、电离规、485通讯、收集极以及分子泵外控。

进一步地，所述接口组件包括与所述电器组件连接的系统开关，与第一电阻规连接的电阻规通讯接口，与电离规连接的电离规通讯接口。

进一步地，所述接口组件还包括收集极接口、分子泵电源接口、485通讯接口、分子泵外控接口；其中第二电阻规和电阻规通讯接口连接，电离规与电离规通讯接口连接；所述485通讯、收集极、分子泵电源、分子泵外控分别与485通讯接口、收集极接口、分子泵电源接口、分子泵外控接口对应连接。

通过上述技术方案，分子泵机组设置有电离规、电阻规、485通讯、收集极、分子泵电源、分子泵外控对应的插头与各接口对应连接，以实现机械泵机组控制分子泵机组的目的。

进一步地，所述电器组件还包括安装于机械泵机组内的空开、电源插座、漏电保护器、以及与真空计连接的真空计电路板。

进一步地，所述电器组件还包括连接所述分子泵控制器的分子泵驱动器，且所述分子泵控制器与分子泵电源接口连接。

通过上述技术方案，本发明的分子泵控制器具有电压转换器的作用，即将220V电压转换成96V电压再供给分子泵启动。

进一步地，所述分子泵驱动器通过继电器组与PLC一体机连接。

通过上述技术方案，市场上便携式抽真空机组基本不带PLC控制，个别有PLC控制的也都是使用PLC主机再单独搭配二次仪表使用，这样零部件至少有PLC主机和显示屏幕，占据机箱较大安装空间导致机箱无法做小做轻。本发明采用浩纳尔PLC一体机，体积十分小巧且自带显示屏幕，纵深较短，不占用机箱空间，方便编程和面板安装。并且本发明的PLC控制程序主要考虑节省操作人员等待时间；

具体地，分子泵的启动要求是要在真空状态下开启的，一般真空度低于10Pa才可以开启分子泵，否则容易造成分子泵转子的损坏，而我们的环境大气压是101.325KPa，要想分子泵启动必须先用机械泵从环境大气压开始抽真空，到10Pa以下需要一定的时间，而这段时间是需要操作人员等待的；即当抽真空结束后需要先关闭分子泵，待分子泵转速降到0以后才可以关闭机械泵，目的是为了让分子泵前端是有定的负压，来保证分子泵转速缓慢降低，从而延长分子泵使用寿命，往往这段时间大概也需要20-30分钟左右，如果是磁悬浮的分子泵转速降到0的时间会更长；我们考虑到这两个需要操作人员等待的时间点基本都是无效率的等待，所以通过PLC编程实现自动化控制，这样就不需要人员在设备旁边等待，系统可自动完成分子泵开启和机械泵关闭。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的分体式抽真空装置是将市场上现有的一体式结构的抽真空机组分成单独的两部分，一部分是机械泵机组，另外一部分是分子泵机组，可以针对低温绝热气瓶和多层缠绕真空绝热形式的低温储罐配套使用抽真空，也可以单独使用机械泵机组对珠光砂真空绝热形式的低温储罐进行抽真空，提高通用性和使用过程的灵活性。

附图说明

图1是本发明体现机械泵机组的结构示意图；

图2是本发明体现机械泵机组接口组件的结构示意图；

图3是本发明体现机械泵组电路模块的结构示意图；

图4是本发明体现机械泵组电路模块的电路图；

图5是本发明体现机械泵机组和分子泵机组的结构示意图；

图6是本发明体现分子泵机组的结构示意图；

图7是本发明体现机械泵机组和分子泵机组联动的结示意图。

图中，1、机械泵机组；11、机械泵体；12、PLC一体机；13、接口组件；131、电阻规通讯接口；132、电离规通讯接口；133、收集极接口；134、分子泵电源接口；135、485通讯接口；136、分子泵外控接口；137、系统开关；138、真空计；139、第一电阻规；14、电控模块；141、继电器组；142、电源组件；143、分子泵驱动器；144、分子泵控制器；145、空开；146、真空计电路板；147、漏电保护器；148、电源插座；15、真空三通；16、真空角阀；17、真空软管；18、机械泵框架小车；19、机械泵体出气口；2、分子泵机组；21、分子泵泵体；22、五通；23、分子泵框架小车；24、分子泵出气口；26、电离规；28、第二电阻规。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种分体式抽真空装置，如图1、图5及图7所示，包括机械泵机组1和分子泵机组2，机械泵机组1包括机械泵体11，与机械泵体11连接的控制模块，承载机械泵体11和控制模块的机械泵框架小车18；分子泵机组2包括分子泵泵体21，与分子泵泵体21连接的真空五通和分子泵控制器144，以及承载分子泵泵体21和分子泵控制器144的分子泵框架小车23；其中，机械泵体11的进气口安装有真空三通15，真空三通15分别连接有用于测量真空度的第一电阻规139和真空软管17；真空软管17与分子泵泵体21连接以实现联动；

