[發明專利]高頻感應風洞真空壓力調節系統及壓力調節方法

在審

• 申請號: 201710104210.9
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106768811A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 林國勝;鄭魯平;陳海群;陳連忠
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發明涉及高頻感應風洞真空壓力調節系統及壓力調節方法，屬于航天地面模擬試驗風洞技術領域。

背景技術

高頻感應加熱風洞是為了滿足高焓、高熱流而研發的新型地面防熱試驗平臺，它具有流場穩定、加熱氣體純凈、高焓值等特點，是一種新型航天地面防熱模擬試驗技術。為保證此風洞的運行，真空條件是決定性因素之一。高頻感應風洞真空壓力調節的控制方法正是保證試驗點火和運行的關鍵技術。

由于高頻感應風洞需要高真空啟動，同時又需要在低真空環境中進行長時間試驗，現有技術的高頻感應風洞大多數滿足不了100Pa以下高真空啟動，會頻繁損壞加熱器主體器件，且點火成功率較低。當點火成功后，現有技術又不能及時調節真空環境(即在高真空與低真空之間自由切換)，使試驗達不到所需的各項參數狀態。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供高頻感應風洞真空壓力調節系統及壓力調節方法，實現高頻感應加熱風洞所需的真空試驗環境，能夠在高真空與低真空之間自由切換，保證其順利點火和長時間試驗的穩定運行。

本發明的技術解決方案是：高頻感應風洞真空壓力調節系統，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、摻氣閥、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電動截止閥；

高頻感應風洞通過管路和真空計一端連接，真空計另一端同時與摻氣閥的一端和高真空擋板閥進口連接，高真空擋板閥的出口通過管路依次連接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出口連接，摻氣閥的另一端與低真空擋板閥的進口連接，低真空擋板閥的另一個出口通過管路依次連接600升/秒真空泵、300升/秒真空泵和200升/秒真空泵，200升/秒真空泵通過消音器與大氣連接；

儲水池通過進水管路與300升/秒真空泵和1800升/秒真空泵的進水口連接，所述進水管路上依次設置有第一壓力傳感器、電動截止閥和第二壓力傳感器，1800升/秒真空泵的出水口與600升/秒真空泵的進水口連接，300升/秒真空泵的出水口與200升/秒真空泵的進水口連接，600升/秒真空泵的出水口以及200升/秒真空泵的出水口通過出水管路與儲水池連接。

還包括上位機控制系統、PLC、溫度傳感器和壓力傳感器，PLC采集每一個真空泵的電流、電壓數據，并傳輸給上位機控制系統，溫度傳感器采集每一個真空泵的溫度并傳輸給上位機控制系統，壓力傳感器采集每一個真空泵的冷卻水壓力，上位機控制系統在真空泵的電流、電壓、溫度或冷卻水壓力超過預設的閾值時進行報警。

所述真空壓力調節系統設計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計有光電隔離模塊。

還包括變頻參數控制模塊，用于設置或改變各個真空泵的變頻參數。

利用所述真空壓力調節系統進行壓力調節的方法，包括以下步驟：

(5.1)運行低真空模式時，打開低真空擋板閥，關閉高真空擋板閥，開啟200升/秒真空泵，使試驗段真空度到40～50Kpa，開啟300升/秒真空泵，待試驗段真空度達到20～30Kpa，開啟600升/秒真空泵，使試驗段靜壓穩定在20Kpa；

(5.2)運行高真空模式時，重復步驟(5.1)，待試驗段靜壓穩定在20Kpa時，關閉低真空擋板閥，打開高真空擋板閥，開啟1800升/秒真空泵，待試驗段真空度達到0.8Kpa以下且穩定不變時，開啟5000升/秒真空泵，真空泵組抽氣到設備極限真空。

所述步驟(5.2)中設備極限真空壓力小于等于100Pa。

本發明與現有技術相比的優點如下：

(1)本發明通過雙通路設計，實現低真空運行和高真空運行兩種模式，滿足高頻感應風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，不能滿足高頻感應風洞的試驗要求。

(2)本發明通過對真空泵進行防電磁干擾設計，滿足在高頻干擾環境下的正常工作，控制核心部位以及距離高頻感應設備較近部位進行特殊防電磁屏蔽材料包裹。相比普通真空泵組，在無保護狀態下被電磁干擾將導致控制模塊失效或損壞，使機組無法正常運行。

(3)本發明中所用真空泵組通過高真空模式實測靜壓可達到100Pa以下，滿足高頻感應風洞的試驗要求，此種真空壓力調節控制設計針對高真空度需求，尤其在地面防熱試驗領域有很重要的實用價值。