阅读说明：本技术 用于密闭箱室内的真空装置 (Vacuum device used in closed box chamber ) 是由 张志平 张黎源 许忠政 姜正鹤 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于密闭箱室内的真空装置,包括真空室和真空泵,真空室与真空泵之间依次连接波纹管、弯头管道和高真空管道,五者之间均设有金属密封结构；真空室安装在支架平台上；真空室前门通过前门运动机构安装于真空室上,前门运动机构与桁架固定连接,进而安装在支架平台上；真空室设有真空室底门法兰,真空室底门安装在底门升降机构上；真空室前门和真空室底门与真空室之间均设有密封圈密封结构。本发明除运动机构的门密封之外,所有的密封连接采用金属密封,保证连接可靠和真空密封；运动机构的门由电机驱动,通过动力机械手实现电机的远程检维修；密封圈保持架法兰设计有动力机械手接口,方便机械手远程操作。(The invention discloses a vacuum device used in a closed box chamber, which comprises a vacuum chamber and a vacuum pump, wherein a corrugated pipe, an elbow pipeline and a high vacuum pipeline are sequentially connected between the vacuum chamber and the vacuum pump, and metal sealing structures are arranged between the vacuum chamber and the vacuum pump; the vacuum chamber is arranged on the bracket platform; the front door of the vacuum chamber is arranged on the vacuum chamber through a front door movement mechanism, and the front door movement mechanism is fixedly connected with the truss and further arranged on the support platform; the vacuum chamber is provided with a vacuum chamber bottom door flange, and the vacuum chamber bottom door is arranged on the bottom door lifting mechanism; sealing ring sealing structures are arranged between the front door of the vacuum chamber and between the bottom door of the vacuum chamber and the vacuum chamber. Except for the door seal of the movement mechanism, all the seal connections adopt metal seal, so that reliable connection and vacuum seal are ensured; the door of the movement mechanism is driven by a motor, and the remote inspection and maintenance of the motor are realized by a power manipulator; a power manipulator interface is designed on the flange of the sealing ring retainer, so that the manipulator can be operated remotely conveniently.)

用于密闭箱室内的真空装置

技术领域

本发明涉及真空装置领域，具体是一种用于密闭箱室内的真空装置。

背景技术

在医疗、核工业等有洁净要求和需要强辐射防护的应用领域中，实验设备往往安装在由一定密封要求的大型箱室内，箱室内由于有较强的辐射剂量和超洁净要求，人员不宜进入箱室内进行直接操作设备，而且在辐照条件下许多元器件的性能与常态时不一样，对装置本身性能及检维修性提出了更高的要求。真空类设备与其他设备不同，真空性能指标是设备核心参数，影响因素较多，对密封性要求很高。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，而提供一种用于密闭箱室内的真空装置。

本发明是按照以下技术方案实现的：

一种用于密闭箱室内的真空装置，包括安装于密闭箱室内的真空室以及安装于密闭箱室外的真空泵，真空室与真空泵之间依次连接波纹管、弯头管道和高真空管道；所述真空室和波纹管、波纹管和弯头管道、弯头管道和高真空管道之间均设有金属密封结构；

所述真空室安装在支架平台上；真空室前门通过前门运动机构安装于真空室上，前门运动机构与桁架固定连接，进而安装在支架平台上；所述真空室设有真空室底门法兰，真空室底门安装在底门升降机构上；所述真空室前门和真空室底门与真空室之间均设有密封圈密封结构。

进一步的，所述金属密封结构包括第一法兰、第二法兰、定位组件、金属密封圈和连接件；所述第一法兰密封侧四个角设均有安装孔，安装孔底部形成螺纹孔；所述定位组件包括螺栓、第二弹簧和定位销；定位销通过螺栓安装在第一法兰安装孔底部的螺纹孔内；所述定位销与第一法兰安装孔孔壁之间设有第二弹簧； 所述金属密封圈弯曲为方形，套在第一法兰四角安装的定位组件中的定位销上；所述第一法兰和第二法兰通过连接件紧固。

