本发明提供了用于使用高真空泵、真空容器和第二真空泵保持真空封闭装置（vacuumenclosure）（举例说明，例如低温恒温器）中的高真空的方法和系统（或设备）。
背景技术：
对于许多应用，需要在真空封闭装置内创建并保持高真空。例如，为了保持部件在低温温度范围内，常常需要将低温冷却的部件封入（enclose）真空封闭装置，以使部件的受热降到最低。因此，存在对用于保持高真空的系统和方法的需求。如将会是容易理解的，高真空是其中残余气体的平均自由程比包含残余气体的真空封闭装置的尺寸长的任何真空。通常，高真空被定义为压力为大约100mPa或更低的真空。为了创建高真空，需要进行多级抽吸。通常，这是通过使用高真空泵和第二级真空泵的组合来实现的。高真空泵可以是涡轮分子泵或其他类似的泵并且具有能与真空封闭装置连接的输入和出口。高真空泵的出口连接到第二级真空泵的输入。第二级真空泵具有通往周围环境的出口。为了保持高真空，高真空泵和第二级泵二者需要进行连续操作。在典型的两级抽吸系统中，高真空泵的入口和真空封闭装置被保持于高真空。高真空泵接着用于对进入泵的气体进行压缩（compress），使得高真空泵的出口的压力处于比入口和真空封闭装置的压力高的压力。高真空泵的出口连接到第二级真空泵的入口。第二级真空泵进行操作以对从高真空泵进入的气体进行压缩并且其输出处于比其输入高的压力。第二级真空泵的主要目的在于，确保高真空泵的出口处于低真空或中度真空。这是必要的，因为许多高真空泵在它们被排气达到大气压时将停住。对于一些应用，为了保持真空需要两个单独的真空泵连续操作可能是个问题。这是因为，需要对真空泵进行常规维护来使它们保持在良好的正常运转状态。对于其中真空封闭装置位于难以触及的（inaccessible）位置的应用，这可能是个特殊问题。此外，如果真空封闭装置在操作期间不是静止的，则使用两个真空泵可能是个问题。存在特殊问题的一种应用是用于超导风轮机的旋转式低温恒温器。这些低温恒温器在操作期间旋转并且在风轮机塔架顶部的机舱中位于非常难以触及的位置。当前，不可以使用传统的两级抽吸系统为用于超导风轮机的旋转式低温恒温器提供高真空。这样的一个原因是，这种风轮机的转轴下方的导通非常差。然而，还有其他的技术 考虑，使得传统的、连续操作的两级抽吸系统通常的使用是不合适的。因此，为用于超导风轮机的旋转式低温恒温器提供高真空的当前提议是，使用位于预先被抽空的高真空封闭装置中的多个吸气器。吸气器可以用于保持有限时间段内的高真空，但是需要以规则间隔的重新启动（re-activation）。高真空中重新启动的吸气器可以迫使对真空封闭装置进行重新加压以进入（access）吸气器，然后，在吸气器已经重新启动之后，使用外部真空泵组件（pumpset）将真空封闭装置抽吸至高真空。可供选择地，不可蒸发吸气器不需要对真空封闭装置重新加压，而是替代地需要将抽吸系统连接到真空封闭装置，以在吸气器重新启动时保持真空封闭装置中的真空。考虑到以上内容，需要用于为处于难以触及的位置和/或在操作期间不是静止的真空封闭装置提供高真空的改进系统和方法。优选地，任何这样的系统和/或方法应该能够被用来为用于超导风轮机或其他发电机的旋转式低温恒温器提供高真空。
技术实现要素：
