專利名稱：用于控制蒸汽噴射真空泵中的功率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽噴射真空泵，更具體地，涉及用于降低蒸汽噴射真空泵功耗而不明顯導(dǎo)致泵性能降級(jí)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
蒸汽噴射真空泵，也被稱作擴(kuò)散泵，被廣泛地用于將封閉室真空抽吸至高真空。蒸汽噴射真空泵的基本部件包括一般為圓柱形的殼體，該殼體具有在一端的入口和前級(jí)管道。前級(jí)管道一般被耦合到低真空泵，并用作排氣端口。蒸發(fā)器組件被密封在殼體的另一端中。蒸發(fā)器包括諸如油之類的液體的容器以及用于蒸發(fā)該液體的加熱器。被安裝在殼體中的噴射組件朝向殼壁引導(dǎo)一個(gè)或多個(gè)蒸汽射流，蒸汽在所述殼壁處凝結(jié)。凝結(jié)的蒸汽返回液體容器，重復(fù)循環(huán)。蒸汽射流拖動(dòng)來(lái)自被與泵相連接的封閉室的氣體分子，從而對(duì)室進(jìn)行真空抽吸。真空室和蒸汽噴射泵可以是工藝控制系統(tǒng)的一部分。
在工藝控制系統(tǒng)或者使用蒸汽噴射泵的其他設(shè)備的操作中，限制功耗經(jīng)常是重要的問(wèn)題。大多數(shù)現(xiàn)代蒸汽噴射泵以低至大約加熱器額定功率的三分之一的功率輸入工作。性能參數(shù)通常如下變化。最大吞吐量和最大可允許放電壓力與功率呈線性關(guān)系而下降。與之相比，最大壓縮比更加顯著地下降。
考慮到壓縮被抽吸氣體所做的功，蒸汽噴射泵效率非常低。在最大吞吐作業(yè)下，效率可能僅是1％或2％。大多數(shù)能量被用于重新加熱和重新蒸發(fā)凝結(jié)的油蒸汽。一般，當(dāng)沸騰過(guò)程持續(xù)并且液體被保持在沸騰溫度時(shí)，泵將以低至約25％的功率在真空室中維持高真空。在對(duì)少量氣體的壓縮比并不重要并且要求的抽吸吞吐量低的許多應(yīng)用中，通過(guò)在較低功率運(yùn)行，可以節(jié)省功率。
一種簡(jiǎn)單的節(jié)約功率的方式是整夜或者整個(gè)周末關(guān)掉泵。這需要損失大約一個(gè)小時(shí)來(lái)恢復(fù)正常運(yùn)行，并且至少損失真空室中的一部分真空水平。
另一種節(jié)約功率的方式是將一些或者全部加熱器切換到較低功率。一種被稱作Dletawatt的產(chǎn)品包括有電氣開(kāi)關(guān)盒，用于具有多個(gè)加熱器的泵。開(kāi)關(guān)盒被手動(dòng)控制。
一些使用者試圖通過(guò)觀察蒸發(fā)器中的液體溫度的同時(shí)切換通電與斷電，來(lái)控制蒸汽噴射泵的運(yùn)行。在良好的儀器以及工藝過(guò)程中峰值吞吐量需求與峰值蒸汽產(chǎn)量的謹(jǐn)慎同步的條件下，這可以起作用。溫度變化非常小，一般是1℃。因?yàn)閷?duì)每種應(yīng)用都必須改變時(shí)序，并且因?yàn)楸鎰e1℃的溫度差異可能是困難的，所以這種方法是困難的。
因此，需要用于控制蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)中的功率而不會(huì)明顯導(dǎo)致性能降級(jí)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)。該蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)包括蒸汽噴射泵和功率控制器，所述蒸汽噴射泵具有輸入端口、排氣端口、射流組件和蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器含有加熱器，所述功率控制器用于響應(yīng)于至少一個(gè)控制參數(shù)，自動(dòng)地控制提供給加熱器的功率。
在一些實(shí)施例中，控制參數(shù)包括功率水平的編程序列。在另外的實(shí)施例中，功率控制器被配置用于響應(yīng)于被蒸汽噴射泵抽吸的處理室中的感應(yīng)的壓力，控制提供給加熱器的功率。在另外的實(shí)施例中，功率控制器被配置用于響應(yīng)于來(lái)自工藝控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，控制提供給加熱器的功率。在另外的實(shí)施例中，功率控制器被配置用于響應(yīng)于控制參數(shù)的組合，控制提供給加熱器的功率。
在一些實(shí)施例中，功率控制器可以被配置用于以兩個(gè)或更多個(gè)功率水平控制提供給加熱器的功率。在另外的實(shí)施例中，功率控制器被配置用于在功率水平的連續(xù)范圍上控制提供給加熱器的功率。加熱器可以含有兩個(gè)或更多個(gè)加熱器節(jié)，功率控制器可以被配置用于有選擇地對(duì)加熱器節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)提供能量。
