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        一種小型線圈抽氣系統(tǒng)管道的真空性能研究

        2018-03-05 03:44:25邢銀龍許良元
        機電信息 2018年6期
        關(guān)鍵詞:漏率檢漏儀真空管

        邢銀龍 許良元

        (安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,安徽合肥230036)

        0 引言

        隨著工業(yè)化不斷發(fā)展,特種線圈越來越多樣化,根據(jù)工作環(huán)境的不同,線圈的VPI注膠固化工藝也越來越復(fù)雜,抽氣系統(tǒng)由此應(yīng)運而生。抽氣系統(tǒng)的用途是滿足VPI工藝所需要的真空度要求,其中抽氣管道是為了配合線圈模具而專門設(shè)計的,管道的真空度以及真空漏率滿足工作需要,可以提高生產(chǎn)效率。

        因此,本文針對抽氣系統(tǒng)的抽氣管道,就其工作原理、結(jié)構(gòu)特征、真空性能進行研究,有助于線圈后續(xù)的研發(fā)設(shè)計。

        1 抽氣系統(tǒng)的工作原理

        線圈抽氣系統(tǒng)的動力裝置為真空泵,工作時氣體從連接管道經(jīng)過冷凝過濾器和冷阱二級過濾。首先經(jīng)過冷凝過濾器,過濾顆粒較大的微粒,然后經(jīng)過冷阱時,油膠分子將會被捕獲。冷凝過濾器及冷阱材質(zhì)均為不銹鋼。真空泵入氣口的前端安有蝶閥,可以實時關(guān)閉抽氣系統(tǒng)。蝶閥后端安有一個波紋管,不僅起到連接、補償位移差的作用,而且可以減小真空機組傳到抽氣管路的振動。排氣筒裝有吸附劑,可吸收對人體有害的氣體及水蒸氣(防止冷凝水回流)。真空泵組在使用過程中,先用MS-301機械泵抽至低于1 000 Pa,再啟動羅茨泵進行抽真空,達到系統(tǒng)需要的真空度(≤1.5 Pa)。

        線圈抽氣系統(tǒng)的管道采用不銹鋼材料,一方面不銹鋼材料的耐腐蝕性能好,使用壽命長;另一方面在真空狀態(tài)能夠滿足工作負荷要求,在真空條件下材料的放氣率小,有利于更好地抽真空。抽氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為機械泵、羅茨泵、排氣口、冷阱、推車、冷凝過濾器、風冷機、真空管道、支撐、轉(zhuǎn)接角閥等[1]。

        2 抽氣管道真空性能的檢測

        抽氣系統(tǒng)的真空管道部分由兩個真空管道連接而成,要求采用法蘭連接,用氟橡膠進行密封,管道尾端用盲法蘭進行焊接密封,以達到系統(tǒng)要求的真空度(≤1.5 Pa),要求系統(tǒng)的各管道漏率Qa≤1.0×10-10Pa·m3/s[1]。

        2.1 工藝流程

        工作準備→檢漏儀器校準→安裝系統(tǒng)→被檢件檢漏→記錄數(shù)據(jù)及分析→檢漏完成。

        2.2 操作步驟

        2.2.1 工作準備

        操作人員按要求穿工作服、佩戴手套,準備相關(guān)材料、設(shè)備,記錄室內(nèi)溫度、濕度等。零件進行超聲清洗并檢查是否損壞,如果損壞及時修補;如未損壞使用無水乙醇清洗,進行下一步。

        2.2.2 檢漏儀校準[2-3]

        選定標稱值為Q0的滲氦型標準漏孔(Type:LK-9;氦漏率:7.7×10-9Pa·m3/s),連接在檢漏儀入口,連接電源線,并開啟檢漏儀。當檢漏儀輸出值穩(wěn)定后,讀出儀器輸出指示值即本底I0。信號值在2 min內(nèi)的最大變化值為ΔIi,共測10次ΔIi,取其平均值即本底噪聲值。當檢漏儀輸出值曲線穩(wěn)定后,記錄數(shù)值I,計算檢漏儀的最小可檢漏率Qmin,其計算公式為:

        2.2.3 安裝系統(tǒng)

        由于真空管道的兩個部分基本相同,現(xiàn)只分析其中一段真空管道。首先將真空管道的KF40接口用快接盲法蘭進行密封,真空管道一端用盲法蘭密封,另外一端與檢漏機組連接,一般采用快卸法蘭進行密封固定[1]。

        2.2.4 真空管道檢漏采用氦質(zhì)譜噴吹法步驟[2,4]

        (1)檢漏儀校準后,連接系統(tǒng),先啟動檢漏儀,再啟動輔助泵。先打開輔助閥,預(yù)抽一段時間,再開啟與檢漏儀相連接的閥門,觀看檢漏儀示數(shù);