进一步的，所述定位销为内部中空结构，螺栓位于定位销内，定位销一端内径形成缩径，螺栓的螺帽卡在定位销的内径缩径处；所述定位销与内径缩径同端的外径形成缩径，第二弹簧套在定位销的外径缩径部。

进一步的，所述密封圈密封结构包括真空室法兰、保持架法兰、门法兰、夹取块、挂件组件、密封圈；所述真空室法兰上端设有用于安装挂件组件的安装定位槽；所述保持架法兰上部设有一个以上的安装孔，与安装孔数量对应的挂件组件固定于安装孔内，所述挂件组件包括销柱、垫片和螺钉；所述保持架法兰顶部正中安装有夹取块；所述保持架法兰两侧均设有密封槽，密封圈置于密封槽内。

进一步的，所述前门运动机构包括门架、动力机构和活动连接机构； 所述门架通过活动连接机构连接真空室前门；所述活动连接机构包括安装在门架上的加力块，加力块通过加力轴和第一弹簧与挡块连接；所述挡块上安装有第三滑块，第三滑块在第三导轨上滑动，第三导轨安装在门架上；所述挡块还与连杆连接；所述连杆两端分别通过摆臂与真空室前门连接，连杆、摆臂、真空室前门之间的连接形式为铰链连接，形成四连杆结构；所述门架上设计有螺纹孔，顶丝与螺纹孔配合安装，实现真空室前门的手动预紧；所述真空室前门底部安装有支撑滚轮，滚轮支撑在轨道上运动；所述轨道为L形截面轨道，其侧面有缺口，以便于支撑滚轮能通过缺口进行前后运动；真空室法兰侧面安装有真空室前门的限位滚轮。

进一步的，所述动力机构包括电机，以及位于真空室前门上方的第一丝杆和第一导轨、位于真空室前门下方的第二丝杆和第二导轨；所述第一丝杆和第二丝杆上分别嵌套与之相配合的第一螺母和第二螺母，第一丝杆和第二丝杆的末端均通过丝杆支撑结构分别安装在桁架和支架平台上；所述第一导轨和第二导轨分别安装有第一滑块、第二滑块，门架的上端与第一滑块和第一螺母连接，门架的下端与第二滑块和第二螺母连接。

进一步的，所述电机通过减速机和联轴器与第一换向器连接，第一换向器与第一丝杆连接；第一换向器通过连轴与第二换向器连接，第二换向器与第二丝杆连接。

进一步的，所述第一换向器与第一丝杆之间、第一换向器与连轴之间设有柔性联轴器，所述柔性联轴器为波纹管联轴器。

进一步的，所述门架在第一滑块、第二滑块的约束下，沿第一导轨和第二导轨平移运动，门架平移运行到位碰触限位开关，限位开关输出信号使电机停止运行。

进一步的，所述前门运动机构和底门升降机构采用电机-减速机-丝杠驱动方式，电机设计有动力机械手接口。

本发明具有的优点和有益效果是：

1.本发明除运动机构的门密封之外，所有的密封连接采用金属密封，保证连接可靠和真空密封；

2.本发明运动机构的门由电机驱动，能够通过动力机械手实现电机的远程检维修；

3.本发明密封圈保持架法兰设计有动力机械手接口，方便机械手远程操作；

4.本发明按照辐射设计指标选取元器件，保证装置的耐辐射性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明前门运动机构的主视图；