功率控制器可以被配置用于將對(duì)加熱器的增大的功率輸入與蒸汽噴射泵上的增大的負(fù)載相同步。優(yōu)選地，控制參數(shù)代表蒸汽噴射泵上的負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于處理室的真空抽吸的方法。該方法包括以下步驟用蒸汽噴射泵真空抽吸處理室，所述蒸汽噴射泵具有包含加熱器的蒸發(fā)器；以及響應(yīng)于代表蒸汽噴射泵上的負(fù)載的至少一個(gè)控制參數(shù)，自動(dòng)地控制提供給加熱器的功率。


為了較好地理解本發(fā)明，對(duì)通過(guò)引用被結(jié)合進(jìn)來(lái)的附圖進(jìn)行參考，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)蒸汽噴射真空泵的橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，結(jié)合了蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)的工藝控制系統(tǒng)的框圖；圖3A是對(duì)功率水平的編程序列作出響應(yīng)的功率控制器的實(shí)施例的框圖；圖3B是圖示了功率水平的編程序列的示例的時(shí)序圖；圖4A是對(duì)感應(yīng)的壓力作出響應(yīng)的功率控制器的實(shí)施例的框圖；圖4B是控制函數(shù)的第一示例的圖形，該控制函數(shù)將泵功率定義為感應(yīng)的壓力的函數(shù)；圖4C是控制函數(shù)的第二示例的圖形，該控制函數(shù)將泵功率定義為感應(yīng)的壓力的函數(shù)；以及圖5是對(duì)來(lái)自工藝控制系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)作出響應(yīng)的功率控制器的實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)蒸汽噴射真空泵的示例的橫截面圖。蒸汽噴射泵的主要部件包括殼體10、蒸發(fā)器12和射流組件14。殼體10包括定義出內(nèi)部區(qū)域22的一般為圓柱形的外殼20，以及定義出前級(jí)管道28的前級(jí)管道導(dǎo)管24。到內(nèi)部區(qū)域22的入口26被形成在外殼20的一端。被安裝在入口26中的冷帽(cold cap)27抑制過(guò)擴(kuò)散流(overdivergent flow)，如本領(lǐng)域所公知的。蒸發(fā)器12被密封在外殼20的相對(duì)一端。殼體10還包括冷卻散熱片30和入口法蘭32，冷卻散熱片30彼此間隔并且具有一般為環(huán)形的形狀，入口法蘭32用于將泵連接到真空室上。前級(jí)管道導(dǎo)管24包括前級(jí)管道法蘭34，用于連接至適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管。前級(jí)管道導(dǎo)管24一般被連接到低真空泵。位于前級(jí)管道導(dǎo)管24中的導(dǎo)流片36改善了凝結(jié)，并抑制了穿過(guò)前級(jí)管道28的油蒸汽的損失。
蒸發(fā)器12包括蒸發(fā)器殼體40，其具有被密封到外殼20一端上的端板42以及從端板42向上延伸進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域22的散熱片結(jié)構(gòu)44。散熱片結(jié)構(gòu)定義出圓柱形隔間以安裝加熱器50。蒸發(fā)器殼體40被放置在射流組件14的圓柱形壁52內(nèi)。液體容器54位于蒸發(fā)器殼體40與射流組件14的圓柱形壁52之間。圓柱形外殼56包圍散熱片結(jié)構(gòu)44，并在工作期間幫助控制散熱片結(jié)構(gòu)44的溫度。蒸發(fā)器12可以被外殼20外部的絕緣體58包圍。
射流組件14具有一般為圓柱形的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)定義了將蒸汽從蒸發(fā)器12輸運(yùn)至第一環(huán)形抽吸段62以及輸運(yùn)至第二環(huán)形抽吸段64的中央通道60。排出段由噴嘴66形成，該噴嘴66穿過(guò)射流組件14的外殼，并與前級(jí)管道28對(duì)準(zhǔn)。
