本發(fā)明涉及高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及壓力調(diào)節(jié)方法，屬于航天地面模擬試驗風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高頻感應(yīng)加熱風(fēng)洞是為了滿足高焓、高熱流而研發(fā)的新型地面防熱試驗平臺，它具有流場穩(wěn)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(shù)。為保證此風(fēng)洞的運行，真空條件是決定性因素之一。高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)的控制方法正是保證試驗點火和運行的關(guān)鍵技術(shù)。

由于高頻感應(yīng)風(fēng)洞需要高真空啟動，同時又需要在低真空環(huán)境中進(jìn)行長時間試驗，現(xiàn)有技術(shù)的高頻感應(yīng)風(fēng)洞大多數(shù)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(dāng)點火成功后，現(xiàn)有技術(shù)又不能及時調(diào)節(jié)真空環(huán)境(即在高真空與低真空之間自由切換)，使試驗達(dá)不到所需的各項參數(shù)狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及壓力調(diào)節(jié)方法，實現(xiàn)高頻感應(yīng)加熱風(fēng)洞所需的真空試驗環(huán)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(wěn)定運行。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，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(yīng)風(fēng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)水管路與300升/秒真空泵和1800升/秒真空泵的進(jìn)水口連接，所述進(jìn)水管路上依次設(shè)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(jìn)水口連接，300升/秒真空泵的出水口與200升/秒真空泵的進(jìn)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(jī)控制系統(tǒng)、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(shù)據(jù)，并傳輸給上位機(jī)控制系統(tǒng)，溫度傳感器采集每一個真空泵的溫度并傳輸給上位機(jī)控制系統(tǒng)，壓力傳感器采集每一個真空泵的冷卻水壓力，上位機(jī)控制系統(tǒng)在真空泵的電流、電壓、溫度或冷卻水壓力超過預(yù)設(shè)的閾值時進(jìn)行報警。

所述真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)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(shè)計有光電隔離模塊。

還包括變頻參數(shù)控制模塊，用于設(shè)置或改變各個真空泵的變頻參數(shù)。

利用所述真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)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(guān)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(dá)到20～30Kpa，開啟600升/秒真空泵，使試驗段靜壓穩(wěn)定在20Kpa；

(5.2)運行高真空模式時，重復(fù)步驟(5.1)，待試驗段靜壓穩(wěn)定在20Kpa時，關(guān)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(dá)到0.8Kpa以下且穩(wěn)定不變時，開啟5000升/秒真空泵，真空泵組抽氣到設(shè)備極限真空。

所述步驟(5.2)中設(shè)備極限真空壓力小于等于100Pa。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明通過雙通路設(shè)計，實現(xiàn)低真空運行和高真空運行兩種模式，滿足高頻感應(yīng)風(fēng)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(yīng)風(fēng)洞的試驗要求。

(2)本發(fā)明通過對真空泵進(jìn)行防電磁干擾設(shè)計，滿足在高頻干擾環(huán)境下的正常工作，控制核心部位以及距離高頻感應(yīng)設(shè)備較近部位進(jìn)行特殊防電磁屏蔽材料包裹。相比普通真空泵組，在無保護(hù)狀態(tài)下被電磁干擾將導(dǎo)致控制模塊失效或損壞，使機(jī)組無法正常運行。

(3)本發(fā)明中所用真空泵組通過高真空模式實測靜壓可達(dá)到100Pa以下，滿足高頻感應(yīng)風(fēng)洞的試驗要求，此種真空壓力調(diào)節(jié)控制設(shè)計針對高真空度需求，尤其在地面防熱試驗領(lǐng)域有很重要的實用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的設(shè)計示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括200升/秒真空泵1、300升/秒真空泵2、600升/秒真空泵3、1800升/秒真空泵4、5000升/秒真空泵5、低真空擋板閥6、高真空擋板閥7、真空計8、摻氣閥9、第一壓力傳感器10、第二壓力傳感器11和電動截止閥12。

高頻感應(yīng)風(fēng)洞通過管路和真空計8一端連接，真空計8另一端同時與摻氣閥9的一端和高真空擋板閥7進(jìn)口連接，高真空擋板閥7的出口通過管路依次連接5000升/秒真空泵5和1800升/秒真空泵4，1800升/秒真空泵4與低真空擋板閥6的一個出口連接，摻氣閥9的另一端與低真空擋板閥6的進(jìn)口連接，低真空擋板閥6的另一個出口通過管路依次連接600升/秒真空泵3、300升/秒真空泵2和200升/秒真空泵1，200升/秒真空泵1通過消音器與大氣聯(lián)通；

儲水池通過進(jìn)水管路與300升/秒真空泵2和1800升/秒真空泵4的進(jìn)水口連接，所述進(jìn)水管路上依次設(shè)置有第一壓力傳感器10、電動截止閥12和第二壓力傳感器11，1800升/秒真空泵4的出水口與600升/秒真空泵3的進(jìn)水口連接，300升/秒真空泵2的出水口與200升/秒真空泵1的進(jìn)水口連接，600升/秒真空泵3的出水口以及200升/秒真空泵1的出水口通過出水管路與儲水池連接。

每個真空泵的電流、電壓數(shù)據(jù)采集通過PLC連入上位機(jī)控制系統(tǒng)，上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置上限值進(jìn)行預(yù)警。真空泵冷卻水壓力通過壓力傳感器采集后連入上位機(jī)控制系統(tǒng)，真空泵溫度通過溫度傳感器采集后連入上位機(jī)控制系統(tǒng)，上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置上限值進(jìn)行預(yù)警。所有數(shù)據(jù)均實時采集形成文檔保存。

