一种放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置。该防爆破装置利用真空规管、真空开关、高真空电磁阀、安全爆破片的特点，结合PLC控制系统软硬件，充分考虑到各种潜在的安全隐患，在整个真空度范围5×102Pa ~1×105 Pa内，组成了具有四级防护功能的防爆破装置，该防爆破装置具有安全性好、响应快、可靠性高的优点，对处于复杂而特殊的真空环境中的玻璃隔板起到了很好的安全保护作用。
【专利说明】
-种放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置
技术领域
[0001] 本发明属于压力容器防爆泄压领域，具体设及一种放置在真空环境中的玻璃隔板 的防爆破装置。
【背景技术】
[0002] 目前，压力容器中防止超压或过度真空的装置主要是安装安全爆破片和泄压阀， 对于安全爆破片和泄压阀，已经有相关的国家标准和若干专利。众所周知，安全爆破片主要 是由爆破片和夹持器等组成的压力泄放装置，爆破片两侧压力差达到预设定值时，爆破片 即刻动作(破裂或脱落），并泄放流体介质，属于一次性的泄压装置，爆破片破裂后不可恢复 和再投入使用。泄压阀，又名安全阀，可W根据系统的工作压力自动启闭，当达到安全压力 的上限时能够自动开启，把压力释放一部分，当压力下降到安全压力W下时，泄压阀自动关 闭，所W泄压阀属于可重复使用型安全装置。
[0003] 当前，在大型高功率激光装置中，在大口径光束传输路径中有一块真空玻璃隔板， 尺寸是400mm(长）X400mm(宽）X IOmm(厚），放置在两个真空容器之间，由于大口径激光要 通过该玻璃，所W不能采用不诱钢板或者侣板，必须采用玻璃板，玻璃作为透射光学元件， 必须能透过高能、高密度、大口径的光束，且对光束能量损耗和光路指向性的影响要尽量 小，运就要求玻璃隔板尽量薄，实际试验选择厚度为IOcm的石英玻璃作为真空隔离板，但 是，作为隔离真空的玻璃隔板，两侧安全压差必须控制在1000 OPaW内（玻璃隔板两侧额定 工作压力分别是在1 X IO-4Pa(高真空）和1000化(低真空）），当隔板两侧压差大于1000 OPa 时，玻璃隔板就有破碎的危险，会损害真空容器中的其他贵重光学元件，甚至损坏真空机 组。为了对复杂真空环境中的玻璃隔板进行有效保护，必须研制一套专用的功能完备的防 爆破安全泄压装置，来达到此项苛刻的安全要求。
[0004] 目前，国内和国外尚无此类特殊用途的防爆破泄压装置，通常采用安装安全爆破 片和泄压阀保护，而大型高功率激光装置对安全性、可靠性、气密性、快速性要求较高，并且 要有一定的自恢复能力。爆破片属于一次性耗材器件，爆破后不能恢复，功能单一，不能单 独使用来完成本特殊真空系统中的安全防护，只能作为其中机械泄压级安全防护的组成器 件。泄压阀的气密性低，无法对两侧都是真空的环境进行可靠真空隔离和密封;尤其在两侧 1000化运样的小压差下，更无法实现快速开阀泄压(对于泄压阀，压差越大，泄压越快）。W 上两种安全防护装置均不满足要求。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装 置。
[0006] 本发明的放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置，其特点是，包括高真空容 器、低真空容器、高真空管道、低真空管道、高真空规管、低真空规管、真空开关I、真空开关 n、高真空电磁阀I、高真空电磁阀n、安全爆破片I、安全爆破片n、电气控制线路、PLC (Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器，简称化C)控制系统； 所述的高真空容器和低真空容器之间放置玻璃隔板;所述的高真空管道与高真空容器 连通，高真空管道上安装有高真空规管和真空开关I;所述的低真空管道与低真空容器连 通，低真空管道上有安装低真空规管和真空开关n;所述的高真空管道和低真空管道之间 并联高真空电磁阀I、高真空电磁阀n、安全爆破片I和安全爆破片n; 所述的高真空规管和低真空规管的真空读数通过电气控制线路传输至化C控制系统， PLC控制系统的控制命令通过电气控制线路传输至高真空电磁阀I和高真空电磁阀n; 所述的真空开关I或真空开关n的设定值控制高真空电磁阀I或高真空电磁阀n打开 或关闭； 所述的高真空容器和低真空容器之间的压差值控制安全爆破片I和安全爆破片n的爆 破，安全爆破片I和安全爆破片n的爆破方向相反。
[0007] 所述的玻璃隔板的尺寸范围为:矩形范围为200mmX200mm~400mmX400mm，厚度 范围为2.5 mm~IOmm;圆形直径范围为巫200mm~400mm，厚度范围为2.5 mm~10mm。
