高海拔氣候試驗艙

　　一、設(shè)備的用途及特點：

　　1.用于開展各類空間裝備的熱平衡試驗和熱真空試驗。

　　2.基本要求

　　3.高海拔氣候試驗設(shè)備生產(chǎn)廠商有較高的設(shè)計、制造能力，國內(nèi)品牌;

　　4.滿足標(biāo)準(zhǔn)：

　　QJ 20127 航天器空間熱環(huán)境試驗設(shè)備技術(shù)要求;

　　GJB 1033 航天器熱平衡試驗方法;

　　GJB 1027 運載器、上面級和航天器試驗要求;

　　GJB 2209 地球同步軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器規(guī)范;

　　GJB 2042 衛(wèi)星電源系統(tǒng)規(guī)范;

　　QJ 1446 衛(wèi)星熱真空試驗方法。

　　5.應(yīng)提供優(yōu)良的售后服務(wù)和質(zhì)量保證，自驗收合格之日起，整機質(zhì)保3年。

　　該設(shè)備主要用在高真空狀態(tài)下的高低溫試驗、低氣壓放電試驗，也可作為其他小部件在軌的模擬試驗設(shè)備。

　　6.此技術(shù)方案是根據(jù)**中心熱真空試驗設(shè)備(機械制冷)技術(shù)要求而編寫的。此技術(shù)方案是設(shè)計制造該設(shè)備的依據(jù)之一。此套設(shè)備包括五個方面：熱真空模擬容器、真空保障系統(tǒng)、高低溫保障系統(tǒng)、熱真空狀態(tài)控制與顯示系統(tǒng)、輔助配套系統(tǒng)。根據(jù)此技術(shù)方案研制出的設(shè)備能夠真實地模擬真空空間的冷熱環(huán)境，并能對空間的真空度及溫度進(jìn)行有效的控制、監(jiān)測和記錄。設(shè)備有以下的一些特點。

　　7.整套設(shè)備真空系統(tǒng)采用低溫泵為主泵，螺桿干泵做前級和預(yù)抽泵，可以獲得無油試驗要求的工作真空度;溫度控制方面采用機械制冷獲得低溫背景，通過先 進(jìn)的智能PID溫控儀來控制加熱籠的加熱電流，從而準(zhǔn)確控制溫度;低溫的獲得采用了的機械制冷技術(shù)，省去了使用液氮制冷時帶來的耗費?？刂葡到y(tǒng)方面采用工控機和PLC聯(lián)合控制，工控機顯示界面清晰易懂，PLC控制準(zhǔn)確可靠，故障診斷簡單。另外還可以根據(jù)用戶的工藝要求，制作不同的溫度曲線配方，存儲在工控機中，在試驗中供用戶選擇調(diào)用，用戶進(jìn)行試驗操作時易于掌握。總之，該設(shè)備真空度高、溫度易于控制且均勻性好、長期運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠、并可連續(xù)工作30天以上、操作使用簡單方便。該設(shè)備具有一定的專用性和通用性，是空間環(huán)境模擬試驗的設(shè)備。

　　二、設(shè)備設(shè)計組成部分

　　1.真空模擬容器(真空室及內(nèi)部支架)

　　2.真空保障系統(tǒng)(真空泵、閥門、管路及真空測量)

　　3.溫度保障系統(tǒng)：

　　低溫制冷系統(tǒng)：(區(qū)域溫度控制制冷機組+液氮制冷、熱沉、低溫閥門及連接管)

　　加熱控溫系統(tǒng)：(加熱籠、加熱電源)、加熱籠、真空密封加熱電極、變壓器、調(diào)壓模塊、溫度控制箱

　　4.控制監(jiān)測系統(tǒng)(機柜、工控機、PLC、)。

　　5.輔助配套系統(tǒng)(氣泵、冷卻循環(huán)水機、污染監(jiān)測)

　　三、設(shè)備系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)(摘錄)

　　真空度參數(shù)

　　1.主熱沉內(nèi)尺寸：φ2m*4m(長)

　　2.設(shè)備使用環(huán)境：溫度0℃~40℃，濕度≤60%;