每個真空泵采用防電磁干擾保護(hù)設(shè)計，且在真空泵和PLC之間、PLC和各傳感器之間設(shè)計有光電隔離模塊，信號通路采用金屬屏蔽線，重要部位如各種傳感器，數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及控制芯片等采用特殊防電磁屏蔽材料包裹。

本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)置有變頻參數(shù)控制模塊，用于設(shè)置或改變各個真空泵的變頻參數(shù)，以保證高精準(zhǔn)度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明低真空模式運行指標(biāo)為試驗真空環(huán)境為20～100kpa；高真空模式運行指標(biāo)：試驗真空環(huán)境為≤20kpa。當(dāng)高頻感應(yīng)風(fēng)洞需要低真空度時(即20～100kpa)，前三組抽力較小的真空泵運行；當(dāng)高頻感應(yīng)風(fēng)洞需要高真空度時(即≤20kpa)，五組真空泵同時運行，實現(xiàn)最大抽力，滿足風(fēng)洞運行需要。具體來說，本發(fā)明的真空壓力調(diào)節(jié)方法如下：

在運行低真空模式時，打開低真空擋板閥6，關(guān)閉高真空擋板閥7，開啟200升/秒真空泵1，使試驗段真空度到40～50Kpa區(qū)間，開啟300升/秒真空泵2，待試驗段真空度達(dá)到20～30Kpa區(qū)間，開啟600升/秒真空泵3，試驗段靜壓穩(wěn)定在20Kpa，滿足低真空模式條件。

在運行高真空模式時，重復(fù)低真空模式操作，待試驗段靜壓穩(wěn)定在20Kpa時，關(guān)閉低真空擋板閥6，打開高真空擋板閥7，開啟1800升/秒真空泵4，待試驗段真空度達(dá)到0.8Kpa以下且穩(wěn)定不變，開啟5000升/秒真空泵5。在不改變變頻參數(shù)的情況下，真空泵組將抽氣到設(shè)備極限真空(實測即≤100Pa)。

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動化程度，本發(fā)明的真空壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)在高真空運行模式時除了上面提到的手動逐級啟動方式，還有高真空自動控制方式。在高真空自動控制方式中，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/秒真空泵每一組泵可以通過直接點擊對應(yīng)圖標(biāo)進(jìn)行啟停操作。也可通過點擊高真空啟動按鈕，每組泵在完成自啟動情況下，自動啟動下一組真空泵組，依次完成五組泵的全部啟動。每組泵的啟停通過PLC連接控制面板，由上位機(jī)操作界面控制，同時試驗現(xiàn)場設(shè)有操縱柜的直接機(jī)械控制。高真空自動控制模式，只需在停機(jī)狀態(tài)下點擊高真空自動控制8，系統(tǒng)將自動完成高真空模式啟動操作，達(dá)到極限真空度并穩(wěn)定壓力。在高真空模式下，改變變頻參數(shù)，可以使真空機(jī)組在5Kpa以下范圍任意參數(shù)保持真空壓力值。

本發(fā)明采用高真空模式與低真空模式的雙通路設(shè)計，在600升/秒真空泵、1800升/秒真空泵之間設(shè)置分支通路，通過擋板閥隔離，低真空模式下開啟擋板閥，高真空狀態(tài)下關(guān)閉擋板閥；在5000升/秒真空泵后設(shè)置擋板閥，低真空模式下關(guān)閉擋板閥，高真空狀態(tài)下開啟擋板閥。兩通路同時連接高頻感應(yīng)風(fēng)洞洞體。在抽吸量較小的三組真空泵運行時，實現(xiàn)了低真空的穩(wěn)定運行；通過兩組擋板閥的操作，改變氣路通道，實現(xiàn)五組真空泵同時運行，達(dá)到抽吸真空量最大，實現(xiàn)風(fēng)洞高真空狀態(tài)。在高真空模式下，通過調(diào)節(jié)5000升/秒真空泵的變頻器，實現(xiàn)高真空度的精確調(diào)節(jié)。同時又加入了現(xiàn)代化設(shè)計，實現(xiàn)自動化控制和手動控制的自由切換。通過對每組真空泵電壓、電流、冷卻水溫度等信號的監(jiān)控，做到了運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，也為試驗運行提供了必要的運行保障。高頻感應(yīng)技術(shù)具有強(qiáng)電磁干擾特點，會對周圍金屬和導(dǎo)體產(chǎn)生加熱和強(qiáng)型號干擾，此發(fā)明針對這一特點，在控制設(shè)計中采用了電磁屏蔽的保護(hù)，有效地隔離了高頻感應(yīng)風(fēng)洞試驗對真空設(shè)備的電磁干擾。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高頻感應(yīng)加熱風(fēng)洞所需的真空試驗環(huán)境，保證其順利點火和長時間試驗的穩(wěn)定運行。同時根據(jù)試驗需要對洞體內(nèi)真空環(huán)境進(jìn)行精確調(diào)整，并對運行過程中的各項真空參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。針對高頻感應(yīng)風(fēng)洞強(qiáng)電磁干擾的特點，設(shè)計中進(jìn)行了防電磁干擾的屏蔽隔離措施，解決信號的干擾與失真。本發(fā)明已經(jīng)經(jīng)過試驗驗證，能滿足高頻感應(yīng)風(fēng)洞真空壓力要求，在航天氣動熱試驗領(lǐng)域具有重要用途。

本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。