[000引所述的高真空规管为复合真空计，压力测量范围为5 X 10-8化~1.5 X IO5 Pa;低真 空规管的压力测量范围为5 X 10-2化~1.5 X IO5化。
[0009] 所述的真空开关I或真空开关n的设定值A为5000化，精度为±100 Pa。
[0010] 所述的高真空电磁阀1(10)和高真空电磁阀E(Il)为内置不诱钢波纹管密封结构 的角阀，漏率为5Xl〇-iVa .mVs，开方向和关方向的压差均《1.3X105化，工作最小压强 为1X10-6 化。
[0011] 所述的安全爆破片I和安全爆破片n的爆破压力设定值B为10000Pa(B=2A)，精度 为 ±5%。
[0012 ]本发明的的防爆破装置基于W下设计思路： 需要保护的玻璃隔板放置在高真空容器和低真空容器之间，起真空隔离的作用。为了 确保玻璃隔板的安全，必须严格控制玻璃隔板两侧的压强差，本发明的防爆破装置首先是 通过化C电气软件程序根据真空规管的读数自动控制声光报警和电磁阀自动的打开和关 闭、其次是机械真空开关直接电气硬件控制电磁阀自动打开和关闭、W及完全由两个机械 式爆破片双向超压爆破的方式，多种防爆破方式按照压强逐渐增大的顺序有机结合，实现 了对玻璃隔板的四级有效保护。
[0013] 第一级保护是将化C控制系统通过电气控制线路与高真空规管和低真空规管连接 在一起，PLC控制软件自动对真空规管进行实时监测，当任意一个真空规管的读数超过设定 值时，PLC的自动控制程序会发出"漏气报警"命令给蜂鸣器发出声光报警，实现第一级声光 报警。
[0014] 第二级保护是将化C控制系统通过电气控制线路与高真空规管和低真空规管，W 及两个并联的高真空电磁阀I和高真空电磁阀n连接在一起。当第一级的"漏气报警"没有 得到有效处理，真空规管的读数继续上升到"自动开阀"的阔值时，PLC程序软件根据真空规 管的读数自动控制高真空电磁阀I和高真空电磁阀n开阀泄压，实现化C软件自动控制开阀 泄压保护。
[0015] 第=级保护是将真空开关I或真空开关n的通过电气控制线路与高真空电磁阀I 或高真空电磁阀n相连。当第一级和第二级保护失效，玻璃隔板两侧的压强继续增大，达到 真空开关I或真空开关n的设定值时，真空开关I或真空开关n出触点信号控制高真空电磁 阀I或高真空电磁阀n打开，实现电气硬件开阀泄压保护； 第四级保护是由高真空容器和低真空容器之间并联的安全爆破片I和安全爆破片n组 成，爆破方向相反。当前=级保护均失效，玻璃隔板两侧的压强继续增大，达到安全爆破片 的设定爆破阔值时，爆破片自动爆破泄压，实现机械级硬件保护。
[0016] 本发明的放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置利用真空规管、真空开关、 高真空电磁阀、安全爆破片的特点，结合化C控制系统软硬件，充分考虑到各种潜在的安全 隐患，在整个真空度范围5X IO2Pa~1 X IO5化内，组成了具有四级防护功能的防爆破装置， 该防爆破装置具有安全性好、响应快、可靠性高的优点，对处于复杂而特殊的真空环境中的 玻璃隔板起到了很好的安全保护作用。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置的结构图。
[0018] 图中，1.玻璃隔板，2.高真空容器，3.低真空容器，4.高真空管道，5.低真空管道， 6.高真空规管，7.低真空规管，8.真空开关1,9.真空开关n ,10.高真空电磁阀1,11.高真 空电磁阀n ,12.安全爆破片1,13.安全爆破片n ,14.电气控制线路，15.化C控制系统。
【具体实施方式】
[0019 ]下面结合附图具体说明本发明。
[0020] W下实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员 在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可W做出各种变化、替换和变型，因此同等的技 术方案也属于本发明的范畴。
[0021] 如图1所示，本发明的放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置，包括高真空容 器2、低真空容器3、高真空管道4、低真空管道5、高真空规管6、低真空规管7、真空开关18、真 空开关119、高真空电磁阀110、高真空电磁阀nil、安全爆破片112、安全爆破片n 13、电气 控制线路14、PLC控制系统15; 所述的高真空容器2和低真空容器3之间放置玻璃隔板1;所述的高真空管道4与高真空 容器2连通，高真空管道4上安装有高真空规管6和真空开关18;所述的低真空管道5与低真 空容器3连通，低真空管道5上有安装低真空规管7和真空开关n 9;所述的高真空管道4和低 真空管道5之间并联高真空电磁阀110、高真空电磁阀nil、安全爆破片112和安全爆破片n 13; 所述的高真空规管6和低真空规管7的真空读数通过电气控制线路14传输至化C控制系 统15，PLC控制系统15的控制命令通过电气控制线路14传输至高真空电磁阀IlO和高真空电 磁阀nil; 所述的真空开关18或真空开关n 9的设定值控制高真空电磁阀Iio或高真空电磁阀n 11打开或关闭； 所述的高真空容器2和低真空容器3之间的压差值控制安全爆破片112和安全爆破片n 13的爆破，安全爆破片112、安全爆破片n 13的爆破方向相反。
