[發(fā)明專利]用于大口徑自屏蔽低溫泵的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN107542643A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙月帥;孫立臣;邵容平;孫偉;任國華;王勇;綦磊;李文斌;李征
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號: F04B37/08
• 分類號: F04B37/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫真空技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種用于大口徑自屏蔽低溫泵的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

低溫泵是一種利用20K以下的超低溫冷板冷凝和吸附氣體來獲得高真空的高真空泵。由于作為低溫泵超低溫冷板冷源的制冷機(jī)功率通常比較小，低溫泵通常采用冷屏加障板的形式作為低溫屏蔽結(jié)構(gòu)低溫屏蔽結(jié)構(gòu)對冷板進(jìn)行熱屏蔽。

目前，國內(nèi)外一般商用低溫泵的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)的形式比較簡單，利用制冷機(jī)的一級通過簡單連接的方式即可滿足冷板對低溫屏蔽的要求。例如參見圖1，圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的商用低溫泵的一級屏蔽冷量傳輸路徑的示意圖，其中，這里描述圖1所示的內(nèi)容，包括低溫泵的結(jié)構(gòu)及其制冷方式。而對于大口徑的低溫泵，例如口徑大于900mm的低溫泵，這種簡單連接的方式就不再滿足要求了。一方面，大口徑自屏蔽低溫泵尺寸的增大導(dǎo)致傳熱路徑的加長，低溫泵底部的制冷機(jī)冷量不能有效的傳遞給熱負(fù)荷最大的障板；另一方面，由于制冷機(jī)功率的限制，低溫屏蔽結(jié)構(gòu)所需的制冷量需要由多個制冷機(jī)聯(lián)合提供，這樣就必須保證低溫泵的各個制冷機(jī)的熱負(fù)荷和熱應(yīng)力在許可范圍之內(nèi)，同時避免熱脹冷縮效應(yīng)對制冷機(jī)的影響。

對于大口徑的低溫泵國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)采用液氮作為低溫屏蔽結(jié)構(gòu)的冷源，液氮預(yù)冷型低溫泵的結(jié)構(gòu)通常包括一個制冷機(jī)、泵殼、由液氮冷卻的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)、一個冷板等組成。液氮預(yù)冷型低溫泵利用液氮提供80K左右的冷屏蔽，為冷板提供冷背景，并冷凝大量水汽等，保證冷板具備持續(xù)抽氣能力。液氮預(yù)冷型低溫泵的運行需要持續(xù)的液氮供應(yīng)，需要給低溫泵額外配置液氮儲存容器及管路系統(tǒng)，在缺乏建設(shè)液氮供給的條件時，低溫泵就無法正常運行。

為了在缺乏液氮供給的條件下提供大口徑的低溫泵，同時克服現(xiàn)有自屏蔽低溫泵低溫屏蔽結(jié)構(gòu)無法應(yīng)用于大口徑自屏蔽低溫泵的缺點，需研制一種能夠滿足大口徑自屏蔽低溫泵需求的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有自屏蔽低溫泵低溫屏蔽結(jié)構(gòu)不能滿足大口徑自屏蔽低溫泵需求的缺點，從而提出一種能夠平衡制冷機(jī)熱應(yīng)力和熱負(fù)載、縮短降溫時間，且最高溫度低于130K的低溫泵低溫屏蔽結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

大口徑自屏蔽低溫泵的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)，包括冷屏I、冷屏II、隔熱墊、障板和導(dǎo)熱板，冷屏I、冷屏II、隔熱墊以及障板均分為對稱的左右兩個部分，左右部分之間通過導(dǎo)熱板連接，冷屏I與冷屏II之間的對接部分使用隔熱墊進(jìn)行熱隔離，導(dǎo)熱板將冷屏I、冷屏II以及障板形成的空間分開為兩個部分，每個空間設(shè)置有障板，障板為百葉窗的結(jié)構(gòu)，障板的葉片采用60°非均勻斜排列設(shè)置，冷屏II的的底面分別開有法蘭口用于安裝兩級制冷機(jī)，導(dǎo)熱板設(shè)置了法蘭盤用于安裝單級制冷機(jī)。其中，導(dǎo)熱板將空間分成對稱的兩部分。

其中，障板為百葉窗的結(jié)構(gòu)，障板的葉片采用60°非均勻斜排列設(shè)置。

進(jìn)一步地，障板葉片的尺寸和間距，保證大口徑自屏蔽低溫泵的兩個冷板的一次光學(xué)屏蔽。

其中，冷屏II與冷屏I兩部分的質(zhì)量分割比例為1:2。

其中，冷屏II具有熱應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)，將冷屏II分割為對稱的兩個部分，然后采用兩片對疊放置的L形連接片將冷屏II的兩個部分拼接起來。

進(jìn)一步地，連接片優(yōu)選為經(jīng)過退火處理的無氧銅薄銅片，優(yōu)選為0.5mm厚。

其中，導(dǎo)熱板為中央厚，兩邊薄的板結(jié)構(gòu)。

該屏蔽結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)低溫泵的冷量傳輸路徑，使得熱負(fù)荷最大的障板首先獲得制冷機(jī)的冷量，使低溫泵的冷屏和障板獲得更優(yōu)的溫度分布；將低溫屏蔽結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上分割為兩個部分，兩部分之間進(jìn)行熱隔離，保障兩級制冷機(jī)受到較小的熱沖擊影響，同時優(yōu)選兩部分的質(zhì)量分割比例為1:2，可以充分利用制冷機(jī)的制冷能力，保障低溫泵的低溫屏蔽結(jié)構(gòu)的降溫時間在許可范圍之內(nèi)；屏蔽結(jié)構(gòu)采用了對稱設(shè)計保證低溫泵的各個制冷機(jī)的熱負(fù)荷和熱應(yīng)力在許可范圍之內(nèi)，避免了熱脹冷縮效應(yīng)對制冷機(jī)的影響；本結(jié)構(gòu)采用了優(yōu)選的障板葉片尺寸和間距，對大口徑自屏蔽低溫泵的兩個冷板提供一次光學(xué)屏蔽，同時滿足低溫泵對流導(dǎo)的要求。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中典型的商用低溫泵的一級屏蔽冷量傳輸路徑示意圖；

其中，1、障板；2、冷屏；3、制冷機(jī)；

其中，箭頭表示制冷機(jī)冷量傳輸方向；

圖2為本發(fā)明提出的大口徑低溫泵的低溫屏蔽冷量傳輸路徑及結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，4、障板葉片；5、冷屏I；6、隔熱墊；7、冷屏II；8、兩級制冷機(jī)；9、單級制冷機(jī)；10、導(dǎo)熱板；

其中，箭頭表示制冷機(jī)冷量傳輸方向；