一种电子束冷床炉自动抽真空装置及启动控制方法
阅读说明：本技术 一种电子束冷床炉自动抽真空装置及启动控制方法 (Automatic vacuumizing device of electron beam cold hearth furnace and starting control method ) 是由 巫乔顺 皮坤 刘洪具 沈志彦 杨开 罗磊 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电子束冷床炉自动抽真空装置及启动控制方法。所述装置的电磁阀Ⅰ与加料仓抽真空口连通且并联真空度检测装置Ⅰ,增压泵两端与电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ和电磁阀Ⅳ连通,电磁阀Ⅱ、罗茨泵Ⅰ、电磁阀Ⅲ、机械泵Ⅰ依次连通,电磁阀Ⅱ与罗茨泵Ⅰ间并联真空度检测装置Ⅱ,电磁阀Ⅲ与机械泵Ⅰ间并联真空度检测装置Ⅲ；电磁阀Ⅳ、罗茨泵Ⅱ、电磁阀Ⅴ、机械泵Ⅱ依次连通,电磁阀Ⅳ与罗茨泵Ⅱ间并联真空度检测装置Ⅳ,电磁阀Ⅴ与机械泵Ⅱ间并联真空度检测装置Ⅴ；机械泵Ⅰ及机械泵Ⅱ与排空装置连通。所述启动控制方法包括增压泵、罗茨泵Ⅱ、机械泵Ⅱ、罗茨泵Ⅰ及机械泵Ⅰ控制步骤。本发明具有结构简单、抽真空效率高、真空度控制准确可靠的特点。(The invention discloses an automatic vacuumizing device of an electron beam cold hearth furnace and a starting control method. The device is characterized in that a solenoid valve I of the device is communicated with a vacuum pumping port of a feeding bin and is connected with a vacuum degree detection device I in parallel, two ends of a booster pump are communicated with the solenoid valve I, a solenoid valve II and a solenoid valve IV, the solenoid valve II, a roots pump I, a solenoid valve III and a mechanical pump I are sequentially communicated, the vacuum degree detection device II is connected between the solenoid valve II and the roots pump I in parallel, and the vacuum degree detection device III is connected between the solenoid valve III and the mechanical pump I in parallel; the electromagnetic valve IV, the roots pump II, the electromagnetic valve V and the mechanical pump II are sequentially communicated, the vacuum degree detection device IV is connected between the electromagnetic valve IV and the roots pump II in parallel, and the vacuum