[0022] 所述的玻璃隔板的尺寸范围为:矩形范围为200mmX200mm~400mmX400mm，厚度 范围为2.5 mm~10mm;圆形直径范围为巫200mm~400mm，厚度范围为2.5 mm~10mm。
[0023] 所述的高真空规管为复合真空计，压力测量范围为5X10-S化~1.SXlO5Pa;低真 空规管的压力测量范围为5 X 1〇-2化~1.5 X IO5化。
[0024] 所述的真空开关I或真空开关n的设定值A为5000化，精度为±100 Pa。
[0025] 所述的高真空电磁阀1(10)和高真空电磁阀E(Il)为内置不诱钢波纹管密封结构 的角阀，漏率为5Xl〇-iVa .mVs，开方向和关方向的压差均《1.3X105化，工作最小压强 为1X10-6 化。
[00%]所述的安全爆破片I和安全爆破片n的爆破压力设定值B为10000Pa(B=2A)，精度 为 ±5%。
[0027] W被保护的玻璃隔板1的尺寸为400mm(长）X400mm(宽）X IOmm(厚）为例加W说 明，该玻璃隔板1的理论爆破压力，即极限压强为門=50000化，安全系数取：丫 =(极限压力 門/许用压力Px)>5,许用压力为Px《极限压力門/5=10000化。因此，选用复合型高真空规 管6,即将两种真空计集成在一个小型的单元内，压力测量范围为5X 1〇-8化~1 X IO5 Pa;低 真空规管7的压力测量范围为5X10-2化~1.5X105 Pa;真空开关18或真空开关E9的设定 值A为5000化，精度为± 100 Pa;高真空电磁阀110和高真空电磁阀n 11为内置不诱钢波纹 管密封结构的角阀，漏率为5Xl(TiVa.m3/s，开方向和关方向的压差均《1.3X105Pa，工 作最小压强为1 X 1(T6 Pa。安全爆破片112和安全爆破片n 13的的爆破压力设定值B为 10000I^(B=2A=许用压力为Px),精度为±5%。
[0028] 本发明的放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置，对玻璃隔板1进行基于化C 软件、电气硬件和纯机械有机结合的四级保护。每一级保护的具体工作过程如下所述： 第一级保护是化C控制系统15通过电气控制线路14与高真空规管6和低真空规管7连接 在一起，实现化C程序软件自动控制声光报警保护。具体工作过程为:高真空规管6通过高真 空管道4实时监测高真空容器2的真空度Pl，低真空规管7通过低真空管道5实时监测低真空 容器3的真空度P2,两个真空规管的真空读数通过电气控制线路14传输到化C控制系统15， PLC控制软件自动进行实时监测，当任意一个真空规管的读数超过设定值时，即Pl > 1500化 或者P2>1500化，PLC的自动控制程序会发出"漏气报警"命令给蜂鸣器发出声光报警，实 现第一级声光报警，可W将玻璃隔板1两侧的压强差控制在0~1500化之间。
[0029] 第二级保护为化C控制系统15通过电气控制线路14与高真空规管6和低真空规管 7, W及两个并联的高真空电磁阀IlO和高真空电磁阀nil连接在一起，实现化C程序软件根 据高真空规管6和低真空规管7的读数自动控制高真空电磁阀IlO和高真空电磁阀nil，实 现化C软件自动控制开阀泄压保护。具体工作过程为:高真空规管6通过高真空管道4实时监 测高真空容器2的真空度Pl，低真空规管7通过低真空管道5实时监测低真空容器3的真空度 P2,高真空规管6和低真空规管7的真空读数通过电气控制线路14传输到化C控制系统15， PLC控制软件自动进行实时监测，当第一级的"漏气报警"没有得到及时有效处理，高真空规 管6和低真空规管7的读数继续上升，当任意一个高真空规管6或低真空规管7的读数超过设 定值时，即Pl >3000化或P2>3000化，PLC的自动控制程序会发出"开阀泄压"命令，高真空 电磁阀IlO和高真空电磁阀nil自动强制开阀泄压，玻璃隔板1两侧之间的压强迅速减小直 至平衡，实现第二级开阀泄压保护，可W将玻璃隔板1两侧的压强差控制在1500~3000Pa之 间。