工作中，容器54中的例如油的液體被加熱器50蒸發(fā)。蒸汽向上穿過(guò)通道60，至抽吸段62和64。抽吸段62和64的每個(gè)都具有環(huán)形開(kāi)口，該開(kāi)口將蒸汽在一般是錐形的蒸汽射流中向上和向下引導(dǎo)。各蒸汽射流中的蒸汽通過(guò)相對(duì)冷的圓柱形外殼20而被凝結(jié)，凝結(jié)的蒸汽返回到液體容器54。蒸汽射流拖動(dòng)來(lái)自泵所連接的真空室的氣體分子，從而真空抽吸該室。被抽吸的氣體分子通過(guò)前級(jí)管道28被排出。圓柱形外殼20的上部一般被冷卻扇(未示出)冷卻，該冷卻扇可以是蒸汽噴射泵的一部分，或者可以是在其中使用蒸汽噴射泵的設(shè)備的一部分。對(duì)較大的泵通常使用水冷。
被安裝在與外殼20一體形成的塊72上的熱開(kāi)關(guān)70可以被用于指示何時(shí)液體被蒸發(fā)以及泵已經(jīng)準(zhǔn)備好工作。臨近熱開(kāi)關(guān)70被安裝在塊72上的第二熱開(kāi)關(guān)(未示出)可以被用于指示異常溫度條件。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，結(jié)合有蒸汽噴射抽吸系統(tǒng)的工藝控制系統(tǒng)的框圖。處理室110被蒸汽噴射泵112真空抽吸。蒸汽噴射泵112的前級(jí)管道被連接到低真空泵114。工藝控制器116控制處理室110中的工藝。如下面詳細(xì)描述的，功率控制器118自動(dòng)地控制提供給蒸汽噴射泵112的功率。
如圖2所示，功率控制器118向蒸汽噴射泵112提供受控的泵功率。更具體地說(shuō)，功率控制器118向蒸汽噴射泵112的加熱器50(圖1)提供受控的泵功率。功率控制器118可以從例如操作員或主計(jì)算機(jī)的外部源、從工藝控制器116、從處理室110中的壓力傳感器120或者從這些源的組合接收控制輸入，以控制提供給蒸汽噴射泵112的功率。功率控制器118響應(yīng)于至少一個(gè)控制參數(shù)，控制蒸汽噴射泵112的加熱器功率。優(yōu)選地，控制參數(shù)代表了蒸汽噴射泵112上的氣體負(fù)載?？刂茀?shù)允許當(dāng)負(fù)載相對(duì)高的時(shí)候增加功率，并允許當(dāng)負(fù)載相對(duì)低的時(shí)候降低功率。響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)參數(shù)自動(dòng)地進(jìn)行控制。參考圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖4C和圖5，描述了具有不同控制參數(shù)的功率控制器118的實(shí)施例。
參考圖3A，功率控制器118接收作為時(shí)間函數(shù)的功率水平的編程序列。編程序列可以由工藝控制器116(圖2)或者由外部源提供，并且可以被存儲(chǔ)在功率控制器118中。編程序列是基于在特定工藝期間作為時(shí)間的函數(shù)的蒸汽噴射泵112可能的負(fù)載的知識(shí)。應(yīng)當(dāng)理解，例如功率水平和時(shí)間的編程序列的值可以被調(diào)整，或者新的程序序列可以被輸入到功率控制器118中。此外，功率控制器118可以存儲(chǔ)兩個(gè)或更多個(gè)響應(yīng)不同工藝條件的功率水平的編程序列。功率控制器118還接收開(kāi)始信號(hào)，以啟動(dòng)該編程序列。
圖3B中示出了一個(gè)簡(jiǎn)單編程序列的示例，其中泵功率被繪制為時(shí)間的函數(shù)。序列在時(shí)刻T0被啟動(dòng)，泵功率的變化被編程為發(fā)生在時(shí)刻T1、T2和T3。圖3B的示例使用了許多不連續(xù)的泵功率水平。在蒸汽噴射泵112中的加熱器具有若干節(jié)，其中的一個(gè)或多個(gè)可以被供給能量的情形下，這個(gè)實(shí)施例可能是有用的。應(yīng)當(dāng)理解，功率水平的數(shù)量和功率水平發(fā)生變化的時(shí)刻可以改變，以適合特定的應(yīng)用。
參考圖4A和圖4B，功率控制器118響應(yīng)于感應(yīng)的壓力，控制提供給蒸汽噴射泵112的功率。如圖2所示，位于處理室110中的壓力傳感器120向功率控制器118提供壓力信號(hào)，該信號(hào)代表處理室110中的壓力。
如圖4B所示，被提供給蒸汽噴射泵112的加熱器的功率水平可以隨著處理室110中感應(yīng)的壓力的增大而增大。增大的壓力表示蒸汽噴射泵112上的增大的氣體負(fù)載。圖4B圖示了被提供給蒸汽噴射泵112中加熱器的功率水平是在一個(gè)范圍的值上的控制參數(shù)(感應(yīng)的壓力)的連續(xù)函數(shù)的情形下的實(shí)施例。在被感應(yīng)的壓力增大與由于被增大的功率輸入引起的抽吸能力的增大之間一般會(huì)發(fā)生時(shí)間延遲。相應(yīng)地，這種方法當(dāng)單獨(dú)使用時(shí)，對(duì)于對(duì)暫時(shí)壓力增大不敏感的應(yīng)用最有用。
