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真空技术概述: wusaite 2019-7-31 10:30; 真空技术概述伍赛特在工程上，系统的绝对压力小于当地大气压力时，系统就处于真空状态（理论物理学中，真空指不存在任何实粒子，同时场的能量处于最低状态的空间）。一般可将其分为：粗真空系统，其压力大于 1330 Pa ；低真空系统，压力介于 0.13 ～ 1330 Pa 之间；高真空系统，压力介于 1.3 × 10 -6 ～ 0.13 Pa 之间；超高真空系统，压力介于 1.3 × 10 -11 ～ 1.3 × 10 -6 Pa 之间；极高真空系统，压力低于 1.3 × 10 -11 Pa 真空技术广泛应用于各种工艺过程，如真空冶炼炉、 RH 真空处理、真空喷涂、真空蒸馏、真空浓缩、真空焊接、真空浇铸、真空镀膜、真空表面处理、真空阴极射线管、真空干燥、真空火菌、食品包装、太阳能的开发和利用、粒子加速器、受控核聚变以及航天等等。用来获得并测量有特定要求的真空度的抽气系统称为真空系统。应用于各种不同工艺过程的真空系统，种类繁多，主要分为两类。一是动态真空系统，这种系统依靠真空获得设备的连续运行，不断地排出进入系统的气体来获得稳定的真空，系统内有气体流动，各处压力有所不同。二是静态真空系统，它没有任何与外界贯通点，真空建立后不要真空泵就可以长时间维持不变，系统内压力处处相等真空系统通常由真空设备本体（如真空炉、真空容器等）、真空泵、冷阱、真空导管、阀门、真空计、波纹管和过滤器等组成。真空泵是真空系统的心脏，工业上一般使用机械式真空泵、增压泵和扩散泵。机械泵包括旋片泵、定片泵、滑阀泵、水环泵、螺杆泵等，可单独作为低真空系统的主泵，也可作为高真空系统的前置泵。扩散泵工作压力在 6.7 × 10 -4 ～ 1.3 × 10 -1 Pa （无冷阱）和 1.3 × 10 -7 ～ 1.3 × 10 -5 Pa （有冷阱）之间，可以作为高真空系统的主泵，运行时必须配有前置泵。机械泵在 1 Pa 以下作性能较差，为了更好地与扩散泵配合，在机械泵和扩散泵之间可设置增压泵，增压泵可以选用罗茨泵和油增压泵等。对于超高和极高真空系统，有分子泵、吸气泵、钛泵和低温泵等可供选择。真空系统所用的材料可分为结构和辅助材料。前者是构成真空系统的主要材料，它将真空与大气隔开，承受大气压力，一般是金属和 / 或玻璃。后者指弹性密封材料、绝缘材料、金属密封材料吸附剂（用于吸水、挡油和吸气的物理的、物理化学的和化学的吸附剂）和真空油脂材料（真空泵油、真空脂、真空泥、真空蜡、真空漆、真空密封胶）等等。随着科学技术的发展，特别是计算机微电子、生物工程、材料科学、表面科学、航天和航海工程等领域的快速发展，对真空科学的要求越来越高。例如，在纳米级电子材料和元器件的开发中，不仅要求真空系统达到超高真空和真空气氛清洁无油，而且要耐腐蚀、耐粉尘。为此，制造各种干式泵、耐腐蚀泵，进一步发展磁悬浮式分子泵和以陶瓷转子取代金属转子来避免由于强磁场及等离子体而产生涡流发热的新型涡轮分子泵等真空获得设备，是必不可少的。在真空测量方面，我国与国外也存在较大的差距，主要表现在真空规管的结构、电子线路的设计、集成电路和自动换挡及数字显示等新技术的采用上，以及极高真空测量和特殊条件下的真空测量。促进我国真空测量仪器技术向多用化、自动化及体积小、外形美等方面发展，依然是一项艰巨任务。参考文献王承阳 . 热能与动力工程基础 . 北京：冶金工业出版社 , 2010.01:52-53.; 个人分类: 科普集锦|2592 次阅读|0 个评论

CT-6和CT-6B装置始末3: dujunfu 2017-11-1 16:35; CT-6和CT-6B装置始末3 搬进新办公室以后，陈春先布置给我的第一件工作是画几张国外现有的托卡马克装置的图，整张纸大小，用来挂在墙上琢磨问题。我画了三四张，记得有 ATC 装置，这是美国一个磁压缩装置。还可能有苏联的 T-3 和美国的 Doublet 。我大概用了不到一个月干这件事，完全手工进行，挺费时间。然后，组长们叫我算两件事。一是环向磁场线圈的受力，二是线圈放电的趋肤效应。在学校里，理论力学学过一些，结构力学没学，那是工科学校的课。我现翻书学了一些有关知识，用结构力学中的曲杆法得到了一个简化模型的解析解。