本发明提供了一种用于保持真空封闭装置中的高真空的系统，所述系统包括：真空封闭装置；真空容器；高真空泵，所述高真空泵具有与所述真空封闭装置连接的输入以及与所述真空容器连接的输出；以及第二真空泵，所述第二真空泵能连接到所述真空容器；其中所述高真空泵进行操作以将所述真空封闭装置保持于高真空并且通过所述第二真空泵的周期性操作保持所述真空容器低于阈值压力。本发明的系统优于现有技术在于，它省去了传统两级抽吸系统的第二级泵。通过将高真空泵的输出连接到被保持低于阈值压力的真空容器，可以操作高真空泵，而不需要第二真空泵恒定操作。真空容器的阈值压力优选地是高真空泵的输出可以经受的、而没有对高真空泵的操作产生不利影响的最大压力。具体地，高真空泵的输出将优选地被保持在防止高真空泵停住的压力。如将会是容易理解的，由于高真空泵的输出排放到真空容器，导致高真空泵的操作将逐渐增大真空容器的压力。然而，一旦在密封的真空封闭装置中产生高真空，增大的速率将相对低，结果，仅仅需要使用第二真空泵对真空容器进行周期性抽空（periodicevacuation）。因为不需要连续操作第二级真空泵，所以与现有技术的系统相比，该抽吸系统的技术复杂度和所需的维护大大减少。需要第二真空泵的周期性操作来保持真空容器的压力低于阈值压力。如技术人员将会理解的，在需要重新抽空真空容器之前本发明的系统将能够操作的时长将取决于真空容器的体积和系统首次操作时真空容器的压力。针对根据本发明的任何特定系统可以容易地确定这一点。第二真空泵可以根据真空容器内的压力何时超过预定极限而进行周期性操作。可供选择地，第二真空泵可以按预定时间间隔操作。需要的只是通过第二真空泵的周期性操作保持真空容器中的压力低于阈值压力。第二真空泵可以永久性地连接到真空容器或者可以是从真空容器可移除的。如果第二真空泵是从真空容器可移除的，则可以为可优选的是，只有当需要操作第二真空泵以保持真空容器的压力低于阈值压力时才将第二真空泵连接到真空容器。如果第二真空泵是从真空容器可移除的，则第二真空泵可以通过本领域的技术人员清楚的任何合适方式连接到真空容器。本发明的系统还可以包括当必要时操作第二真空泵的控制器。可优选的是，第二真空泵是低真空泵。如本领域的技术人员将清楚的，低真空泵可以包括适用在用于保持合适真空的传统系统中的任何低真空泵。然而，可以为可优选的是，低真空泵是隔膜泵。为了允许周期性抽空真空容器，有利的是，根据本发明的系统在真空容器和第二真空泵之间的连接部处包括阀装置。为了保持真空容器中的合适压力，当第二真空泵没有可操作地连接到真空容器和/或没有正在操作时，阀装置可以关闭。只有当第二真空泵连接到真空容器并且正在操作时，阀装置才打开，以保持真空容器中的压力低于阈值压力。阀装置可以包括本领域的技术人员已知的任何合适的阀装置。本发明的系统可以包括用于控制阀装置的控制器。阀装置的控制器可以是单独的控制装置或者它可以与用于操作第二真空泵的任何控制器整合为一体。高真空泵可以包括适用在用于保持高真空的传统系统中的任何高真空泵。然而，可以为可优选的是，高真空泵是（例如）具有利用快速旋转转子的类型、通常具有成角度叶片的涡轮分子泵，用于在排气或出口的方向上向气体分子施加动量。可以为有利的是，到高真空泵的输入包括阀。该阀将允许必要时使真空封闭装置与高真空泵隔绝。如果可以只利用高真空泵的周期性操作保持真空封闭装置内的合适压力，则这可以是有利的。替代地或者另外地，通过使阀位于真空封闭装置和高真空泵之间，将允许在不需要抽空（evacuate）真空封闭装置的情况下对高真空泵进行维护。