一种高压空气喷射真空泵系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种喷射真空泵系统，尤其是一种采用高压压缩空气为工作介质的高压空气喷射真空泵系统，属于气体喷射真空泵技术领域，主要应用于航空航天真空模拟试验装置。
【背景技术】
[0002]目前在航天航空真空模拟试验装置上，尤其是在大型真空模拟试验装置上，主要使用蒸汽喷射真空泵系统、水环式真空泵系统和罗茨真空泵系统等进行抽真空。下面对上面几种真空泵系统进行简介。
[0003](一)蒸汽喷射真空泵系统:
[0004]蒸汽喷射真空泵是采用压力蒸汽作为动力，属于喷射真空泵技术领域，也是目前应用最广泛的的喷射真空泵，蒸汽喷射真空泵由喷嘴、吸入室、扩压管组成，动力蒸汽通过拉瓦尔喷嘴进行绝热膨胀并形成超音速气流，喷嘴出口压力下降，在吸入室内产生压力差，由此产生抽吸气体的能力，被抽气体与高速蒸汽流进行能量交换，蒸汽与被抽气体在扩压管的收缩段充分混合进行能量交换，到扩压管的喉部达到音速，随后进入扩压管扩散段减速增压后排出扩压管。采用多级串联达到不同工作真空度要求的蒸汽喷射真空系统。航天航空大型真空模拟试验装置每年试验次数较少，每次使用时间较短，采用蒸汽喷射真空泵系统存在以下缺点:
[0005](I)需要建设大型的蒸汽产生装置，目前采用的是超大型锅炉或大型超高温蒸汽发生器装置，属于高温高压设备，具有一定的危险性；
[0006](2)每次试验装置试验前需要对锅炉或蒸汽发生器进行预点火产生蒸汽的工作，尤其是锅炉预点火产生蒸汽的时间需要很长时间；
[0007](3)锅炉或蒸汽发生器的设备投资费用很大，使用效率很大，造成大量的资源浪费；
[0008](4)蒸汽属于高温气体，容易灼伤人员，设备需要保温措施，增加设备投资；
[0009](5)蒸汽直接排放大气会造成环境污染，所以需要采用冷却水对排放的蒸汽进行冷却，需要建设蒸汽冷却设备和冷却水供应设备，增加大量的设备投资。
[0010](二)水环式真空泵系统:
[0011]水环真空泵是采用电机驱动的叶轮式容积真空泵，采用水作为工作介质，水环式真空泵是带有多叶片的转子偏心装在泵壳内，当它旋转时，把水抛向泵壳并形成于泵壳同心的水环，水环同转子叶片形成了容积周期变化的旋转变容积真空泵。水环泵转子在泵体内旋转时形成水环和工作室，水环与工作轮形成月牙形空间。右边半个月牙形容积由小变大，形成吸气室，左边半个月牙形容积由大变小，构成排气室。被抽气体从进气管和吸气孔进入吸气室，转子进一步转动，气体被压缩，经过排气孔和排气管排出。航天航空大型真空模拟试验装置采用水环式真空泵系统存在以下缺点:
[0012](I)大型真空模拟试验装置抽气量非常大，水环式真空泵的作为体积泵，每台的抽气量受到限制，所以需要建设水环式真空泵的数量很大，设备投资费用很大；
[0013](2)需要建设大型的供电站给水环式真空泵供电，增加大量的设备投资费用，有些试验装置受供电外网的限制，无法满足水环式真空泵的供电需求；
[0014](3)因水环式真空泵采用水作为工作介质，需要建设工作水冷却设备和工作水供应设备，增加大量的设备投资；
[0015](4)水环式真空泵作为动设备，一段时间不使用，均需定期要对其进行维护，工作量大。当水环式真空泵出现故障，维修非常麻烦，有些故障需要返厂维修。大型水环式真空泵体积庞大，运输非常困难。
[0016](三)罗茨真空泵系统:
[0017]罗茨真空泵是采用电机驱动的叶轮式容积真空泵，是一种干式等体积真空泵，在泵腔内有二个“8”字形的转子相互垂直安装在一对平行轴上，由传动比为I的一对齿轮带动彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子和泵壳内壁之间保持一定的间隙可以实现高速运行。由于转子的不断旋转，被抽气体从吸入口吸入到转子与泵壳之间空间内，再经排气口排出，实现抽气功能。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，所以需要多级串联使用。
[0018]航天航空大型真空模拟试验装置采用罗茨真空泵系统存在以下缺点:
[0019](I)大型真空模拟试验装置抽气量非常大，罗茨真空泵的作为体积泵，每台的抽气量受到限制，所以需要建设罗茨真空泵机组的数量很大，设备投资费用很大；
[0020](2)需要建设大型的供电站给罗茨真空泵供电，增加大量的设备投资费用，有些试验装置受供电外网的限制，无法满足罗茨式真空泵的供电需求；