后来陈春先就这个问题请教力学所专家薛以年，薛说如果叫他们解决这个问题，他们也只能先这样做。这类问题在力学里称为静不定问题，或超静定问题，我在电工所给他们讲了一次。他们叫邓小平的女婿张宏学这个计算程序，还在 1974 年的成都学术会议上报告过。但这个解到现在也没正式发表，只收在我给北大编的讲义里。我们当时已开始使用计算机，用的是 BASIC 语言。线圈放电的趋肤效应问题是我和郑少白一起分别算的，结果相同，也是一个简化模型的解析解。它是一个三维定积分，要想解开必须交换积分次序，这里当然有些技巧。这个工作直到新的世纪才在合肥办的那个期刊发表。最近科技大学他们设计新的反场箍缩装置还用到这篇文章。算完了这两个题目，我就没事干了。我向组长们要求做光谱诊断，未被允许。陈春先叫我随他去跑一两次焊接问题。按照苏联 T-3 装置的经验，真空室必须用不锈钢波纹管焊成。波纹管的壁厚只有 0.3 毫米，且必须用氩弧焊，现有焊接技术无法解决。我们一起去机械研究院的焊接研究所请教。当时这个所的人员全都下放干校，北京只留了一位李工程师。我们就找他谈了谈。我们还去了一次东高地的七机部单位，就是后来的一院。他们也刚刚开始研究这个问题，没有现成的技术。这时我看杨海清他们搞真空挺忙碌，就要求参与，组长们答应了。杨海清是从五室借调来的，是个很能干又很谦虚的人，有上海人优点而无上海人缺点的上海人。我跟他学了许多画图和机械设计方面的知识。真空是这个装置工程关键问题之一。和一般系统的真空不同，这种设备要求超高无油真空。所谓超高是指本底气压应在 10 -7 托（ 10 -5 Pa ）以下，一般真空系统很难达到。无油是指不能用一般的油扩散泵，而须改用更先进的一些类型的真空泵。而且，为避免有机物的污染和降低吸附气体水平，一般不能使用橡胶密封圈，须金属密封。通用的金属密封是用无氧铜圈，夹在两个法兰上的刀口之间。这种真空法兰有国际标准，但当时在国内尚不通行。主要问题是，这样的无氧铜圈只能用一两次，而且，我们的法兰中有些口径很大，制造这样的密封圈成本也大，用一两次太可惜了。于是经研究，决定所有超高真空法兰采用台阶结构、金丝密封。台阶结构，是上下两法兰均作成台阶形，高度和宽度两三个毫米，上下相嵌。一毫米或半毫米直径的金丝圈套在下法兰的台阶角里，套上上法兰压缩密封。这种法兰设计有上下之分，两侧不对称。金丝圈用金丝制成，由电焊工焊接，玻璃工也行。金的成本虽高，但可回收，价值没多大损失。其质地柔软，如果做小了，用手拉拉就可变大。我们买了几公斤金丝。以后的管理也从未出过大问题。对于要求不很高的密封，也可用保险丝代替金丝。这时我们实验室内也可自行焊接。所说的真空系统，包括真空室和抽气系统。真空室是按照苏联 T-3 的经验，采用双层真空室。内室用不锈钢波纹管焊成，外室为焊接的不锈钢虾腰段。内外室一起做成两个半环。它们合在一起的时候，内真空室成为一体，外真空室隔成两半，使用油扩散泵系统各自抽气。不锈钢波纹管是东北产品，据说是为核潜艇研制的，投产不久。内真空室是波纹管焊成的，是软的，又要和外真空室绝缘，如何处理？我设计了几处绝缘结构，但是运行后拆了发现有变形和击穿处，说明对放电时电动力的冲击估计不足。内真空室抽气系统是杨海清提的方案。前级仍用机械泵，液氮冷阱。听说有没油的干式机械泵，国内有地方刚开始研制，就是有产品估计也不好用，只好仍用一般机械泵。低真空采用分子筛吸附泵，又分两级。前一级用分子筛球，装在容器里，容器浸入液氮。后一级用分子筛粉烧结在有沟槽的铝板上，使得工作温度更低。分子筛是大连产品，烧结工艺也从大连化学物理所学的。高真空采用自己设计的蒸发钛泵。它就是个大圆筒，里面用钛丝蒸发。使用氢气为工作气体。为保证纯度，用钯管过滤。钯在高温时（几百度以上）可以透过氢气。这一技术是以前就掌握的。; 个人分类: 科技漫谈|896 次阅读|0 个评论