本发明的系统可以包括用于控制高真空泵的间歇操作的控制器。该控制器可以是单独的控制装置或者可以与系统的任何其他控制装置整合为一体。真空封闭装置可以是低温恒温器，例如，用于超导发电机的低温恒温器。如果真空封闭装置是低温恒温器，则封闭装置可以是旋转式低温恒温器。如果真空封闭装置是旋转式低温恒温器，则可以为优选的是，高真空泵和真空容器和系统的任何其他部件被安装成与旋转式低温恒温器一起旋转（即，被安装在旋转参考框架中）。通过使这些部件与旋转式低温恒温器装置一起旋转，不需要静止部件和旋转部件之间的旋转式耦合。如果系统的部件被安装成与旋转式低温恒温器一起旋转，则可以为优选的是，高真空泵（可选地，和第二真空泵）被安装在旋转式低温恒温器上，使得低温恒温器的旋转轴与高真空泵的旋转轴（和第二真空泵的旋转轴）同轴。因为以此方式安装真空泵（一个或多个）可以使系统操作期间对真空泵（一个或多个）产生的任何不利回转作用降到最低，所以这可以是可优选的。如果本发明的系统与旋转式低温恒温器一起使用或者包括旋转式低温恒温器，则可能的是，可以安装第二真空泵，使得通过旋转式低温恒温器的旋转为第二真空泵的操作提供动力。这可以用本领域的技术人员清楚的任何方式实现。预期的是，使用根据本发明的系统来保持超导风轮机（或其他发电机）的旋转式低温恒温器中的高真空与使用吸气器来保持同一装置中的高真空相比，将明显有利。具体地，吸气器需要以规则间隔（例如，每六个月）重新启动，而据估计，根据本发明的系统可以在需要进行维护之前在明显更长的时间段内使用。即使预期最有可能需要维护的部件将会是第二真空泵，结果也不需要为了执行维护而对低温恒温器加压。如上所述，之前用于保持高真空的系统无法与旋转式低温恒温器一起使用。本发明的系统可以与旋转式低温恒温器一起使用并且可以被安装成与旋转式低温恒温器一起旋转。本发明的系统包括真空容器。然而，还可能的是，将根据现有技术的系统（即，没有额外包括中间真空容器的用于保持高真空的传统两级抽吸系统）安装成与旋转式低温恒温器一起旋转。这可以用本领域的技术人员清楚的任何方式进行。如果用于保持高真空的传统系统被安装成与旋转式低温恒温器一起旋转，则可以为优选的是，通过旋转式低温恒温器的旋转，为泵中的一个或两个提供动力。这可以用本领域的技术人员清楚的任何方式实现。预期的是，可以通过使用简单机械方式的低温恒温器的旋转为传统系统的第二级泵提供动力。本发明还提供了一种保持真空封闭装置中的高真空的方法，所述真空封闭装置连接到高真空泵的输入并且所述高真空泵的输出连接到真空容器，所述方法包括以下步骤：操作所述高真空泵，以保持所述真空封闭装置中的高真空；以及通过周期性操作第二真空泵以抽空所述真空容器，保持所述真空容器中的压力低于阈值压力。以与本发明的系统相同的方式，本发明的方法优于现有技术的优点在于，它不需要为了保持真空封闭装置中的高真空而连续操作第二真空泵。替代地，通过在高真空泵的输出和第二真空泵的输入之间使用居间真空容器，并且保持真空容器的压力低于阈值压力，只需要第二真空泵周期性地操作。为了执行本发明的方法，第二真空泵可以永久性地连接到真空容器或者可以是从真空 容器可移除的。如果第二真空泵是从真空容器可移除的，则本发明的方法还可以包括在第二真空泵操作之前将第二真空泵连接到真空容器的步骤以及在每次操作之后将第二真空泵与真空容器断开的步骤。如果真空封闭装置在操作期间没有保持静止，则这可以是特别有益的。