degree detection device V is connected between the electromagnetic valve V and the mechanical pump II in parallel; the mechanical pump I and the mechanical pump II are communicated with an emptying device. The starting control method comprises the control steps of a booster pump, a roots pump II, a mechanical pump II, a roots pump I and a mechanical pump I. The invention has the characteristics of simple structure, high vacuum pumping efficiency and accurate and reliable vacuum degree control.)
技术领域
本发明属于冶金设备技术领域，具体涉及一种结构简单、抽真空效率高、真空度控制准确可靠的电子束冷床炉自动抽真空装置及启动控制方法。
背景技术
电子束冷床炉(EBCHR)是利用高速运动电子的动能转换成热能做为热源，使金属熔化生成铸锭的一种真空熔炼设备。与传统的真空自耗电弧熔炼相比，EBCHR熔炼通过抽真空装置来保持冶炼炉内稳定的真空，从而降低熔炼过程中对压力变化和金属气体甚至飞溅物的影响敏感度，具有能去除高、低密度夹杂物(HDI、LDI)，可以熔炼原始炉料和100％钛残料及低品质海绵钛，直接生产出诸如圆形、方形截面的铸锭及板坯锭等许多优点，在优质钛及钛合金锭坯的生产中占据相当重要的地位。
电子束冷床炉的抽真空系统比较复杂，目前，一般采用的是罗茨泵、机械增压泵或油增压泵以及机械泵并联工作，各泵间的工作协调采用人工操控方式，不仅抽真空的效率较低，而且不具备远程集控的功能，且占用大量的人力在现场，同时人工操作具有滞后性，不能有效的保持真空度稳定。此外，传统的抽真空系统操控均采用接触器直接控制传动，导致泵的电动机转速不可控，难于将电子束冷床炉内的真空度稳定在特定的设定值范围内。另外，由于传统的电子束冷床炉现场环境极差，粉尘和噪音严重影响岗位操作人员的身体健康，因此也不宜长期有人值守。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种结构简单、抽真空效率高、真空度控制准确可靠的电子束冷床炉自动抽真空装置，第二目的在于提供一种对第一目的方案的启动控制方法。
本发明的第一目的是这样实现的：包括真空度检测装置Ⅰ、电磁阀Ⅰ、增压泵、电磁阀Ⅱ、真空度检测装置Ⅱ、罗茨泵Ⅰ、电磁阀Ⅲ、真空度检测装置Ⅲ、机械泵Ⅰ、电磁阀Ⅳ、真空度检测装置Ⅳ、罗茨泵Ⅱ、电磁阀Ⅴ、真空度检测装置Ⅴ、机械泵Ⅱ、排空装置、控制系统，所述电磁阀Ⅰ与电子束冷床炉的加料仓抽真空口连通且并联有真空度检测装置Ⅰ，所述电磁阀Ⅰ的另一端与增压泵连通，所述增压泵的另一端分别与电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅳ连通，所述电磁阀Ⅱ、罗茨泵Ⅰ、电磁阀Ⅲ、机械泵Ⅰ依次连通，所述电磁阀Ⅱ与罗茨泵Ⅰ间并联有真空度检测装置Ⅱ，所述电磁阀Ⅲ与机械泵Ⅰ间并联有真空度检测装置Ⅲ；所述电磁阀Ⅳ、罗茨泵Ⅱ、电磁阀Ⅴ、机械泵Ⅱ依次连通，所述电磁阀Ⅳ与罗茨泵Ⅱ间并联有真空度检测装置Ⅳ，所述电磁阀Ⅴ与机械泵Ⅱ间并联有真空度检测装置Ⅴ；所述机械泵Ⅰ及机械泵Ⅱ的出口端与排空装置连通，所述真空度检测装置Ⅰ、真空度检测装置Ⅱ、真空度检测装置Ⅲ、真空度检测装置Ⅳ、真空度检测装置Ⅴ的输出端分别与控制系统的输入端电性连接，所述电磁阀Ⅰ、增压泵、电磁阀Ⅱ、罗茨泵Ⅰ、电磁阀Ⅲ、机械泵Ⅰ、电磁阀Ⅳ、罗茨泵Ⅱ、电磁阀Ⅴ及机械泵Ⅱ的控制端分别与控制系统的输出端电性连接。