图3为本发明前门运动机构的俯视图；

图4为本发明前门运动机构的侧视图；

图5为本发明缓冲组件局部图；

图6为本发明缓冲组件中第三导轨和第三滑块的结构示意图；

图7为本发明密封圈压紧后的金属密封结构示意图；

图8为本发明密封圈压紧前的金属密封结构示意图（局部）

图9为本发明真空密封圈保持架安装及密封示意图；

图10为发明真空室法兰的主视图；

图11为发明真空室法兰的侧视图

图12为发明真空密封圈保持架主视图；

图13为发明真空密封圈保持架侧视图；

图14为本发明真空密封圈保持架局部结构示意图。

其中，1.真空室；2.前门运动机构；2-1.电机；2-2.减速机；2-3.联轴器；2-4.第一换向器；2-5.第一丝杆；2-6.第一螺母；2-7.第一滑块；2-8.第一导轨；2-9.连轴；2-10.第二换向器；2-11.第二丝杆；2-12.第二螺母；2-13.第二滑块；2-14.第二导轨；2-15.丝杆支撑结构；2-16.门架；2-17.加力块；2-18.加力轴；2-19.挡块；2-20.第一弹簧；2-21.第三导轨；2-22.第三滑块；2-23.连杆；2-24.摆臂；2-26.支撑滚轮；2-27.轨道；2-29.限位滚轮；2-31.限位开关；2-32.顶丝；3.真空室前门；5.波纹管；6.弯头管道；7. 高真空管道；8.真空泵；9.电极法兰；10.桁架；11.水管；12.底门升降机构；13.密闭箱室；14.支架平台；15.水贯穿件；16.电贯穿件；17.真空室底门；18.第一法兰；19.第二法兰；20.定位组件；20-1.螺栓；20-2.第二弹簧；20-3.定位销；21.金属密封圈；22.连接件；23.真空室法兰；24.保持架法兰；25.门法兰；26.安装定位槽；27.夹取块；28.安装孔；29.挂件组件；30.垫片；31.螺钉；32.销柱；33.密封槽；34.密封圈。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细的说明。

如图1-14所示，一种用于密闭箱室内的真空装置，包括安装于密闭箱室13内的真空室1以及安装于密闭箱室13外的真空泵8，真空室1与真空泵8之间依次连接波纹管5、弯头管道6和高真空管道7，起到抽真空的作用；将真空泵8安装在密闭箱室13外，既能够起到原有的抽空作用，又能减少真空泵8所受的辐射及污染，真空泵8出现故障时采取一定辅助措施可以进行现场检修。

所述真空室1和波纹管5、波纹管5和弯头管道6、弯头管道6和高真空管道7之间均设有金属密封结构；不可拆卸，既提高了真空密封连接的可靠性，又避免胶圈密封在辐照条件的老化等未知风险。真空室1与弯头管道6之间安装的波纹管5起到抽空缓冲和补偿安装误差的作用。

所述真空室1安装在支架平台14上，连接形式为螺栓连接；真空室前门3通过前门运动机构2安装于真空室1上，前门运动机构2与桁架10固定连接，进而安装在支架平台14上；真空室1在密闭箱室13内进行工作，必然涉及到开关真空室门的操作，常规的真空室门大多为铰链门结构，但铰链门旋转时占空间较大，且不易实现远程操作。本发明涉及的真空室前门3通过前门运动机构2驱动，可以实现自动化平移及预紧，从而实现真空室前门3的远程开闭。

所述真空室1设有真空室底门法兰，真空室底门17安装在底门升降机构12上，通过底门升降机构12实现上升和下降。所述底门升降机构12包含两套升降机构，两侧的双丝杠升降结构作为主升降机构，连杆剪叉梁升降机构作为备用机构，均通过电机-减速机-换向器等型式实现。真空室1的四个支撑柱固定在支撑平台14的四个角，支架平台14中间镂空，以便底门升降机构12托着底门升降和密封。由于金属密封的一次性，所述真空室前门3和真空室底门17与真空室1之间均设有密封圈密封结构，密封圈材质选用三元乙丙橡胶（EPDM），具有一定的耐辐照特性。

所述金属密封结构包括第一法兰18、第二法兰19、定位组件20、金属密封圈21和连接件22；所述第一法兰18密封侧四个角设均有安装孔，安装孔底部形成螺纹孔，用于安装定位组件20；所述定位组件20包括螺栓20-1、第二弹簧20-2和定位销20-3；定位销20-3通过螺栓20-1安装在第一法兰安装孔底部的螺纹孔内；所述定位销20-3与第一法兰安装孔孔壁之间设有第二弹簧20-2； 所述金属密封圈21弯曲为方形，套在第一法兰18四角安装的定位组件20中的定位销20-3上实现定位；所述第一法兰18和第二法兰19通过连接件22紧固。