　　3.設(shè)備總功耗預(yù)計120kw/380V

　　設(shè)備照明系統(tǒng);照明強度不小于200LX，防護(hù)等級為IP67

　　4.控溫平臺：導(dǎo)熱油流程;

　　5.熱沉內(nèi)表面溫度范圍：≥-150~+160℃

　　6.工作真空度： ≤1.3×10-3 Pa;(常溫、帶載);

　　7.空載極限真空度：≤2×10-5 Pa;(低溫，空載);

　　8.高溫空載真空度：≤ 5×10-4Pa(100℃，3～4h)

　　9.真空度時間<4h

　　10.熱真空罐罐體氦質(zhì)譜檢漏總漏率≤1e-9Pa*m³/s;

　　11.熱沉為室溫時，在高真空泵開始抽氣后4小時內(nèi)，真空罐內(nèi)壓力能達(dá)到1.33×10-4Pa

　　12.1000Pa~1.0Pa區(qū)間可定值保持壓力，從常壓抽至1Pa不大于20min

　　試驗件溫度

　　13. 熱沉可控溫度范圍：-150℃~160℃; 液氮制冷+紅外熱籠，也可用機械制冷

　　建議用機械制冷，能節(jié)省很多的使用成本。

　　14.溫度顯示精度：0.1℃;

　　15.溫度波動度：≤±1℃;

　　16.溫度均勻度：高溫恒溫2h，溫度均勻度±3℃

　　低溫恒溫2h，溫度均勻度±5℃;

　　熱沉指標(biāo)(底板指標(biāo))

　　1.氣氮流程(外熱流)：

　　熱沉升降溫速率≥1℃/min

　　熱沉內(nèi)表面溫度范圍：-150~+160℃

　　熱沉溫度均勻度：±2℃

　　溫控底板控溫精度：±0.5℃

　　2.液氮流程：

　　熱沉溫變速率：≥1℃/min(-150℃~+160℃)。

　　溫控底板

　　1. 導(dǎo)熱油控溫流程：

　　有效控溫區(qū)：1.0×1.2m2 x 2

　　溫控底板溫度范圍：-75℃～+130℃;

　　溫控底板溫度均勻度：±2℃;

　　溫控底板控溫精度：±0.5℃

　　升降溫速率：熱沉及底板平均變溫速率(-45℃～+85℃范圍內(nèi)升降溫)≥3℃/min;

　　設(shè)備升降溫運行到達(dá)端溫后溫度過沖小于2℃，且溫度穩(wěn)定時間<30min;

　　底板方便拆卸，承重不小于200kg。

　　2.液氮流程：

　　熱沉溫變速率：≥3℃/min((-75℃~+130℃)。

　　配置罐內(nèi)軌道，載重≥1000kg(按照衛(wèi)星凈重500kg計算)，罐內(nèi)掛軌一套承重≥700kg;

　　四、結(jié)構(gòu)部分

　　1.試驗艙容器設(shè)計為真空容器且結(jié)構(gòu)為臥式圓通形筒體，下面由支撐架支撐，支撐架直接落地

　　2.真空艙采用臥式不銹鋼真空容器(材料為 SUS304 不銹鋼，厚度16mm)，內(nèi)側(cè)為

　　鏡面拋光，外側(cè)白色噴塑;真空艙內(nèi)置低壓照明，亮度不小于 200 流明。真空艙內(nèi)置載物平

　　臺。

　　配置罐內(nèi)軌道，熱沉內(nèi)設(shè)置兩條平行導(dǎo)軌，導(dǎo)軌頂端高度在熱沉中心線以下60cm左右(研制后期進(jìn)行安全安裝，導(dǎo)軌設(shè)計由需方確認(rèn))，導(dǎo)軌承重≥3噸。

　　配置升降載物車，完成試驗件(3噸左右)與導(dǎo)軌之間的安裝對接，

　　另設(shè)導(dǎo)軌，安裝分區(qū)控溫平臺。控溫平臺可拆除，或不影響3噸試驗件進(jìn)出。

　　預(yù)留至少100路測溫端子給需方備用，測溫端子選型和線長由需方確認(rèn)