如图5所示，控制模块包括控制机械泵机组1和分子泵机组2的PLC一体机12，以及分别与机械泵机组1和分子泵机组2连接的电控模块14。

具体地，如图1和图2所示，机械泵体11的进气口处安装有真空三通15，真空三通15的两通分别与第一电阻规139和真空角阀16连接，沿真空角阀16的出口连接有与珠光砂真空绝热形式的低温储罐(图中未示出)连通的真空软管17；。

如图2、图3及图4所示，接口组件13包括电阻规通讯接口131、电离规通讯接口132、收集极接口133、分子泵电源接口134、485通讯接口135、分子泵外控接口136、真空计138以及系统开关137；使用时，为了真空计138能够实时监控机械泵机组1抽真空时的真空度，将第一电阻规139、真空计138之间连接，以监测机械泵机组1低真空时的真空度数值；其中，PLC一体机上的MJ2接口与485通讯接口135连接，485通讯接口135的另一端连接到分子泵驱动器143的“RS485”接口，则PLC一体机12便能够读取分子泵驱动器143上的相关数据；同时PLC一体机上的Q2点连接继电器组141，继电器组141连接分子泵外控接口136，分子泵外控接口136的另一端连接分子泵驱动器143的外控输入，并通过PLC一体机12的PLC编程来驱动继电器组141的吸合和断开，从而实现自动开启分子泵机组2的目的。

如图1、图3及图4所示，电控模块14包括电源组件、与电源组件连接的电器组件、以及与电器组件连接的接口组件13；其中电源组件同时供电于机械泵机组1和分子泵机组2。

在上述方案的基础上，电源组件142包括220V的机械泵直流电源、96V的分子泵电源、以及安装于机械泵框架小车18内的电压转换器。

如图1、图2、图3及图4所示，电器组件包括安装于机械泵机组1内的第一电离规、真空计138；安装于分子泵机组2内的第二电阻规28、电离规26、485通讯、收集极以及分子泵外控；其中系统开关137与电器组件连接，电阻规通讯接口131与第一电阻规139连接，电离规通讯接口132与电离规26连接，第二电阻规28和电阻规通讯接口131连接；而分子泵机组2中的485通讯、收集极、分子泵电源、分子泵外控分别与485通讯接口135、收集极接口133、分子泵电源接口134、分子泵外控接口136对应连接。

在上述方案的基础上，电器组件还包括安装于机械泵机组1内的空开145、电源插座148、漏电保护器147、以及与真空计138连接的真空计电路板146。

在上述方案的基础上，如图1、图2、图3及图4所示，电器组件还包括连接分子泵控制器144的分子泵驱动器143，且分子泵控制器144与分子泵电源接口134连接；分子泵驱动器143通过继电器组141与PLC一体机12连接；其中继电器组141包括24v继电器①和24v继电器②，机械泵体11的电源线与24v继电器①电连接，24v继电器①与电源组件142、24v继电器②、空开145以及PLC一体机12形成电回路；24v继电器②分别与分子泵驱动器143、真空计电路板146、触摸屏PLC一体机以及分子泵控制器形成电回路，以实现PLC一体机12控制分子泵控制器144的目的；其中电控模块14还包括用于防止漏电的漏电保护器147，以及用于各电器组件与电控模块14电连接的电源插座148。针对珠光砂真空绝热形式的低温储罐，单独采用机械泵机组1进行抽真空的具体操作如下：

该机械泵机组1适用于珠光砂真空绝热形式的低温储罐及真空度要求不高于0.1Pa的情况下使用，将真空软管17的一端固接于真空角阀16的进口端，其另一端与珠光砂真空绝热形式的低温储罐的出气口连通；按下系统开关137以开启机械泵机组1，即机械泵体11启动，真空计138显示机械泵体11实时抽真空的真空度；当机械泵体11抽真空时得到的真空度数值达到PLC一体机12设定的分子泵机组2的启动值时，PLC一体机12传输信号给分子泵控制器144，使其控制分子泵机组2自动启动；当需要停止抽真空操作时，待分子泵机组2的转速降为0时，机械泵机组1在PLC一体机12的控制下，直接自动关闭机械泵机组1的电源。

