[发明专利]一种气体高密封快速调压系统及方法

权利要求书

1.一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：包括气体回路、蓄压器、稳压罐、隔膜压缩机、充气罐、阀门、管道和仪表；所述气体回路是由反应气屏、吸气床和气体循环泵构成的高密封强制循环回路；所述气体回路的压力调节支路分别接充气罐出口和蓄压器入口，蓄压器出口接隔膜压缩机入口，隔膜压缩机出口接充气罐入口；所述蓄压器采用高密封的金属波纹管隔膜进行可变容积补偿，由内腔波纹管气室和外腔缸体气室构成；所述蓄压器内腔波纹管气室内为工艺气体，入口接气体回路的放气调压支路，出口接隔膜压缩机入口；所述蓄压器外腔缸体气室与稳压罐连通，其内为稳压气体，全密封的波纹管隔膜将工艺气体与稳压气体隔离；所述蓄压器内腔波纹管气室在压缩结束时的空隙容积较小，驱动所有低压工艺气体都送入隔膜压缩机内压缩；所述的快速调压包括以下步骤：

(1)直接打开充气罐出口与气体回路入口阀门，将高压工艺气体通过气体回路快速充入反应气屏，可在5-30s内快速提高气体回路中反应气屏压力；

(2)打开气体回路出口与蓄压器入口的阀门，将反应气屏和气体回路中的工艺气体快速释放到蓄压器内腔波纹管气室内，蓄压器在内腔压力大于外腔压力的压差作用下通过波纹管气室不断扩展维持工艺气体在常压或高于常压，快速降低气体回路中反应气屏压力；

(3)打开蓄压器出口与隔膜压缩机入口阀门，蓄压器在外腔压力大于内腔压力的压差作用下不断压缩波纹管气室，将工艺气体送入隔膜压缩机入口，工艺气体通过隔膜式压缩机压缩增压为10～40MPa的高压气体排入充气罐，完成一个循环。

2.根据权利要求1所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述充气罐的容积较小且压力很高，用于向气体回路内快速充气；在充气结束时，所述充气罐内压力略高于或等于气体回路压力，留存在充气罐内气体最少。

3.根据权利要求1中任一项所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述气体回路快速放气到蓄压器内腔波纹管气室，导致工艺气体增多而压力升高到大于外腔缸体气室中稳压气体压力时，驱动柔性波纹管拉伸减小工艺气体压力，自动保持内腔波纹管气室内压力的稳定。

4.根据权利要求1任一项所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述隔膜压缩机抽吸蓄压器内腔波纹管气室内的低压工艺气体进行压缩增压，导致工艺气体减少而压力降低到小于外腔缸体气室中稳压气体压力时，驱动柔性波纹管压缩增大工艺气体压力，自动保持隔膜压缩机入口压力稳定在接近常压要求。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述蓄压器外腔缸体气室与稳压罐连通，形成第二级包容边界；所述稳压罐容积远大于蓄压器外腔缸体气室容积，并充入氮气或惰性气体，用于保持压力稳定、防止泄漏和氧化；所述稳压罐为全焊接密封结构。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述隔膜压缩机由液压系统和气体压缩系统组成，由多层金属膜片将两个体系完全隔离开，液压系统驱动多层金属膜片将气体压缩系统集气室内的工艺气体压缩排出到充气罐；所述隔膜压缩机的集气室无动密封且具有较小的余隙腔，单 1 级压缩比可达15:1以上。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述充气罐与气体回路之间的充气调压支路上设置旁通减压阀和针阀，用于调节充气压力和充气流量；所述气体回路与蓄压器之间的放气调压支路上设置旁通减压阀和针阀，用于调节放气压力和放气流量。

8.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体高密封快速调压系统，其特征在于：所述快速调压系统与工艺气体接触表面的压力边界内，都使用不锈钢全密封结构，同时没有磨损表面且无润滑需要；所述反应气屏、吸气床、充气罐、稳压罐、管道和阀门静设备都使用焊接连接，氦质谱检漏率小于10 ^-10 Pa·m ³ /s；所述气体循环泵、隔膜压缩机和蓄压器动设备的氦质谱检漏率小于10 ^-8 Pa·m ³ /s；整个所述高密封快速调压系统的氦质谱检漏率小于1×10 ^-7 Pa·m ³ /s。