[转载]一种基于磁力泵的真空循环冷却系统: chvacuum 2012-4-22 12:46; 　　本文介绍了一种全新、高效、结构小巧、与大功率X 射线源连成一体的冷却循环系统；采用磁力泵技术使循环冷却系统与大功率X 射线源构成一体化真空系统，直接冷却射线源内绝缘油；大幅度提高循环冷却系统冷却效率，降低冷却系统尺寸,大幅度降低了冷却系统的重量；解决了循环冷却系统与大功率X 射线源构成一体化真空系统后的真空注油问题。　　X 射线源是工业无损探伤、医疗X 射线诊断、X 射线安全检查等领域应用十分广泛的一种核心部件，X 射线源技术涉及高压元器件及材料特性研究、高压电路设计、高压绝缘设计、热设计、控制电路设计、逆变及软件技术、制造工艺研究等多方面。其中X 射线源热设计是X 射线源，特别是500 W以上X 射线源系统设计的一个重要组成部分，它与X 射线源的性能密切相关。热设计不良是造成X 射线源打火与微放电、源内电子元器件与零部件失效、X 射线源寿命缩短等故障的重要原因之一。对于500 W以上的X 射线源，仅靠X 射线源有限表面积的自然对流散热远远不够，这就不可避免的要采取强制循环冷却方法。传统的冷却循环系统所采用的泵一般为离心泵、涡轮泵等，它们的泵叶轮与电机轴直接机械连接，轴与泵腔的密封采用传统的橡胶圈密封方式，密封类型为动密封。　　X 射线管与高压电路一体化的油浸绝缘冷却X 射线源是最常见的一种，为保证高压绝缘强度，X 射线源生产过程中一般要经过烘烤及真空处理工艺，工作时X 射线源内部处在真空状态。为避开真空密封问题，采用二次换热方式给X 射线源冷却，即：安装在X 射线源内腔的散热器将射线源内腔高温绝缘油的热量传递给流经内换热器的温度较低的冷却介质，温度升高后的冷却介质流经冷却系统外散热器时再将部分热量传递到大气中。显而易见, 这种冷却方式的效率是很低的，对泵的性能要求相应很高，内外散热器的面积要求也较大；另外由于源内绝缘介质与冷却循环系统的介质是独立隔离的，一个工作于真空状态，一个工作于大气状态，因此传统的X 射线源冷却循环系统必须有容积足够大的外置油箱。　　由于上述原因，传统X 射线源循环冷却系统结构复杂、尺寸大、散热效率低、可靠性较差、价格也高。针对市场需求，我们研制开发出了一种采用磁力泵构成的真空循环冷却系统用于高效冷却大功率X 射线源。 1、一体化高效冷却系统工作原理　　磁力传动泵（简称磁力泵）是应用现代磁力学原理（磁力泵原理结构如图1 所示），利用永磁体的磁力传动实现扭矩的无接触传递的一种新型泵。磁力泵由泵、磁力传动器、电动机三部分组成。关键部件磁力传动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成。内磁采用高强度永磁体嵌入氟塑料中，与液体接触部分为氟塑料，内磁与外磁中间用隔离套完全隔离，由外磁联轴器间接带动内磁转动。隔离套采用氟塑料合金制成，将泵腔与外界完全隔离，使泵室完全处于封闭状态，从而使输送过程达到零泄漏。泵体全部采用氟塑料制成，可输送任意腐蚀性介质。当电动机带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气隙和非磁性物质，带动与叶轮相连的内磁转子作同步旋转，实现动力的无接触传递，将动密封转化为静密封。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，是一种全密封、无泄漏、无污染的新型工业用泵。循环系统与大功率X 射线源连接，形成一体化大功率X 射线源系统，具有尺寸小、噪音低、冷却效率高的优点，能很好的满足目前整机产品的需要。　　采用磁力泵研制的一种全新、高效、结构小巧的与大功率X 射线源连成一体的冷却循环系统原理图如图2。工作原理如下：由于磁力泵泵腔体与泵电机部分完全隔离，可以与冷却系统其它部分形成一体化密封腔体，生产过程中接入真空注油机进行真空注油。工作时，磁力泵将X 射线源内的高温绝缘油抽出，泵入散热器中进行冷却，冷却后的低温绝缘油经流量开关送回X 射线源内，达到冷却X 射线源的目的。 2、一体化真空高效循环冷却系统研究　　确保冷却系统的真空密封可靠性是本系统的关键问题。要解决这一问题，首先是合理选择系统所用零部件，确保各零部件能经受高温及真空环境考验；其次是合理设计密封连接结构、精心制作确保管路连接的可靠性。 2.1、大功率X 射线源与冷却系统形成一体化真空系统的实现　　采用磁力泵的冷却循环系统与大功率X 射线源连接，形成一体化大功率X 射线源系统，具有尺寸小、噪音低、冷却效率高的优点。本系统采用了美国March 公司的MDXT- 3 磁力泵。March公司是磁力泵的发明者，其产品性能和市场占有率在世界上名列前茅。MDXT- 3 的最大流量为30 L/min，最大扬程4 m，泵体材质为聚丙烯，聚丙烯为绝缘材料，对绝缘油的电性能不会有不良影响。　　