　　預(yù)留至少100路測溫端子給需方備用，測溫端子選型和線長由需方確認(rèn)

　　觀察窗尺寸：Φ300mm，(或以客戶要求為準(zhǔn))真空容器前部封頭中心位置安裝1個，罐體一側(cè)垂直于罐體軸線方向安裝一個，便于在試驗過程中觀察容器內(nèi)情況

　　表面噴涂專用航天黑漆，太陽吸收系數(shù)≥0.90、半球發(fā)射率≥0.90的黑漆，且在100K到150℃溫度范圍內(nèi)不脫落。

　　冷板上應(yīng)預(yù)留通孔;載物平臺具備抽出功能，可以在54 艙外進(jìn)行試驗件的裝配。真空容器為臥式圓柱體;

　　真空容器及內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料均采用優(yōu)質(zhì)0Gr18Ni9不銹鋼制造，外部結(jié)構(gòu)件采用碳素鋼，容器外面采用噴漆處理;

　　真空容器內(nèi)壁拋光(0.8μm)，壁上開設(shè)必要的法蘭孔8個(每側(cè)各4個)，包氮系統(tǒng)進(jìn)出接口、真空抽氣接口、真空規(guī)接口、溫度測控接口、充氣接口等法蘭。

　　五、設(shè)備配置參數(shù)要求(摘錄)

　　1.設(shè)備總配置：需配齊所有的外設(shè)(循環(huán)水機、氣源、多種法蘭等)

　　2.抽氣系統(tǒng)：

　　A 主抽分子泵：采用8000L/S抽速的分子泵，在真空度達(dá)到10pa時啟動分子泵。

　　B 前級泵：TRP-36機械泵，機械泵2000L/S的抽速，可抽到2000pa。

　　C 后級泵：羅茨泵泵180L/S抽速，可抽到10pa，需用1臺。

　　根據(jù)多年的真空泵使用經(jīng)驗，建議采用國產(chǎn)真空泵，因為國產(chǎn)真空泵技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且質(zhì)保時間長，進(jìn)口的只要用了就沒有質(zhì)保，我覺沒有必要花冤枉錢，真誠建議!

　　最終尊重客戶意見。

　　3.真空測量系統(tǒng)：選國內(nèi)質(zhì)量好的皮拉尼、電離計、數(shù)顯真空計

　　4.加熱及制冷系統(tǒng)：采用的進(jìn)口制冷水冷壓縮機組，用PID溫控調(diào)節(jié)，采用穩(wěn)定、可靠的控溫方式，即機械制冷+熱籠控溫。其他制冷系統(tǒng)部件均采用良好的部件。

　　5.熱沉結(jié)構(gòu)：液氮管采用分組方式結(jié)構(gòu)(用整根紫銅管)，下進(jìn)上出，在罐體圓周上分區(qū)，大門和底部熱沉分別分上下區(qū)，因此整個熱沉分區(qū)進(jìn)行控溫和調(diào)溫，也可根據(jù)情況非對稱加溫和控溫。液氮管在真空室內(nèi)無焊接接頭。在液氮管外側(cè)加一層屏蔽，液氮進(jìn)口管路上設(shè)有檢漏口，方便檢漏;

　　6.熱沉上用聚四氟乙烯隔熱墊固定在不銹鋼上并加裝調(diào)心軸承作滾輪，熱沉裝卸時，只要將熱沉連接高低溫接頭卸開便可，對準(zhǔn)容器里的軌道，移入或移出容器，方法簡單，便于安裝檢修。大門熱沉做成平面形直管焊接在圓板上，與液氮外流程用金屬軟管(外套不銹鋼絲編織)連接;

　　6.真空室： 采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti，或其他性能更好的不銹鋼，應(yīng)20mm為宜。

　　7.觀察窗：大門300mm

　　8.承內(nèi)壓：≥2MPa;

　　9.總漏率：≤5×10-9Pa*m3/s

　　10.內(nèi)部照明：不小于200LX

　　11.真空法蘭：在容器兩側(cè)開多個240mm的法蘭。(以客戶具體要求為準(zhǔn))