在上述方案的基础上，优选地，机械泵体11与机械泵框架小车18通过紧固螺栓固定连接；

在上述方案的基础上，如图5、图6及图7所示，分子泵机组2包括分子泵体21，安装于分子泵体21进气口的五通22，沿五通22的上通安装有电离规26，沿五通22的对称两通安装有真空角阀16，机械泵机组1的真空三通15与分子泵出气口24之间通过真空软管17连通，沿五通22中的另一通安装有第二电阻规28。为了便于机械泵机组1控制分子泵机组2，将机械泵机组1的电源连接到分子泵控制器(类似降压器)的输入接口，从分子泵控制器144的输出接口连接到接口组件13上的分子泵电源接口134，分子泵电源接口134的另一端连接到分子泵驱动器143，进而实现给分子泵机组提供电源驱动分子泵机组2工作，进而通过PLC一体机对分子泵机组2的自动控制。并且，为了便于分子泵机组2的整体移动，将分子泵机组2整体安装于分子泵框架小车23上。

在上述方案的基础上，真空计138是显示真空度的仪器，真空度的数值由电阻规和电离规读取，并将读取的数值显示在真空计138上；具体地，第一电阻规139用于读取机械泵机组1的真空度数值；第二电阻规28和电离规26用于读取分子泵机组2的真空度数值；并且，电阻规监测的是低真空度，测量范围是1.0x10

在上述方案的基础上，电离规26监测的是高真空度，其测量范围是1.0x10

在上述方案的基础上，电阻规和电离规是将空气分子电离，产生电流，与收集极接口133连接的收集极是捕捉这些电流从而推算出真空度，空气中电流越大，真空度越低，电流越小，真空度越高。

在上述方案的基础上，机械泵机组1的启动电压是220V，分子泵机组2的启动电压是96V，所以机械泵和分子泵同时供220V的电压只能启动机械泵体11，无法启动分子泵泵体21，所以需要一个分子泵控制器144将220V电压转换成96V电压再供给分子泵启动。

在上述方案的基础上，485通讯是PLC一体机12读取分子泵驱动器143上分子泵转速、电压、电流等相关数据的，从而通过PLC一体机的编程控制继电器组141的开启和关闭来自动驱动分子泵机组2的开启和关闭。

针对低温绝热气瓶和多层缠绕高真空低温储罐以及真空度需求较高的被抽真空气瓶抽真空或重新抽真空使用时，具体操作过程如下：

将真空软管17的两端分别与真空三通15和分子泵出气口24连通，以形成整套真空系统；并将分子泵机组2中的电离规、第二电阻规、485通讯、收集极、分子泵电源、分子泵外控对应的插头与机械泵机组1的接口组件13对应的接口连接；在PLC一体机12上输入分子泵泵体21的启动真空度，当机械泵机组1启动后真空度达到设定值时，分子泵机组2可通过485通讯接口135自动启动，当抽到所需真空度后关闭分子泵机组2，分子泵泵体21转速逐渐下降需要一定的时间，当分子泵泵体21转速为0后，机械泵机组1可自动关闭。由于分子泵机组2的启动要求在真空状态下开启，即真空度低于10Pa才开启分子泵，否则容易造成分子泵转子的损坏；当抽真空结束后需要先关闭分子泵，待分子泵转速降到0以后才可以关闭机械泵，目的是为了让分子泵前端是有定的负压，来保证分子泵转速缓慢降低，从而延长分子泵使用寿命，往往这段时间大概也需要20-30分钟左右，如果是磁悬浮的分子泵转速降到0的时间会更长；因此，通过PLC编程实现自动化控制，这样就不需要人员在设备旁边等待，系统可自动完成分子泵机组2开启和机械泵机组1关闭。并且基于PLC一体机12这种自动模式只需要操作者按一次机械泵机组1启动和分子泵机组2停止的按键，不需要其他复杂操作过程。

在上述方案的基础上，基于现有的便携式抽真空机组的机械泵机组和分子泵机组占据机箱较大安装空间，导致机箱无法做小做轻；本发明的PLC一体机采用的是浩纳尔PLC一体机，其体积十分小巧且自带显示屏幕，纵深较短，也不占用机箱空间，方便编程和面板的安装。

在上述方案的基础上，优选地，真空软管17选用的是金属材质的波纹管；

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。