[0021](3)因罗茨真空泵需要采用冷却水作冷却，需要建设冷却水冷却设备和冷却水供应设备，增加大量的设备投资；
[0022](4)罗茨真空泵作为动设备，一段时间不使用，每个星期均需要对其进行维护，工作量大。当罗茨真空泵出现故障，维修非常麻烦，有些故障需要返厂维修。
【实用新型内容】
[0023]本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，结构简单，维护方便，使用安全可靠，成本低的高压空气喷射真空泵系统。
[0024]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:该高压空气喷射真空泵系统，包括若干组串联设置的高压空气喷射真空泵，所述高压空气喷射真空泵包括喷嘴、吸入室和扩压管，所述喷嘴、吸入室和扩压管均同轴设置且均沿一条第一轴线延伸设置，所述吸入室处设置有与吸入室贯通的抽气口，所述扩压管上具有排出口，所述前一级的高压空气喷射真空泵的排出口与后一级的高压空气喷射真空泵的抽气口连接，其特征在于:还包括压力^ 5MPA的压缩空气源，所述压力空气源分别与每一级的高压空气喷射真空泵的喷嘴连接。本实用新型采用廉价的压缩空气作为动力，与蒸汽喷射真空泵系统相比运行成本低，因不需要蒸汽锅炉，大大降低废气排放，对环境没有污染；本实用新型不需要冷却水，大大节约了水资源；与水环真空泵系统和罗茨真空泵系统相比，高压空气喷射真空泵系统没有作动的设备，所以没有机械磨损，设备投资低，维护费用低，运行费用低；压缩空气可以采用压缩空气储罐长期保存，保存过程中不存在资源消耗，尤其适合作为大型航空航天真空模拟试验装置的抽真空系统；本实用新型结构简单，设备重量轻，设备制造成本低。
[0025]本实用新型所述喷嘴设置于吸入室内并包括一个部分露于吸入室外部的连接管和一个位于吸入室内的喷管；所述扩压管上在远离喷管的方向上依次设置收缩段、喉部和扩散段，所述喷管与收缩段对应且排出口位于扩压管的末端。高压空气通过喷嘴进行绝热膨胀并形成超音速气流，喷嘴出口压力下降，从而在吸入室内产生压力差，由此产生抽吸气体的能力，被抽气体与高速空气流进行能量交换，高速空气与被抽气体在扩压管的收缩段充分混合进行能量交换，到扩压管的喉部达到音速，随后进入扩压管的扩散段减速增压后排出扩压管。
[0026]本实用新型所述吸入室的外部设置有一号法兰，该一号法兰具有通孔，所述连接管上在其位于吸入室外处设置有与一号法兰对应连接的二号法兰，该二号法兰在靠近一号法兰的一侧具有一圆环状的定位凸台，且定位凸台的外径与通孔的直径匹配，所述连接管穿设于一号法兰并使二号法兰上的定位凸台插接于一号法兰的通孔内。喷嘴与吸入室连接时，连接管上的二号法兰与一号法兰固定，定位凸台与通孔均沿第一轴线设置，因而二号法兰上的定位凸台与一号法兰的通孔插接配合后，可使减小安装时的误差，确保喷嘴与吸入室的同心度，从而保证喷嘴的性能。
[0027]本实用新型还包括小孔式消音器，该小孔式消音器安装在最后一级的高压空气喷射真空泵的排出口上。小孔式消音器的安装，可降低高压空气排出时的噪音。
[0028]本实用新型所述收缩段的截面积在往喉部的方向上递减，所述喉部在沿第一轴线方向上的截面积保持不变，所述扩散段的截面积在远离喉部的方向上递增。被抽气体与高速空气流在收缩段时，由于收缩段的截面积在往喉部的方向上递减，因而被抽气体与高速空气流充分混合后被逐渐压缩，由于喉部在沿第一轴线方向上的截面积保持不变，因而被抽气体与高速空气流在喉管内达到均衡，由于扩散段的截面积在远离喉部的方向上递增，因而被抽气体与高速空气流在扩散段内压力逐渐减小，最后经排出口排出。
[0029]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:本实用新型结构简单，设备重量轻，设备制造成本低；采用廉价的压缩空气作为动力，与蒸汽喷射真空泵系统相比运行成本低，因不需要蒸汽锅炉，大大降低废气排放，对环境没有污染；本实用新型不需要冷却水，大大节约了水资源；与水环真空泵系统和罗茨真空泵系统相比，高压空气喷射真空泵系统没有作动的设备，所以没有机械磨损，设备投资低，维护费用低，运行费用低；压缩空气可以采用压缩空气储罐长期保存，保存过程中不存在资源消耗，尤其适合作为大型航空航天真空模拟试验装置的抽真空系统；喷嘴与吸入室连接时，连接管上的二号法兰与一号法兰固定，定位凸台与通孔均沿第一轴线设置，因而二号法兰上的定位凸台与一号法兰的通孔插接配合后，可使减小安装时的误差，确保喷嘴与吸入室的同心度，从而