　　12.測量位置：皮拉尼、電離規(guī)安裝在容器前部。

　　13.容器內(nèi)支架板：支架板的尺寸應(yīng)盡可能大，支架板的受力點應(yīng)在罐體上。

　　14.總控制系統(tǒng)：此套設(shè)備為全自動控制系統(tǒng)。

　　15.設(shè)備特點：此設(shè)備為臥式高真空系統(tǒng)。

　　16.在分子泵抽氣口位置安裝機械冷阱(分子泵只在特殊條件下使用)。

　　17.運轉(zhuǎn)車的作用是將產(chǎn)品轉(zhuǎn)運至罐內(nèi)。運轉(zhuǎn)車在罐外停放，載物運轉(zhuǎn)車放置在運轉(zhuǎn)車上，然后運轉(zhuǎn)車與罐內(nèi)軌道實現(xiàn)自動對接，載物滑車即可從運轉(zhuǎn)車上推至真空罐工裝車導(dǎo)軌上。

　　運轉(zhuǎn)車材料用不銹鋼材，做成高低、方向可調(diào)，承重不小于3噸。運轉(zhuǎn)車為桁架結(jié)構(gòu)，用60mm×120mm的矩形不銹鋼方管作框架材料焊接而成，下面有四個限位聚四氟乙烯滾輪，配合支承可實現(xiàn)不同位置的定位和調(diào)平。

　　18. 載物小車的作用是試件在真空罐外完成準(zhǔn)備工作后運送到罐內(nèi)。載物滑車在罐外是停放在與罐內(nèi)軌道一樣高的可升降的運轉(zhuǎn)車上，試驗時移入罐內(nèi)固定支架，載物小車用不銹鋼材做成高低、前后可調(diào)，車上的支架按試件要求設(shè)計。小車采用桁架結(jié)構(gòu)，下面有四個限位聚四氟乙烯滾輪，實現(xiàn)不同位置的定位和調(diào)平，小車支架表面均用雙面鍍鋁聚酯膜包覆以減少漏熱。

　　19. 真空容器內(nèi)上吊掛點設(shè)計：真空容器熱沉內(nèi)頂部由10個吊點，單點承重不小于3噸，用于試驗件的吊掛和移動，或試驗時測量裝置、測量線的捆綁固定。10根M24的吊桿與熱沉骨架頂部連接。

　　20. 人行踏板設(shè)計：熱沉內(nèi)的兩側(cè)設(shè)有人行踏板，導(dǎo)軌兩側(cè)設(shè)有人行踏板，設(shè)計時考慮熱沉效果，要求便于快速折疊和拆分，寬度≥400mm，承重能力不低于500Kg/m2。

　　21.電源總功率不得低于50KW，選擇進(jìn)口或同質(zhì)量國產(chǎn)的直流電源(帶網(wǎng)口)，電源需根據(jù)試驗環(huán)境可自主控制。

　　六、真空部分

　　1.為確保空載極限真空度：≤2×10-5 Pa;(低溫，空載)，高溫空載真空度：≤ 5×10-4Pa(100℃，3～4h)的要求，以做到防止試件受污染。采用德國萊寶干式真空泵和羅茨干泵(德國萊寶、漢鐘)作粗抽系統(tǒng)、磁懸浮分子泵(德國萊寶、住友)作預(yù)抽氣機組和低溫泵(萊寶)主抽氣機組三個抽氣分系統(tǒng)組成。特點是抽氣快、真空度高、無污染、無振動。低真空的抽速與低真空泵的抽速和被抽容器的容積有關(guān);高真空的抽氣時間與高真空泵的抽速和真空容器內(nèi)所有東西的出氣量有關(guān)。

　　2.根據(jù)設(shè)備溫度覆蓋-150~+160°C的要求，選用液氮制冷、紅外加熱籠提供加熱功率形式來實現(xiàn)設(shè)備的溫度控制。溫度保障系統(tǒng)由熱沉、紅外加熱籠、液氮制冷系統(tǒng)、加熱控溫系統(tǒng)及連接管路、低溫閥門組成。

　　低溫流程圖

　　3.具備真空度穩(wěn)定控制措施，真空度在全壓力范圍內(nèi)應(yīng)具備在任意點可停留可保持;