本发明的第二目的是这样实现的：包括增压泵控制、罗茨泵Ⅱ控制、机械泵Ⅱ控制、罗茨泵Ⅰ控制、机械泵Ⅰ控制步骤，具体包括：
A、增压泵控制：控制系统控制电磁阀Ⅰ开启，然后启动增压泵，读取真空度检测装置Ⅰ的检测值达到设定值时，输出罗茨泵Ⅱ启动准备好信号；
B、罗茨泵Ⅱ：控制系统控制电磁阀Ⅳ开启并启动罗茨泵Ⅱ，读取真空度检测装置Ⅳ的检测值达到设定值时，输出机械泵Ⅱ启动准备好信号；
C、机械泵Ⅱ控制：控制系统控制电磁阀Ⅴ开启并启动机械泵Ⅱ，读取真空度检测装置Ⅴ的检测值达到设定值时，输出变频器启动准备好信号；
D、罗茨泵Ⅰ控制：控制系统控制电磁阀Ⅱ开启并控制变频器启动罗茨泵Ⅰ，读取真空度检测装置Ⅱ的检测值，然后控制变频器输出给罗茨泵Ⅰ的频率跟随真空度检测值进行变化；
E、机械泵Ⅰ控制：控制系统控制电磁阀Ⅲ开启并控制变频器启动机械泵Ⅰ，读取真空度检测装置Ⅲ的检测值，控制变频器输出给机械泵Ⅰ的频率跟随真空度检测值进行变化。
本发明的有益效果：本发明将真空回路设计为三级、双通道结构，罗茨泵与机械泵设计为串联运行机构，并在每个抽真空泵前有压力检测点和开关阀门，用于实时真空度检测和控制管道通断，同时引入在线真空度和设备监测及变频控制技术，自动调整双通道、双泵的协作，减低乃至避免人为因素的不利影响，可有效提高电子束冷床炉内真空度控制的准确性和可靠性及提高劳动效率，也能减少现场环境对操作人员身体健康的影响。而且通过增加跨过罗茨泵直接抽真空的旁路回路，既能在罗茨泵无需工作的情况下进行抽真空，以减少罗茨泵损耗，提高抽真空装置的可靠性；也能在罗茨泵损坏时进行临时切换，以维持冶炼过程。因此，本发明具有结构简单、抽真空效率高、真空度控制准确可靠的特点。
附图说明
图1为本发明之自动抽真空装置连接示意图(部分控制)；
图2为本发明之自动抽真空装置控制部分连接示意图；
图3为本发明之控制系统电气原理示意图；
图中：1-加料仓，2-真空度检测装置Ⅰ，3-电磁阀Ⅰ，4-增压泵，5-接油器，6-电磁阀Ⅱ，7-真空度检测装置Ⅱ，8-罗茨泵Ⅰ，9-电磁阀Ⅲ，10-真空度检测装置Ⅲ，11-机械泵Ⅰ，12-开关阀Ⅰ，13-开关阀Ⅱ，14-电磁阀Ⅳ，15-真空度检测装置Ⅳ，16-罗茨泵Ⅱ，17-电磁阀Ⅴ，18-真空度检测装置Ⅴ，19-机械泵Ⅱ，20-排空装置，21-控制系统，22-变频器，23-接触器，24-变频电机，25-异步电机，27-真空度采集通道，28-阀位采集通道，29-泵反馈采集通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1、2和3所示，本发明之电子束冷床炉自动抽真空装置，包括真空度检测装置Ⅰ2、电磁阀Ⅰ3、增压泵4、电磁阀Ⅱ6、真空度检测装置Ⅱ7、罗茨泵Ⅰ8、电磁阀Ⅲ9、真空度检测装置Ⅲ10、机械泵Ⅰ11、电磁阀Ⅳ14、真空度检测装置Ⅳ15、罗茨泵Ⅱ16、电磁阀Ⅴ17、真空度检测装置Ⅴ18、机械泵Ⅱ19、排空装置20、控制系统21，所述电磁阀Ⅰ3与电子束冷床炉的加料仓1抽真空口连通且并联有真空度检测装置Ⅰ2，所述电磁阀Ⅰ3的另一端与增压泵4连通，所述增压泵4的另一端分别与电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅳ14连通，所述电磁阀Ⅱ6、罗茨泵Ⅰ8、电磁阀Ⅲ9、机械泵Ⅰ11依次连通，所述电磁阀Ⅱ6与罗茨泵Ⅰ8间并联有真空度检测装置Ⅱ7，所述电磁阀Ⅲ9与机械泵Ⅰ11间并联有真空度检测装置Ⅲ10；所述电磁阀Ⅳ14、罗茨泵Ⅱ16、电磁阀Ⅴ17、机械泵Ⅱ19依次连通，所述电磁阀Ⅳ14与罗茨泵Ⅱ16间并联有真空度检测装置Ⅳ15，所述电磁阀Ⅴ17与机械泵Ⅱ19间并联有真空度检测装置Ⅴ18；所述机械泵Ⅰ11及机械泵Ⅱ19的出口端与排空装置20连通，所述真空度检测装置Ⅰ2、真空度检测装置Ⅱ7、真空度检测装置Ⅲ10、真空度检测装置Ⅳ15、真空度检测装置Ⅴ18的输出端分别与控制系统21的输入端电性连接，所述电磁阀Ⅰ3、增压泵4、电磁阀Ⅱ6、罗茨泵Ⅰ8、电磁阀Ⅲ9、机械泵Ⅰ11、电磁阀Ⅳ14、罗茨泵Ⅱ16、电磁阀Ⅴ17及机械泵Ⅱ19的控制端分别与控制系统21的输出端电性连接。
