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真空發(fā)生器原理與演示

發(fā)布時間:2016-01-30 16:17:55 閱讀次數:1412

  真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產生負壓的一種新型,高效,清潔,經濟,小型的真空元器件,這使得在有壓縮空氣的地方,或在一個氣動系統(tǒng)中同時需要正負壓的地方獲得負壓變得十分容易和方便。真空發(fā)生器廣泛應用在工業(yè)自動化中機械,電子,包裝,印刷,塑料及機器人等領域.真空發(fā)生器的傳統(tǒng)用途是真空吸盤配合,進行各種物料的吸附,搬運,尤其適合于吸附易碎,柔軟,薄的非鐵,非金屬材料或球型物體.在這類應用中,一個共同特點是所需的抽氣量小,真空度要求不高且為間歇工作。筆者認為對真空發(fā)生器的抽吸機理和影響其工作性能因素的分析研究,對正負壓氣路的設計和選用有著不可忽視的實際意義。

  1、真空發(fā)生器的工作原理

  真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣,在噴管出口形成射流,產生卷吸流動.在卷吸作用下,使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走,使吸附腔內的壓力降至大氣壓以下,形成一定真空度。如圖1所示。

  圖1 真空發(fā)生器工作原理示意圖


  由流體力學可知,對于不可壓縮空氣氣體(氣體在低速進,可近似認為是不可壓縮空氣)的連續(xù)性方程

  A1v1= A2v2

  式中A1,A2----管道的截面面積,m2

  v1,v2----氣流流速,m/s

  由上式可知,截面增大,流速減小;截面減小,流速增大。

  對于水平管路,按不可壓縮空氣的伯努里理想能量方程為

  P1+1/2ρv12=P2+1/2ρv22

  式中P1,P2----截面A1,A2處相應的壓力,Pa

  v1,v2----截面A1,A2處相應的流速,m/s

  ρ----空氣的密度,kg/m2

  由上式可知,流速增大,壓力降低,當v2>>v1時,P1>>P2。當v2增加到一定值,P2將小于一個大氣壓務,即產生負壓.故可用增大流速來獲得負壓,產生吸力。

  按噴管出口馬赫數M1(出口流速與當地聲速之比)分類,真空發(fā)生器可分為亞聲速器管型(M1<1),聲速噴管型(M1=1)和超聲速噴管型(M1>1).亞聲速噴管和聲速噴管都是收縮噴管,而超聲速噴管型必須是先收縮后擴張形噴管(即Laval噴嘴).為了得到最大吸入流量或最高吸入口處壓力,真空發(fā)生器都設計成超聲速噴管型。

  2、真空發(fā)生器的抽吸性能分析

  2.1、真空發(fā)生器的主要性能參數

 ?、倏諝庀牧浚褐笍膰姽芰鞒龅牧髁縬v1。

 ?、谖肓髁浚褐笍奈谖氲目諝饬髁縬v2.當吸入口向大氣敞開時,其吸入流量最大,稱為最大吸入流量qv2max。

  ③吸入口處壓力:記為Pv.當吸入口被完全封閉(如吸盤吸著工件),即吸入流量為零時,吸入口內的壓力最低,記作Pvmin。

 ?、芪憫獣r間:吸著響應時間是表明真空發(fā)生器工作性能的一個重要參數,它是指從換向閥打開到系統(tǒng)回路中達到一個必要的真空度的時間。

  2.2、影響真空發(fā)生器性能的主要因素

  真空發(fā)生器的性能與噴管的最小直徑,收縮和擴散管的形狀,通徑及其相應位置和氣源壓力大小等諸多因素有關。圖2為某真空發(fā)生器的吸入口處壓力,吸入流量,空氣消耗量與供給壓力之間的關系曲線.圖中表明,供給壓力達到一定值時,吸入口處壓力較低,這時吸入流量達到最大,當供給壓力繼續(xù)增加時,吸入口處壓力增加,這時吸入流量減小。

 ?、僮畲笪肓髁縬v2max的特性分析:較為理想的真空發(fā)生器的qv2max特性,要求在常用供給壓力范圍內(P01=0.4---0.5MPa),qv2max處于最大值,且隨著P01的變化平緩。