　　在使用過程中真空度不能過高或過低，方案中詳細(xì)描述真空度穩(wěn)定控制方案。

　　4.真空模擬容器：

　　它主要用來容納試驗件，并且能造就一個符合試驗條件的真空環(huán)境和溫度環(huán)境，內(nèi)部設(shè)有放置工件的平臺，可以安裝工件。,真空容器上開有抽氣口，以便連接抽真空的設(shè)備。它還有一些電器方面的接口，以便連接必要的線纜，使真空室內(nèi)的試驗件和真空室外部的儀器能夠很好的連接。真空容器上方還裝有測量真空度的規(guī)管，內(nèi)部有測量溫度的PT100傳感器，以便測量本設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)(真空度和溫度)。另外還有觀察窗和照明燈，以便觀察內(nèi)部試驗件情況

　　5.真空保障系統(tǒng)：

　　它是把真空容器抽成真空環(huán)境的設(shè)備，它又分成預(yù)抽系統(tǒng)和主抽系統(tǒng)兩個部分，預(yù)抽系統(tǒng)將真空室抽成低真空，而后，主抽系統(tǒng)將真空室抽成高真空。它由真空泵、真空閥門和真空管道等組成。

　　6.溫度保障系統(tǒng)：

　　它主要用來保證試驗所需的溫度環(huán)境，包括正溫環(huán)境和負(fù)溫環(huán)境。正溫和負(fù)溫都通過設(shè)置一個冷背景，通過加熱籠加熱控溫來實現(xiàn)，用戶只需設(shè)定目標(biāo)溫度即可實現(xiàn)控溫，并能按溫度循環(huán)試驗要求實現(xiàn)循環(huán)控溫。

　　7.熱真空狀態(tài)控制監(jiān)測系統(tǒng)：

　　它用來控制真空系統(tǒng)和溫度保障系統(tǒng)的元件的動作，顯示當(dāng)前的控制狀態(tài)，并負(fù)責(zé)將真空度、溫度等參數(shù)保存記錄下來，繪制特定曲線，便于直觀了解參數(shù)的變化情況。主要由控制柜和工控機兩個部分組成。

　　控制系統(tǒng)采用****微型可編程控制器，真空系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)分別用了一個PLC，使各控制系統(tǒng)有一定的獨立性，一旦有問題出現(xiàn)時，可以單獨進(jìn)行故障診斷和維修。

　　本系統(tǒng)還可對斷氣，斷水等主要故障進(jìn)行相應(yīng)的報警。

　　8.輔助配套系統(tǒng)：

　　主要有冷卻水系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)為真空系統(tǒng)的真空泵和溫度保障系統(tǒng)的制冷機組提供冷卻，氣路系統(tǒng)為真空閥門提供氣源動力。

　　污染監(jiān)測主要監(jiān)測真空室內(nèi)殘余氣體的成分和物體表面的分子沉積量情況。

　　9.工作方式

　　本系統(tǒng)采用自增壓開式沸騰工作方式，主要由液氮儲槽、低溫閥門、及管路組成。液氮的供給是靠液氮儲罐自身壓力(0.2MPa)，進(jìn)入熱沉，依靠液氮在熱沉中沸騰蒸發(fā)進(jìn)行熱交換，使熱沉處于100K以下低溫狀態(tài)，熱交換后產(chǎn)生的氣體經(jīng)熱沉后被直接排放至大氣。通過電動液氮流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入熱沉，整個過程采用自動控制包括閥門打開等;采用手動控制系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)，在停電等應(yīng)急情況下使用，液氮的供給是通過手動閥開關(guān)靠液氮儲罐自身壓力(一般≤0.1MPa)進(jìn)入熱沉。為了避免各支路液氮分配不合理，在熱沉的支路上還設(shè)置了電動低溫截止閥(雙通道冗余設(shè)計)，各個區(qū)的液氮截止閥可以通過熱沉溫度來控制液氮的通斷，能自動、穩(wěn)定的保持熱沉溫度低于100K，而不浪費液氮。出液口采用氣液分離器，使系統(tǒng)中的液氮減少氣流沖走而造成液氮浪費。