所述电子束冷床炉的加料仓1设置有至少两个抽真空口，所述加料仓1的每一个抽真空口依次连通电磁阀Ⅰ3、增压泵4，所述加料仓1的各抽真空口连接的增压泵4出口端相互连通后分别与电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅳ14连通。
所述增压泵4与电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅳ14之间设置有接油器5，所述接油器5的入口端与增压泵4连通且出口端分别与电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅳ14连通。接油器5的加入可防止油雾大量进入真空管道，损害管路设备和直接排放，造成大气污染。
所述接油器5的出口端还与开关阀Ⅰ12和/或开关阀Ⅱ13的入口端连通，所述开关阀Ⅰ12的出口端与电磁阀Ⅲ9的入口端连通，所述开关阀Ⅱ13的出口端与电磁阀Ⅴ17的入口端连通。
如图2所示，本发明还包括与控制系统21控制端电性连接的变频器22、接触器23，所述罗茨泵Ⅰ8及机械泵Ⅰ11分别连接有变频电机24，所述罗茨泵Ⅱ16及机械泵Ⅱ19分别连接有异步电机25，所述变频电机24的电源端与变频器22的驱动输出端电性连接，所述异步电机25的电源控制端与接触器23电性连接，控制系统21根据预设对各泵及各阀门进行设备连锁和安全连锁。
所述电磁阀Ⅰ3、电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅲ9、电磁阀Ⅳ14及电磁阀Ⅴ17的电源端分别与接触器23电性连接且各电磁阀的阀位信号输出端分别与控制系统21的输入端电性连接。
所述增压泵4、罗茨泵Ⅰ8、机械泵Ⅰ11、罗茨泵Ⅱ16及机械泵Ⅱ19分别设置有泵信号反馈单元并与控制系统21的输入端电性连接。
所述控制系统21为PLC、PC机或工控机。
所述真空度检测装置Ⅰ2、真空度检测装置Ⅱ7、真空度检测装置Ⅲ10、真空度检测装置Ⅳ15、真空度检测装置Ⅴ18的输出端分别与控制系统21的真空度采集通道27。
所述电磁阀Ⅰ3、电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅲ9、电磁阀Ⅳ14及电磁阀Ⅴ17的阀位信号输出端分别与控制系统21的阀位采集通道28信号连接。
所述增压泵4、罗茨泵Ⅰ8、机械泵Ⅰ11、罗茨泵Ⅱ16及机械泵Ⅱ19的泵信号反馈单元分别与控制系统21的泵反馈采集通道29信号连接。
本发明之电子束冷床炉自动抽真空装置的启动控制方法，包括增压泵控制、罗茨泵Ⅱ控制、机械泵Ⅱ控制、罗茨泵Ⅰ控制、机械泵Ⅰ控制步骤，具体包括：
A、增压泵控制：控制系统21控制电磁阀Ⅰ3开启，然后启动增压泵4，读取真空度检测装置Ⅰ2的检测值达到设定值时，输出罗茨泵Ⅱ16启动准备好信号；
B、罗茨泵Ⅱ：控制系统21控制电磁阀Ⅳ14开启并启动罗茨泵Ⅱ16，读取真空度检测装置Ⅳ15的检测值达到设定值时，输出机械泵Ⅱ19启动准备好信号；
C、机械泵Ⅱ控制：控制系统21控制电磁阀Ⅴ17开启并启动机械泵Ⅱ19，读取真空度检测装置Ⅴ18的检测值达到设定值时，输出变频器22启动准备好信号；
D、罗茨泵Ⅰ控制：控制系统21控制电磁阀Ⅱ6开启并控制变频器22启动罗茨泵Ⅰ8，读取真空度检测装置Ⅱ7的检测值，然后控制变频器22输出给罗茨泵Ⅰ8的频率跟随真空度检测值进行变化；