圖4C中圖示了功率控制器118的一個(gè)實(shí)施例，其中泵功率水平是感應(yīng)的壓力的不連續(xù)函數(shù)。當(dāng)感應(yīng)的壓力超過(guò)壓力P0時(shí)，泵功率增大到第一水平，當(dāng)感應(yīng)的壓力超過(guò)壓力P1時(shí)，泵功率增大到比第一水平高的第二水平。在圖4C的實(shí)施例中，在特定的壓力水平，功率水平按步增大。
參考圖5，功率控制器118響應(yīng)于來(lái)自工藝控制器116(圖2)的一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)，控制提供給蒸汽噴射泵112的功率。來(lái)自工藝控制器116的控制信號(hào)可以將特定的泵功率水平提供給功率控制器118，或者可以命令增大或者降低泵功率水平?？刂菩盘?hào)是基于工藝控制器116的在特定工藝或者工藝步驟期間可能施加給蒸汽噴射泵112的負(fù)載的知識(shí)。
在另外的實(shí)施例中，功率控制器118可以被配置用于響應(yīng)于多于一個(gè)控制參數(shù)，控制提供給蒸汽噴射泵112的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，功率控制器118可以響應(yīng)于功率水平的編程序列以及感應(yīng)的壓力水平來(lái)控制泵功率。這樣，舉例來(lái)說(shuō)，功率控制器118可以根據(jù)編程序列來(lái)動(dòng)作，除非感應(yīng)的壓力超過(guò)了預(yù)定值。在這種情況中，感應(yīng)的壓力優(yōu)先于編程序列，并引起泵功率增大以將處理室110中的壓力降低到希望的水平。在另一個(gè)實(shí)施例中，功率控制器118可以響應(yīng)于編程序列和來(lái)自工藝控制器116的控制信號(hào)來(lái)控制泵功率。在這種情況中，功率控制器按照編程序列運(yùn)行，直到從工藝控制器116接收到控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)可以例如指示出由于工藝中的延遲，提供給蒸汽噴射泵112的功率可以被降低。應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以使用許多不同的控制參數(shù)和控制參數(shù)的許多不同的組合。通常，目標(biāo)是降低蒸汽噴射泵112的功耗而不會(huì)明顯導(dǎo)致性能降級(jí)。
功率控制器118可以包括控制電路，用于實(shí)現(xiàn)希望的響應(yīng)于控制參數(shù)的控制功能，還可以包括功率部件，用于根據(jù)控制功能，控制提供給蒸汽噴射泵的加熱器的AC功率。例如，功率控制器118可以包括編程的微處理器和由微處理器控制的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)(triac)功率控制器件。微處理器被編程以實(shí)現(xiàn)作為控制參數(shù)的函數(shù)的希望的控制功能，如在圖3B、圖4A和圖4B中以示例的方式所示出的。在編程序列的情況中，微處理器存儲(chǔ)編程序列，并按照該序列控制泵功率。在輸入的控制信號(hào)或者感應(yīng)的壓力的情況中，微處理器按照編程的控制功能控制泵功率。
已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)本發(fā)明作出許多修改而不脫離其精神。因此，本發(fā)明的內(nèi)容不是限制于所圖示和描述的特定實(shí)施例。而是，本發(fā)明的內(nèi)容應(yīng)由所附權(quán)利要求和它們的等同物來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，包括具有輸入端口、排氣端口、射流組件和蒸發(fā)器的蒸汽噴射泵，所述蒸發(fā)器含有加熱器；和功率控制器，用于響應(yīng)于至少一個(gè)控制參數(shù)，自動(dòng)地控制提供給所述加熱器的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述控制參數(shù)包括功率水平的編程序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率水平的編程序列是可調(diào)整的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率控制器被配置用于響應(yīng)于被所述蒸汽噴射泵抽吸的處理室中的感應(yīng)的壓力，控制提供給所述加熱器的功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率控制器被配置用于響應(yīng)于來(lái)