所述定位销20-3为内部中空结构，螺栓20-1位于定位销20-3内，定位销20-3一端内径形成缩径，螺栓20-1的螺帽卡在定位销20-3的内径缩径处，螺栓20-1的螺帽实现对定位销20-3的限位，防止定位销20-3在第二弹簧20-2弹力的作用下脱离第一法兰18；所述定位销20-3与内径缩径同端的外径形成缩径，第二弹簧20-2套在定位销20-3的外径缩径部。

所述第一法兰18和第二法兰19均为平法兰，无凸台等定位结构，方便方法兰加工。

所述定位销20-3与螺栓20-1之间间隙配合。

所述定位销20-3与第一法兰安装孔间隙配合，能顺畅滑动。

所述金属密封圈21为银、铝等软金属材质，材料较柔软，方便弯曲为方形密封圈。优选的，金属密封圈21为铝金属密封圈，能够烘烤加热至约350℃，达到高真空要求。

所述金属密封圈21截面直径约1mm~4mm。

所述连接件22为螺栓；螺母为自紧螺母，具有防松结构。

安装时，金属密封圈21箍在第一法兰18四角安装的定位销20-3上，防止金属密封圈21滑动；拧紧时，第二法兰19将定位销20-3压缩至第一法兰安装孔内，第二法兰19、第一法兰18与金属密封圈21接触，使金属密封圈21产生塑性变形，实现密封。本发明的定位组件20具有伸缩功能，安装时能提供定位功能，密封时缩回，不影响真空密封。

所述密封圈密封结构包括真空室法兰23、保持架法兰24、门法兰25、夹取块27、挂件组件29、密封圈34；所述真空室法兰23上端设有用于安装挂件组件29的安装定位槽26；所述保持架法兰24上部设有一个以上用于安装挂件组件29的安装孔28，与安装孔28数量对应的挂件组件29固定于安装孔28内，所述挂件组件29包括销柱32、垫片30和螺钉31；所述保持架法兰24顶部正中安装有夹取块27；所述保持架法兰24两侧均设有密封槽33，密封圈34置于密封槽33内。

所述保持架法兰24上的密封槽33为燕尾槽。

所述保持架法兰24上设有2个安装孔28，每个安装孔28内均安装有挂件组件29。

所述挂件组件29的销柱32***安装孔28，在保持架法兰24的另一侧依次安装垫片30和螺钉31，防止销柱32脱开安装孔28。

所述夹取块27为倒凸台结构，方便通过机械手远程夹取。

所述夹取块27表面滚花，增加夹持摩擦力。

所述安装定位槽26的位置和数量与挂件组件29对应。

所述保持架法兰24顶部正中安装有一个夹取块27。

所述安装定位槽26为双U型凹槽，上槽大下槽小，方便挂件组件29安装入位。

工作时，密封圈34安装在保持架法兰24两侧的密封槽33内。机械手通过夹取夹持块27，将保持架法兰24提起，使挂件组件29安装入安装定位槽26内，从而使保持架法兰24安装在真空室法兰23上，门法兰25从另一侧压紧保持架法兰24，实现双侧密封。

所述前门运动机构2包括门架2-16、动力机构和活动连接机构； 所述门架2-16通过活动连接机构连接真空室前门3；所述活动连接机构包括安装在门架2-16上的加力块2-17，加力块2-17通过加力轴2-18和第一弹簧2-20与挡块2-19连接；所述挡块2-19上安装有第三滑块2-22，第三滑块2-22在第三导轨2-21上滑动，第三导轨2-21安装在门架2-16上；所述挡块2-19还与连杆2-23连接；由此，门架2-16与连杆2-23之间可产生平移运动，门架2-16与连杆2-23之间设置缓冲组件，运动到限位时，第一弹簧2-20起缓冲作用；

所述连杆2-23两端分别通过摆臂2-24与真空室前门3连接，连杆2-23、摆臂2-24、真空室前门3之间的连接形式为铰链连接，形成四连杆结构；

所述门架2-16上设计有螺纹孔，顶丝2-32与螺纹孔配合安装，实现真空室前门3的手动预紧；顶丝2-32是手动预紧时方能使用的，当自动预紧功能故障或者自动预紧密封不严时，可手动拧紧顶丝2-32，门架2-16不动，顶丝2-32螺母旋转前进，压紧真空室前门3。