试验表明,采用MDXT- 3 磁力泵的冷却系统与大功率X 射线源连接构成一体化真空系统后,系统的真空性能得到保证, 冷却系统的真空性能在真空注油中得到验证, 冷却系统的接入和运转对X 射线源的稳定性和技术指标没有任何影响。 2.2、冷却系统高效率的实现　　由于传统的散热器的热交换效率很低,一般不大于20%,显而易见,传统的2 次热交换的冷却方式的效率是很低的，对泵的性能要求相应很高，内外散热器的面积要求也较大。本系统设计的冷却系统,一体化真空的实现去除了源内热交换器存在的必要性, 冷却系统从二次热交换变成了一次热交换, 成倍的提高了热交换的效率。项目样机的高效冷却能力在环境试验过程中得到验证，在45℃高温试验过程中，系统连续工作8 h，X 射线源的表面温升不超过20℃。 2.3、一体化真空系统真空注油的实现　　本冷却系统与X 射线源一起要经受真空注油工序处理，冷却系统的所有零部件，包括磁力泵、管路与接头等均要承受70℃、1 Pa 真空的检验，对管路和接头的真空密封性能和耐高温性能均要求非常高。多年来对冷却系统使用的经验和实践表明，冷却管路与接头部分是冷却系统最容易出故障的环节。　　为实现一体化真空注油，本系统的冷却系统管路和接头采用了日本TOYOX 公司专利技术生产的真空胶管及其配套接头，胶管材质为软PVC+PET 加强材料，工作温度- 5℃~70℃，室温下最大工作压力0.4~0.3 MPa，真空性能良好，挠性好、使用方便；采用胶管端面、胶管内壁、胶管外壁三重密封技术，确保了真空密封的可靠性。系统真空注油实际过程验证了管路和接头的可靠性能，真空注油过程中冷却系统各部分，特别是管路与接头部分经受了高温和高真空考验，没有发现任何问题。 2.4、大幅度减小系统尺寸和重量　　传统冷却系统的源内绝缘介质与冷却循环系统的介质是独立隔离的，一个工作于真空状态，一个工作于大气状态，因此必须有容积足够大的外置油箱。内外换热器的使用造成系统管路阻力的大幅度增加，因此需要更大的泵来提供足够的动力。这都必然引起冷却系统重量和尺寸的大幅度提高。　　国内外同等功率的冷却系统的重量多在30 kg以上，外形尺寸较大。本系统的冷却系统部分重量~9.8 kg。　　为了与其它系统的控制保护功能结合，本系统中增加了流量保护开关和温度保护开关，当冷却系统出现故障时，起到双重保护作用，保护X射线源不因过热而损坏。温度保护开关安装在X 射线源表面，与流量开关串联对X 射线源构成双保护，当X 射线源表面温升超出65℃,将输出开关信号，该信号可用于整机检测和控制X 射线源工作状态。 2.5、系统应用前景分析　　几年来，本人为大功率X 射线源等项目配套开发了三种型号的传统型冷却循环系统，在整机上应用，取得较好效果。但是同样存在效率差、尺寸大、噪音大等问题。整机开发对冷却系统性能提出了更高的要求。　　本冷却系统相比于传统的冷却系统具有明显的技术优势，对于采用单台大功率X 射线源的设备，可以方便的替换传统冷却系统，对于其它“一拖二”应用的传统冷却系统，只要整机结构上作不太多的改变，就可以替换使用。同时，对于大功率X 射线管开发中的热设计具有很好的借鉴意义。 3、结论　　本冷却系统通过采用磁力泵技术、日本TOYOX 专利管路与接头密封技术实现了循环冷却系统与大功率X 射线源构成一体化真空系统，直接冷却射线源内绝缘油；大幅度降低冷却系统尺寸和重量，同时大幅度提高了循环冷却系统冷却效率；实现了循环冷却系统与大功率X 射线源构成一体化真空系统后的真空注油，各零部件能经受高温及真空环境考验，管路及接头连接具有高可靠性。　　本冷却系统技术与国外类似产品相近，所采用的日本专利管路与接头技术，具有可靠性高、可重复使用等优点。本产品的主要技术指标均通过了质保部门的检测，达到了国际先进水平，具有良好的应用前景。参考文献　　 XRB160PN480X User’s Manual 2009 . SpellmanHigh Voltage Electronics Corp. 　　项名珠.X 射线源热设计探讨 . 北京：公安部第一研究所所内学术研讨会论文集,2001. 　　余长江, 等. X 射线探伤装置 . 北京：机械工业出版社. 　　王玉良,等.国外磁传动无密封技术发展概况 . 石油机械, 2003, (4).; 个人分类: 真空|2708 次阅读|0 个评论

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