        (2)觀測檢漏儀示數(shù)變化,待示數(shù)穩(wěn)定且達到管道要求的≤10-10Pa·m3/s時,用噴槍對被檢件部位噴氦氣,記錄各個部位噴氦時檢漏儀的示數(shù)變化Qb。

        2.2.5 數(shù)據(jù)記錄及分析

        (1)最小可檢漏率數(shù)據(jù)記錄如下:In=0.1×10-13Pa·m3/s I=7.6×10-9Pa·m3/s I0=2.0×10-13Pa·m3/s Q0=7.7×10-9Pa·m3/s

        (2)真空管道檢漏的部位共計5處,其數(shù)據(jù)如下:

        Qb1=6.3×10-11Pa·m3/s

        Qb2=6.0×10-11Pa·m3/s

        Qb3=5.5×10-11Pa·m3/s

        Qb4=4.8×10-11Pa·m3/s

        Qb5=3.2×10-11Pa·m3/s(3)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果判定如下:

        1)真空管道允許漏率Qa:

        2)最小可檢漏率Qmin:

        計算所得結(jié)果Qmin<Qa/10,則可以進行檢漏。

        3)真空管道漏率Qb的5個數(shù)值如上所述。通過氦質(zhì)譜噴吹法進行檢漏,各處漏率Qb均小于允許漏率Qa,則判定該真空管道符合技術(shù)要求。

        對另外一根真空管道按上述步驟依次進行檢測,記錄分析真空漏率。

        2.2.6 檢漏完成

        關(guān)閉閥門,關(guān)閉檢漏儀,關(guān)閉輔助泵機組。對真空管道表面進行處理,一般使用無水乙醇擦洗零件。拆卸工裝,清理現(xiàn)場。

        3 真空管道的有限元分析[4]

        真空管道在抽氣時,內(nèi)部屬于真空狀態(tài),真空度小于0.1 Pa,則管道承受壓力約為一個標準大氣壓。管道內(nèi)部通過的熱膠氣體溫度約為110℃,外部溫度為室溫,約為20℃。由于兩個真空管道的工作狀態(tài)一致,所以本文只對其中一個管道進行有限元分析。為了簡化模型,現(xiàn)將管道支撐用一個V型塊代替。

        (1)對真空管道的溫度變化進行分析:外部施加溫度20℃,內(nèi)部管道施加溫度110℃。真空管道采用的材料為不銹鋼,則通過ANSYS的熱學(xué)模塊進行設(shè)定,使管道外表面處于環(huán)境溫度20℃,內(nèi)壁處于110℃,時間設(shè)置為1 s。我們可以發(fā)現(xiàn)真空管道溫度變化最大為63.962℃,最小為57.949℃。熱通量最大為0.002 062 9 W/mm2,最小為6.665 4×10-9W/mm2。

        (2)真空管道在工作狀態(tài)下熱應(yīng)力的有限元分析:真空管道的熱應(yīng)力分析是在溫度、壓強和自身重力的耦合場進行的,真空管道的材料是不銹鋼,本文不考慮焊接的形變進行分析計算。觀察真空管道工作狀態(tài)的熱應(yīng)力應(yīng)變云圖可知,真空管道最大形變量為1.762 9 mm,最大變形產(chǎn)生在真空管道兩端,能滿足剛度要求。真空管道最大主應(yīng)力為1 196.1 Pa,最大切應(yīng)力為1 280.2 Pa,最大等效應(yīng)力為1 629.8 Pa,皆小于材料的抗拉極限250 MPa,滿足材料的使用要求。真空管道的材料雖滿足使用要求,但本文只對小型線圈抽氣管道提供參考,對于大型線圈抽氣管道的設(shè)計沒有實際參考意義。

        4 結(jié)語

        本文對小型線圈抽氣管道真空性能的檢測進行了分析,詳細敘述了通過氦質(zhì)譜檢漏儀對真空管道進行檢測的具體操作步驟及注意事項,對真空管道實際工作狀態(tài)進行了ANSYS的熱學(xué)分析和熱應(yīng)力分析,對后期其他小型線圈抽氣系統(tǒng)的研制有一定的指導(dǎo)意義,有利于促進特種線圈的研發(fā)與制造。

        [1]達道安.真空設(shè)計手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

        [2]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].2版.北京:高等教育出版社,2005.

        [3]何己有.氦質(zhì)譜檢漏儀檢測原理及應(yīng)用[J].聚酯工業(yè),2011,24(2):54-57.

        [4]張河,楊亞平,戎占偉.氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)在壓力容器密封性試驗中的應(yīng)用分析[J].焊接技術(shù),2010,39(4):61-64.

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