所述真空室前门3底部安装有支撑滚轮2-26，滚轮支撑26在轨道2-27上运动；所述轨道2-27为L形截面轨道，其侧面有缺口，以便于支撑滚轮2-26能通过缺口进行前后运动；

真空室法兰23侧面安装有真空室前门3的限位滚轮2-29，真空室前门3运动至限位滚轮2-29处，真空室前门3可在限位滚轮2-29的作用下停止平移，此时，电机2-1带动门架2-16继续运动，驱动摆臂2-24旋转，真空室前门3向真空室1侧运动，此时限位滚轮2-29提供滚动摩擦力。

所述动力机构包括电机2-1，以及位于真空室前门3上方的第一丝杆2-5和第一导轨2-8、位于真空室前门3下方的第二丝杆2-11和第二导轨2-14；所述第一丝杆2-5和第二丝杆2-11上分别嵌套与之相配合的第一螺母2-6和第二螺母2-12，第一丝杆2-5和第二丝杆2-11的末端均通过丝杆支撑结构2-15分别安装在桁架10和支架平台14上；所述第一导轨2-8和第二导轨2-14分别安装有第一滑块2-7、第二滑块2-13，门架2-16的上端与第一滑块2-7和第一螺母2-6连接，门架2-16的下端与第二滑块2-13和第二螺母2-12连接。

所述电机2-1通过减速机2-2和联轴器2-3与第一换向器2-4连接，第一换向器2-4与第一丝杆2-5连接；第一换向器2-4通过连轴2-9与第二换向器2-10连接，第二换向器2-10与第二丝杆2-11连接。

所述第一换向器2-4与第一丝杆2-5之间、第一换向器2-4与连轴2-9之间设有柔性联轴器，所述柔性联轴器为波纹管联轴器。

所述门架2-16在第一滑块2-7、第二滑块2-13的约束下，沿第一导轨2-8和第二导轨2-14平移运动，门架2-16平移运行到位碰触限位开关2-31，限位开关2-31输出信号使电机2-1停止运行。所述限位开关2-31可冗余设计，保证可靠性。限位开关2-31是机械式限位，安装在门完全关闭的位置，通过反馈24V电压信号给电机控制器，控制电机的停止；根据要求可选用带编码器的电机，其启动和停止位置均可通过内部的编码程序实现，限位开关2-31可作为第二道控制电机停止的手段。限位开关31和电机控制器的选型和使用方法为运动控制领域的基本知识，即本领域技术人员的公知常识，且并非本发明的核心创新点，故这里不再赘述。

所述顶丝2-32前端设有万向球。

所述支撑滚轮2-26根据载荷选用万向球。

所述真空室自动门根据载荷需要设置有一套或两套由连杆2-23、摆臂2-24和真空室前门3组成的四连杆结构。

所述分别由第一丝杆2-5、第一螺母2-6、第一滑块2-7、第一导轨2-8和第二丝杆2-11、第二螺母2-12、第二滑块2-13、第二导轨2-14组成的传动系统对称布置；电机2-1通过减速机2-2、第一换向器2-4、连轴2-9、第二换向器2-10驱动第一丝杆2-5和第二丝杆2-11实现同步运动。

电机-减速器-换向器组件驱动第一丝杆，通过连轴和换向器同步驱动第二丝杆，上下两根丝杆同步转动，分别带动滑块，进而驱动门架-门体平移运动，触碰挡块后，在四连杆结构的作用下，将平移运动转化为垂直门体的运动，实现预紧功能。

所述前门运动机构2和底门升降机构12采用电机-减速机-丝杠驱动方式，电机设计有动力机械手接口，能够通过动力机械手进行远程更换检维修。

电机、线缆、行程开关等元器件选用耐辐射元器件。

根据不同的设计温度，真空室1可以设计成有无水套结构，水管11采用金属管，与密闭箱室13的贯穿采用水贯穿件15。

电缆与密闭箱室13的贯穿采用电贯穿件16。

电极法兰9用于与真空室1进行电贯穿连接，用于实现某些工艺功能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。