E、机械泵Ⅰ控制：控制系统21控制电磁阀Ⅲ9开启并控制变频器22启动机械泵Ⅰ11，读取真空度检测装置Ⅲ10的检测值，控制变频器22输出给机械泵Ⅰ11的频率跟随真空度检测值进行变化。
所述罗茨泵Ⅰ8和/或罗茨泵Ⅱ16故障或待机需要关闭时，控制系统21先控制相应的开关阀Ⅰ12、开关阀Ⅱ13打开，然后停止罗茨泵Ⅰ8和/或罗茨泵Ⅱ16，最后关闭相应的电磁阀Ⅱ6、电磁阀Ⅳ14。
本发明各步骤中若泵启动后真空度检测装置的检测值未变化或未达到设定值，则检查相应管路的密封情况。
实施例1
1、系统通电自检，控制系统21自动控制加料仓1左右两侧抽真空口连通的电磁阀Ⅰ3开启，然后启动增压泵4，实时或间隔读取真空度检测装置Ⅰ2的检测值，当检测值达到设定值时，输出罗茨泵Ⅱ16启动准备好信号。2、控制系统21控制电磁阀Ⅳ14开启并启动罗茨泵Ⅱ16，读取真空度检测装置Ⅳ15的检测值，当检测值达到设定值时，输出机械泵Ⅱ19启动准备好信号。
3、控制系统21控制电磁阀Ⅴ17开启并启动机械泵Ⅱ19，读取真空度检测装置Ⅴ18的检测值，当检测值达到设定值时，输出变频器22启动准备好信号。
4、控制系统21控制电磁阀Ⅱ6开启并控制变频器22启动罗茨泵Ⅰ8，读取真空度检测装置Ⅱ7的检测值，然后控制变频器22输出给罗茨泵Ⅰ8的频率跟随真空度检测值进行变化，以维持检测值在设定范围内。
5、控制系统21控制电磁阀Ⅲ9开启并控制变频器22启动机械泵Ⅰ11，读取真空度检测装置Ⅲ10的检测值，控制变频器22输出给机械泵Ⅰ11的频率跟随真空度检测值进行变化，以维持检测值在设定范围内。
实施例2
1、系统通电自检，控制系统21自动控制加料仓1左右两侧抽真空口连通的电磁阀Ⅰ3开启，然后启动增压泵4，实时或间隔读取真空度检测装置Ⅰ2的检测值，当检测值达到设定值时，输出罗茨泵Ⅱ16启动准备好信号。若增压泵4启动后真空度检测装置Ⅰ2的检测值未变化或在预设时间内未达到设定值，则报警提示检查增压泵4前后管路的密封情况。
2、控制系统21控制电磁阀Ⅳ14开启并启动罗茨泵Ⅱ16，读取真空度检测装置Ⅳ15的检测值，当检测值达到设定值时，输出机械泵Ⅱ19启动准备好信号。当罗茨泵Ⅱ16故障或待机时，控制系统21先控制开关阀Ⅱ13打开，然后停止罗茨泵Ⅱ16，最后关闭电磁阀Ⅳ14，形成旁路抽真空的状态。若罗茨泵Ⅱ16启动后真空度检测装置Ⅳ15的检测值未变化或在预设时间内未达到设定值，则报警提示检查电磁阀Ⅳ14至电磁阀Ⅴ17间的管路密封情况。
3、控制系统21控制电磁阀Ⅴ17开启并启动机械泵Ⅱ19，读取真空度检测装置Ⅴ18的检测值，当检测值达到设定值时，输出变频器22启动准备好信号。若机械泵Ⅱ19启动后真空度检测装置Ⅴ18的检测值未变化或在预设时间内未达到设定值，则报警提示检查电磁阀Ⅴ17以后的管路密封情况。
4、控制系统21控制电磁阀Ⅱ6开启并控制变频器22启动罗茨泵Ⅰ8，读取真空度检测装置Ⅱ7的检测值，然后控制变频器22输出给罗茨泵Ⅰ8的频率跟随真空度检测值进行变化，以维持检测值在设定范围内。当罗茨泵Ⅰ8故障或待机时，控制系统21先控制开关阀Ⅰ打开，然后停止罗茨泵Ⅰ8，最后关闭电磁阀Ⅱ6，形成旁路抽真空的状态。若罗茨泵Ⅰ8启动后真空度检测装置Ⅱ7的检测值未变化或在预设时间内未达到设定值，则报警提示检查电磁阀Ⅱ6至电磁阀Ⅲ9间的管路密封情况。
5、控制系统21控制电磁阀Ⅲ9开启并控制变频器22启动机械泵Ⅰ11，读取真空度检测装置Ⅲ10的检测值，控制变频器22输出给机械泵Ⅰ11的频率跟随真空度检测值进行变化，以维持检测值在设定范围内。若机械泵Ⅰ11启动后真空度检测装置Ⅲ10的检测值未变化或在预设时间内未达到设定值，则报警提示检查电磁阀Ⅲ9以后的管路密封情况。
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