自工藝控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，控制提供給所述加熱器的功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率控制器被配置用于響應(yīng)于兩個(gè)或更多個(gè)控制參數(shù)的組合，控制提供給所述加熱器的功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率控制器被配置用于以兩個(gè)或更多個(gè)不連續(xù)的功率水平中的一個(gè)，控制提供給所述加熱器的功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率控制器被配置用于在功率水平的連續(xù)范圍上控制提供給所述加熱器的功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述加熱器包括兩個(gè)或更多個(gè)加熱器節(jié)，并且其中，所述功率控制器被配置用于有選擇地對(duì)所述加熱器節(jié)的一個(gè)或多個(gè)提供能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述功率控制器被配置用于將對(duì)所述加熱器的增大的功率輸入與所述蒸汽噴射泵上的增大的負(fù)載相同步。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)，其中，所述控制參數(shù)代表所述蒸汽噴射泵上的負(fù)載。
12.一種用于處理室的真空抽吸的方法，包括以下步驟用蒸汽噴射泵真空抽吸處理室，所述蒸汽噴射泵具有包含加熱器的蒸發(fā)器；以及響應(yīng)于代表所述蒸汽噴射泵上的負(fù)載的至少一個(gè)控制參數(shù)，自動(dòng)地控制提供給所述加熱器的功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步驟包括根據(jù)功率水平的編程序列控制提供給所述加熱器的功率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步驟包括響應(yīng)于所述處理室中的感應(yīng)的壓力，控制提供給所述加熱器的功率。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步驟包括響應(yīng)于來(lái)自工藝控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，控制提供給所述加熱器的功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步驟包括響應(yīng)于兩個(gè)或更多個(gè)控制參數(shù)的組合，控制提供給所述加熱器的功率。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步驟包括以兩個(gè)或更多個(gè)不連續(xù)的功率水平中的一個(gè)，控制提供給所述加熱器的功率。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述控制功率的步驟包括在功率水平的連續(xù)范圍上控制提供給所述加熱器的功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述加熱器包括兩個(gè)或更多個(gè)加熱器節(jié)，并且其中，所述控制功率的步驟包括對(duì)所述加熱器節(jié)的一個(gè)或多個(gè)提供能量。
20.一種用于控制蒸汽噴射泵的方法，所述蒸汽噴射泵具有入口端口、排氣端口、射流組件和蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器含有加熱器，所述方法包括根據(jù)控制算法，自動(dòng)地控制提供給所述加熱器的功率。
全文摘要
提供了用于控制提供給蒸汽噴射真空泵的功率的方法和裝置。蒸汽噴射真空抽吸系統(tǒng)包括蒸汽噴射泵和功率控制器，所述蒸汽噴射泵具有入口端口、排氣端口、射流組件和蒸發(fā)器(12)，所述蒸發(fā)器含有加熱器(50)，所述功率控制器用于響應(yīng)于至少一個(gè)控制參數(shù)，自動(dòng)地控制提供給加熱器的功率?？梢皂憫?yīng)于編程序列、處理室中的感應(yīng)的壓力、來(lái)自工藝控制系統(tǒng)的控制信號(hào)或者這些控制參數(shù)的組合，來(lái)控制功率。
文檔編號(hào)F04F9/08GK1650107SQ03809757
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月29日
發(fā)明者瑪爾斯貝德·哈布蘭尼安 申請(qǐng)人:瓦里安有限公司