 ?、谖肟谔帀毫v的特性分析:較為理想的真空發(fā)生器的Pv特性,要求在常用供給壓力范圍內(P01=0.4---0.5MPa),Pv處于最小值,且隨著Pv1的變化平緩。

 ?、墼谖肟诔惩耆忾]的條件下,對特定條件下吸入口處壓力Pv與吸入流量之間的關系如圖3所示.為獲得較為理想的吸入口處壓務與吸入流量的匹配關系,可設計成多級真空發(fā)生器串聯組合在一起。

 ?、軘U散管的長度應保證噴管出口的各種波系充分發(fā)展,使擴散管道出口截面上能獲得近似的均勻流動.但管道過長,管壁摩擦損失增大。一般管工為管徑的6---10倍較為合理.為了減少能量損失,可在擴散管直管道的出口加一個擴張角為6°---8°的擴張段。

 ?、菸憫獣r間與吸附腔的容積有關(包括擴散腔,吸附管道及吸盤或密閉艙容積等),吸附表面的泄漏量與所需吸入口處壓力的大小有關。對一定吸入口處壓力要求來說,若吸附腔的容積越小,響應時間越短;若吸入口處壓力越高,吸附容積越小,表面泄漏量越小,則吸著響應時間亦越短;若吸附容積大,且吸著速度要快,則真空發(fā)生器的噴嘴直徑應越大。

 ?、拚婵瞻l(fā)生器在滿足使用要求的前提下應減小其耗氣量(L/min),耗氣量與壓縮空氣的供給壓力有關,壓力越大,則真空發(fā)生器的耗氣量越大.因此在確定吸入口處壓務值勤的大小時要注意系統(tǒng)的供給壓力與耗氣量的關系,一般真空發(fā)生器所產生的吸入口處壓力在20kPa到10kPa之間。此時供華表壓力再增加,吸入口處壓力也不會再降低了,而耗氣量卻增加了.因此降低吸入口處壓力應從控制流速方面考慮。

 ?、哂袝r由于工件的形狀或材料的影響,很難獲得較低的吸入口處壓力,由于從吸盤邊緣或通過工件吸入空氣,而造成吸入口處壓力升高.在這種情況下,就需要正確選擇真空發(fā)生器的尺寸,使其能夠補償泄漏造成的吸入口處壓力升高。由于很難知道泄漏時的有效截面積,可以通過一個簡單的試驗來確定泄漏造成的吸入口處壓力升高。由于很難知道泄漏時的有效截面積,可以通過一個簡單的試驗來確定泄漏量。試驗回路由工件,真空發(fā)生器,吸盤和真空表組成,由真空表的顯示讀數,再查真空發(fā)生器的性能曲線,可很容易知道泄漏量的大小。

  當考慮泄漏時,真空發(fā)生器的特性曲線對正確確定真空發(fā)生器非常重要。泄有時是不可避免的,當有泄漏時確定真空發(fā)生器的大小的方法如下:把名義吸入流量與泄漏流量相加,可查出真空發(fā)生器的大小。

  3、提高真空發(fā)生器吸入流量的方法

  3.1、真空發(fā)生器分高真空型和高抽吸流量型,前者曲線斜率大,后者平坦。在噴管喉部直徑一定的情況下,要獲得高真空,必然降低抽吸流量,而為獲得大吸入流量,必然增加其吸入口處壓力。

  3.、為增大真空發(fā)生器吸入流量,可采取設計多級擴大壓管方式。如采取兩個三級擴壓管式真空發(fā)生器并聯,如圖所示,吸入流量將再增加一倍。

  4、結束語

  4.1、真空發(fā)生器是一種小巧而經濟的真空產生元件,應用在有正壓氣源的地方,使真空回路極大簡化.因此,有利于降低機器的制造成本,有利于提高機器的可靠性,有利于實現機械的高速化和自動化,具有廣闊的應用前景。

  4.2、系統(tǒng)設計過程中,應綜合考慮真空發(fā)生器的各種性能參數,選擇與系統(tǒng)相匹配的性能指標.一般較佳的供氣供給壓力為:0.4---0.5MPa,吸入口處壓力一般為:20kPa---10kPa。


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