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        真空发生器的工作原理与演示

        来源真空技术网www.ismp.tw真空技术网整理作者真空技术网

        真空发生器就是利用正压气源产生负压的一种新型高效清洁经济小型的真空元器件这使得在有压缩空气的地方或在一个气动系统?#22411;?#26102;需要正负压的地方获得负压变得十分容易和方便真空发生器广泛应用在工业自动化中机械电子包装印刷塑料及机器人等领域.真空发生器的传统用途是真空吸盘配合进行各种物料的吸附搬运尤其适合于吸附易碎柔软薄的非铁非金属材料或球型物体.在这类应用中一个共同特点是所需的抽气量小真空度要求不高且为间歇工作笔者认为对真空发生器的抽吸机理和影响其工作性能因素的分析研究对正负压气路的设计和选用有着不可忽视的实际意义

        1真空发生器的工作原理

        真空发生器的工作原理是利用喷管高速喷射压缩空气在喷管出口形成射流产生卷吸流动.在卷吸作用下使得喷管出口周围的空气不断地被抽吸走使吸附腔内的压力降至大气压以下形成一定真空度如图1所示

        真空发生器工作原理示意图

        图1 真空发生器工作原理示意图

        由流体力学可知对于不可压缩空气气体(气体在低速进可近似认为是不可压缩空气)的连续性方程

        A1v1= A2v2

        式中A1A2----管道的截面面积m2

        v1v2----气流流速m/s

        由上式可知截面增大流速减小截面减小流速增大

        对于水平管路按不可压缩空气的伯努里理想能量方程为

        P1+1/2ρv12=P2+1/2ρv22

        式中P1P2----截面A1A2处相应的压力Pa

        v1v2----截面A1A2处相应的流速m/s

        ρ----空气的密度kg/m2

        由上式可知流速增大压力降低当v2>>v1时P1>>P2当v2增加到一定值P2将小于一个大气压务即产生负压.故可用增大流速来获得负压产生吸力

        按喷管出口马赫数M1(出口流速与当地声速之比)分类真空发生器可分为亚声速器管型(M1<1)声速喷管型(M1=1)?#32479;?#22768;速喷管型(M1>1).亚声速喷管和声速喷管都是收缩喷管而超声速喷管型必须是先收缩后扩张形喷管(即Laval喷嘴).为了得到最大吸入流量或最高吸入口处压力真空发生器都设计成超声速喷管型

        2真空发生器的抽吸性能分析

        2.1真空发生器的主要性能参数

        空气消耗量指从喷管流出的流量qv1

        吸入流量指从吸口吸入的空气流量qv2.当吸入口向大气敞开时其吸入流量最大称为最大吸入流量qv2max

        吸入口处压力记为Pv.当吸入口被完全封闭(如吸盘吸着工件)即吸入流量为零时吸入口内的压力最低记作Pvmin

        吸着响应时间吸着响应时间是表明真空发生器工作性能的一个重要参数它是指从换向阀打开到系统回路中达到一个必要的真空度的时间

        2.2影响真空发生器性能的主要因素

        真空发生器的性能与喷管的最小直径收缩和扩散管的形状通径及其相应位置和气源压力大小等诸多因素有关图2为某真空发生器的吸入口处压力吸入流量空气消耗量与供给压力之间的关系曲线.图中表明供给压力达到一定值时吸入口处压力?#31995;ͣ?#36825;时吸入流量达到最大当供给压力继续增加时吸入口处压力增加这时吸入流量减小

        最大吸入流量qv2max的特性分析较为理想的真空发生器的qv2max特性要求在常用供给压力范围内(P01=0.4---0.5MPa)qv2max处于最大值且随着P01的变化平缓

        吸入口处压力Pv的特性分析较为理想的真空发生器的Pv特性要求在常用供给压力范围内(P01=0.4---0.5MPa)Pv处于最小值且随着Pv1的变化平缓

        在吸入口吵完全封闭的条件下对特定条件下吸入口处压力Pv与吸入流量之间的关?#31561;?#22270;3所示.为获得较为理想的吸入口处压务与吸入流量的匹配关系可设计成多级真空发生器串联组合在一起

        扩散管的长度应保证喷管出口的各种波系充分发展使扩散管道出口截面上能获得近似的均匀流动.但管道过长管壁摩?#20102;?#22833;增大一般管工为管径的6---10倍较为合理.为了减少能量损失可在扩散管直管道的出口加一个扩张角为6°---8°的扩张段

        吸着响应时间与吸附腔的容积有关(包括扩散腔吸附管道及吸盘或密闭舱容积等)吸附表面的泄漏量与所需吸入口处压力的大小有关对一定吸入口处压力要求来说若吸附腔的容积越小响应时间越短若吸入口处压力越高吸附容积越小表面泄漏量越小则吸着响应时间亦越短若吸附容积大且吸着速度要快则真空发生器的喷嘴直径应越大

        真空发生器在满足使用要求的前提下应减小其耗气量(L/min)耗气量与压缩空气的供给压力有关压力越大则真空发生器的耗气量越大.因此在确定吸入口处压务值勤的大小时要注意系统的供给压力与耗气量的关系一般真空发生器所产生的吸入口处压力在20kPa到10kPa之间此时供华表压力再增加吸入口处压力也不会再降低了而耗气量却增加了.因此降低吸入口处压力应从控制流速方面考虑

        有时由于工件的形状或材料的影响很难获得?#31995;?#30340;吸入口处压力由于从吸盘边缘或通过工件吸入空气而造成吸入口处压力升高.在这种情况下就需要正确选择真空发生器的尺寸使其能够补偿泄漏造成的吸入口处压力升高由于很难知道泄漏时的有效截面积可以通过一个简单的试验来确定泄漏造成的吸入口处压力升高由于很难知道泄漏时的有效截面积可以通过一个简单的试验来确定泄漏量试验回路由工件真空发生器吸盘和真空表组成由真空表的显示读数再查真空发生器的性能曲线可很容易知道泄漏量的大小

        当考?#20999;?#28431;时真空发生器的特性曲线对正确确定真空发生器非常重要泄有时是不可避免的当有泄漏时确定真空发生器的大小的方法如下把名义吸入流量与泄漏流量相加可查出真空发生器的大小

        3提高真空发生器吸入流量的方法

        3.1真空发生器分高真空型和高抽吸流量型前者曲线斜率大后者平坦在喷管喉部直径一定的情况下要获得高真空必然降低抽吸流量而为获得大吸入流量必然增加其吸入口处压力

        3.为增大真空发生器吸入流量可采取设计多级扩大压管方式如采取两个三级扩压管式真空发生器并联如图所示吸入流量将再增加一倍

        4结束语

        4.1真空发生器是一种小巧而经济的真空产生元件应用在有正压气源的地方使真空回路极大简化.因此有利于降低机器的制造成本有利于提高机器的可靠性有利于实现机械的高速化和自动化具有广阔的应用前景

        4.2系?#25104;?#35745;过程中应综合考虑真空发生器的各种性能参数选择与系统相匹配的性能指标.一般较佳的供气供给压力为0.4---0.5MPa吸入口处压力一般为20kPa---10kPa

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