[0030] 第S级保护是由真空开关18或真空开关n 9的通过电气控制线路14与高真空电磁 阀IiO或高真空电磁阀nil相连。当出现化C软件死机或者没有上电开机等故障，第一级和 第二级化C控制软件保护失效，高真空电磁阀Iio或高真空电磁阀nil未能及时打开泄压， 玻璃隔板1两侧的压强继续增大，达到真空开关18或真空开关n 9的设定值A为5000化时，不 通过化C软件，真空开关18或真空开关E9输出触点控制信号，直接触发控制继电器打开高 真空电磁阀Iio或高真空电磁阀nil,实现电气硬件开阀泄压保护； 第四级保护是由高真空容器2和低真空容器3之间并联的安全爆破片112和安全爆破片 n 13组成，爆破方向相反。当果整个电气系统出现停电等特殊情况，无法发挥电磁阀联通泄 压功能，前=级保护均失效时，玻璃隔板1两侧的压强继续增大，达到安全爆破片112和安全 爆破片n 13的设定爆破阔值B为1 OOOOPa (B=2A=许用压力为Px )时，完全独立于电气系统，安 全爆破片112和安全爆破片n 13自动爆破泄压，实现纯机械级硬件保护。
[0031] 下表1为矩形、表2为圆形的玻璃隔板1的相关技术数据。
[0032] 表 1
【主权项】
1. 一种放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置，其特征在于，包括高真空容器 (2)、低真空容器(3)、高真空管道(4)、低真空管道(5)、高真空规管(6)、低真空规管(7)、真 空开关1(8)、真空开关Π (9)、高真空电磁阀1(10)、高真空电磁阀Π (11)、安全爆破片I (12)、安全爆破片Π ( 13)、电气控制线路(14)、PLC控制系统（15); 所述的高真空容器(2)和低真空容器(3)之间放置玻璃隔板（1);所述的高真空管道(4) 与高真空容器(2)连通，高真空管道(4)上安装有高真空规管(6)和真空开关1(8);所述的低 真空管道(5)与低真空容器(3)连通，低真空管道(5)上有安装低真空规管(7)和真空开关Π (9) ;所述的高真空管道(4)和低真空管道(5)之间并联高真空电磁阀1(10)、高真空电磁阀 Π (11)、安全爆破片1(12)和安全爆破片Π (13); 所述的高真空规管(6)和低真空规管(7)的真空读数通过电气控制线路（14)传输至PLC 控制系统（15)，PLC控制系统（15)的控制命令通过电气控制线路(14)传输至高真空电磁阀I (10) 和高真空电磁阀Π ( 11); 所述的真空开关I(8)或真空开关Π (9)的设定值控制尚真空电磁阀I(10)或尚真空电 磁阀Π ( 11)打开或关闭； 所述的高真空容器(2)和低真空容器(3)之间的压差值控制安全爆破片I (12)和安全爆 破片Π (13)的爆破，安全爆破片I (12)、安全爆破片Π (13)的爆破方向相反。2. 根据权利要求1所述的放置在真空环境中的玻璃隔板的防爆破装置，其特征在于，所 述的玻璃隔板（1)的尺寸范围为：矩形范围为200mm X 200mm~400mmX 400mm，厚度范围为 2.5 mm~10mm;圆形直径范围为Φ200mm~400mm，厚度范围为2· 5 mm~10mm。3. 根据权利要求1所述的放置在真空环境中的玻璃隔板（1)的防爆破装置，其特征在 于，所述的高真空规管(6)为复合真空计，压力测量范围为5X HT8 Pa ~1.5X IO5 Pa;低真空 规管(7)的压力测量范围为5X10_2 Pa~1.5X105 Pa。4. 根据权利要求1所述的放置在真空环境中的玻璃隔板（1)的防爆破装置，其特征在 于，所述的真空开关1(8)或真空开关Π (9)的设定值A为5000Pa，精度为±100 Pa。5. 根据权利要求1所述的放置在真空环境中的玻璃隔板（1)的防爆破装置，其特征在 于，所述的高真空电磁阀1(10)和高真空电磁阀Π (11)为内置不锈钢波纹管密封结构的角 阀，漏率为5X10_1() Pa · m3/s，开方向和关方向的压差均S1.3X105 Pa，工作最小压强为1 X10-6 Pa06. 根据权利要求1所述的放置在真空环境中的玻璃隔板（1)的防爆破装置，其特征在 于，所述的安全爆破片1(12)和安全爆破片Π (13)的爆破压力设定值B为10000Pa(B=2A)，精 度为±5%。
【文档编号】F17C1/00GK105909973SQ201610306549
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】王礼权, 敬域堃, 冯斌, 李富全, 向勇, 韩伟, 王芳, 李恪宇, 柴向旭, 贾怀庭, 钟伟, 张帆, 陈旭
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心