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【真空应用】一种高真空、高低温、空间环境模拟系统简介

2021-02-23 17:13阅读:
一种高真空、高低温、空间环境模拟系统简介

1 前言

本文介绍一种高真空、高低温热真空空间环境模拟系统,主要用于模拟空间真空及高低温环境,并对真空空间的器件的真空度、温度进行有效地控制、监测和记录。本装置总体结构由五个方面构成,即真空容器、真空抽气系统、温度保障系统、控制监系统和辅助系统。

2 参考文件

(1) 热真空试技术要求;
(2) 国防工业出版社第3版《真空设计手册》;
(3) 宇航出版社《卫星环境工程和模拟试验》。

3 研制概况

(1) 设计制造、工作条件及电器安全性要求符合国家或国际相关标准的要求。
(2) 各种仪表的计量单位全部采用国际单位 (SI) 标准。
(3) 设备结构设计合理,配套产品和功能元器件均选用知名品牌,能够符合长期、安全、可靠的使用要求。

4 性能指标

4.1真空度

1. 工作压力:1.3×10-3Pa
2. 极限压力(空载):5.0×10-5 Pa
3. 50W条件下,热沉温度平衡在+50

4.2温度指标

1. 热沉温度范围:-70+120
2. 热沉升降温速率:升温速率2.0/min;降温速率≥1.5/min
3. 热沉温度均匀度:±2(在温度稳定情况、真空状态下)
4. 热沉控温精度:±1
5. 可靠性指标:真空试验设备在高真空,高低温多变状态下无障碍连续工作;
6. 热沉内表面发射率大于0.9

4.3结构尺寸要求

1. 真空容器:≥Ф800×1100mm有效尺寸),材料:304不锈钢;大门设有圆形观察窗;
2. 试验平台:1000mm(长)×500mm(宽),承重150kg;配有试件安装孔,平台可滑动带锁紧装置。
3. 真空容器上安装法兰盘(每个法兰盘配有多芯航空接插件);另预留配套盲法兰,供用户做其他测试接口;
4. 舱内有照明装置;

4.4控制系统

1. 真空测量装置
2. 温度测量采用不低于多路测量点;
3. 控制采用工控计算机+PLC集中控制,监控软件采用组态软件;
4. 设备具有运行流程图,能给出各分系统报警信号,具有泵断电报警;设备运行流程图和电路上必要的互锁;
5. 具备真空系统、热沉温度、试验件温度等相应参数显示、记录、根据需要绘制曲线和打印等功能。
6. 低温泵、粗抽泵、分子泵和前级泵采用优质无油机组;
7. 设备设备噪音65dB

5 高低温空间环境模拟系统概述

5.1 设备用途

此设备能够真实地模拟太空空间的真空冷热环境,能够对温度和真空度进行有效地控制、监测和记录, 为研究空间器件真空高低温试验提供了必要的条件。

5.2 设备总体结构

此套设备总体结构为分体式,由五个方面构成,即真空容器、真空抽气系统、温度保障系统、设备控制监测系统和辅助系统。
【真空应用】一种高真空、高低温、空间环境模拟系统简介



1. 真空容器:为设备的主体,包括大门、筒体、封头、支座,内部有热沉、试件安装平台等,筒体上开有各类法兰孔,与真空抽气系统、温度保障系统等连接。
它主要用来容纳试验件,并且能造就一个符合试验条件的真空环境和温度环境,内部设有放置工件的平台,可以安装工件。
2. 真空抽气系统:主要包括真空泵、真空阀门、配套管路及真空测量装置等。此系统为无油抽气系统。
它是把真空容器抽成真空环境的设备,它又分成预抽系统和主抽系统两个部分,预抽系统将真空室抽成低真空,而后,主抽系统将真空室抽成高真空。
3. 温度保障系统:主要包括热沉、冷板、温度调整控制系统、阀门及连接管路等。
它主要用来保证试验所需的温度环境,包括正温环境和负温环境。用户只需设定目标温度即可实现控温,并能按温度循环试验要求实现循环控温。
温度保障系统采用了先进的温度调整台技术,温度控制方面采用先进的智能PID温控模块来控温,温度控制准确;在热沉基础上还配备了冷板系统,实现了在真空中热传导的效果,有效提高试件升降温速率,可以满足绝大多数产品试验的要求,省去了使用液氮制冷时带来的种种麻烦和运行过程中产生的液氮费用;比较真实地模拟了太空中真空和冷热环境。
4. 设备控制监测系统:主要包括工业控制计算机、控制机柜、PLC、仪表、各种操作控制开关等。
它用来控制真空系统和温度保障系统的元件的动作,显示当前的控制状态,能够对系统全过程进行监控,并负责将真空度、温度等参数保存记录下来,绘制特定曲线,便于直观了解参数的变化情况。主要由控制柜和工控机两个部分组成,可实现手动和自动切换操作。
5. 辅助系统:主要包括供气报警系统、供水报警系统,气源及水源甲方提供。
设备真空度高、温度易于控制且均匀性好、长期运转稳定可靠、操作使用简单方便。具有一定的专用性和通用性,是空间环境模拟实验必不可少的设备。
【真空应用】一种高真空、高低温、空间环境模拟系统简介
设备实物图
设备原理图如下所示:
【真空应用】一种高真空、高低温、空间环境模拟系统简介
设备系统原理图

6 结构方案

6.1真空容器

1. 结构形式:卧式圆筒形结构,两端为蝶形封头结构,后封头与筒体焊接成一体,前封头与连接法兰焊接做成活动式封头盖,使用出气量低的氟胶圈与真空容器上的法兰密封,焊有把手,能够方便的操作容器的开启和关闭,开门角度能够达到180°,开门方向由客户指定。支承底座与真空容器焊接成一体,底座材料与真空室材料相同。
2. 材料:优质不锈钢304
3. 外形尺寸:直段圆筒有效尺寸Φ800mm×1100mm,封头使用内径为Φ800mm的标准蝶形封头。
4. 石英观察窗,便于在试验过程中观察容器内情况。
5. 机械连接口
1) 真空容器上安装法兰盘(每个法兰盘配有芯的航空接插件);
2) 另预留盲法兰,供用户做其他测试接口;
3) 容器焊有备用接口、KF16接口、CF35电离规接口KF40照明灯接口;
4) 容器适当位置焊接主抽接口、辅抽泵接口,预抽口、放气阀接口、进气阀接口。
5) 容器后封头焊有ISO-K150法兰,作为热沉筒和后盖热沉、冷板的导热油进出口;
6) 容器大门焊有ISO-K150法兰,作为热沉前盖的导热油进出口;
7) 容器顶部安装一个DN35CF备用法兰。
8) 照明装置:容器顶部接有低压照明灯供电。
9) 筒体内安装热沉,内有导轨、冷板;
10) 容器中心距地面高度:可以根据用户要求尽量降低。
11) 表面处理:所有焊接部位尽可能内焊,焊缝处均打磨抛光处理,容器内表面电抛光处理,外表面喷丸,整体外形美观。
12) 真空容器漏率:<1×10

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