这是因为，可以从真空封闭装置移除第二真空泵并保持相对长的时间段，并且在这些时间段内，真空封闭装置可以按以下方式操作：如果第二真空泵将要保持与真空封闭装置物理连接，则真空封闭装置可能不可以操作。例如，这可以使得高速旋转真空封闭装置是可能的。在这些情形下，当需要将第二真空泵连接到真空封闭装置时，真空封闭装置的旋转可以停止。可以在本发明的方法中利用上述系统的可选特征。具体地，第二真空泵可以是低真空泵，高真空泵可以是涡轮分子泵，并且真空封闭装置可以是低温恒温器。如果真空封闭装置是低温恒温器，则它可以是旋转式低温恒温器并且可以通过与旋转式低温恒温器同轴地安装任一个或每个部件，真空封闭装置、高真空泵和第二真空泵中的任一个或全部可以被安装成与旋转式低温恒温器一起旋转。在以下描述并且在附图中示出根据本发明的系统的特定实施方式。该系统根据本发明的方法进行操作。附图图1是根据本发明的方法进行操作的根据本发明的系统的实施方式的示意图。在图1中示出根据本发明的用于保持高真空的系统。系统1包括静止低温恒温器2、涡轮分子泵3（或高真空泵）、真空容器4和隔膜泵5（或第二真空泵）。涡轮分子泵3具有与低温恒温器2连接的入口6。涡轮分子泵3的入口6包括阀7，阀7允许根据需要打开和密封入口。涡轮分子泵3具有与真空容器4连接的出口8。隔膜泵5具有能与真空容器4连接（在图1中被示出为可操作地连接）的入口9。隔膜泵的入口9具有阀10，阀10允许在隔膜泵连接到真空容器时根据需要打开和密封入口。系统1可以进行操作，以按以下方式保持低温恒温器2中的高真空。在正常操作期间，涡轮分子泵3的入口6的阀7打开并且涡轮分子泵连续操作，以按传统方式保持低温恒温器2内的压力在高真空范围内。涡轮分子泵3的出口8将涡轮分子泵的排气导向真空容器4。在正常操作期间，阀10关闭并且隔膜泵5没有可操作地连接到真空容器4。在初始操作之前，在低温恒温器2已经被抽空至高真空之后，使用隔膜泵5抽空真空容器4，使得真空容器4具有适于涡轮分子泵3的出口8的压力。真空容器4的合适压力将是允许涡轮分子泵3令人满意地进行操作的压力。具体地，真空容器4的压力必须通常低得足以防止涡轮分子泵3停住。在抽空真空容器4之后，阀10关闭并且隔膜泵5与真空容器4可操作地断开。涡轮分子泵3以传统方式操作，以保持低温恒温器2内的高真空。随着时间的推移，在涡轮分子泵3正在操作时，由于因涡轮分子泵3的排气而进入真空容器4的气体，导致真空容器4的压力将上升。当真空容器4的压力升至第一预定极限（即，阈值压力）时，隔膜泵5可操作地连接到真空容器4。隔膜泵5的入口9的阀10打开并且隔膜泵5进行操作以重新抽空真空容器。当隔膜泵5的动作已经将真空容器4中的压力减小至第二预定极限时，隔膜泵5的入口9的阀10关闭，隔膜泵停止，并且隔膜泵与真空容器4可操作地断开。以此方式，真空容器4内的压力可以被永久保持在第一预定极限（等于或低于阈值压力）和第二预定极限之间。在隔膜泵5操作期间和在此之后，涡轮分子泵3进行操作，以保持低温恒温器2内的高真空。必要时，可以用物理方式从真空容器4移除隔膜泵5。如将会是容易理解的，第一和第二预定极限的精确值取决于特定个体系统的要求。通常，第二预定极限将是可以通过隔膜泵5或其他传统抽吸装置在真空封闭装置中合理实现的最低压力。第一预定极限可以是涡轮分子泵3的出口8可以被保持于的压力的上限，即，真空封闭装置的阈值压力。低温恒温器可以是旋转式低温恒温器。