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真空上料機技術參數,結構參數 真空發生器

2015/10/17  閱讀(3295)

真空發生器因其具有體積小、質量輕、真空度高、產生真空快、運動部件少、振動小、壽命長、噪音小、安裝方便, 維修簡單、控制方便、可靠性高等優點在汽車、化工、電子、玻璃制造、機械制造、家電制造等行業中得到廣泛地應用。尤其與真空吸盤配合使用, 由于它受力均勻、不損壞工件、響應快、體積小等優點, 所以在搬運易損物品、常規方法難搬運的物品、易產生應力變形物品及微小物品的場合, 有著無可比擬的優勢, 在自動化生產中起著越來越重要的作用。 

1、真空發生器的工作原理 

真空發生器主要由噴嘴和擴張管組合而成(見圖1所示)。氣體一元定常等熵流動的能量方程即可壓縮流體的伯努里方程如下。

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將0點的狀態參數代入式(1),由于流出噴管時的流速v0為超音速, 可知該點的壓力p0值很小, 因而可得到所需的真空度。在低壓部S處如果導入二次氣流(G″、PS、TS、vs) , 高速的一次氣流(G′、Pn、Tn) 將與之混合, 并交換動能, 二次氣流被加速,高速的混合氣體通過擴張管減速, 動能再次轉化為壓力能。這樣, 若在S處接入欲抽真空的系統, 則可達到抽真空之目的。
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圖1真空發生器工作原理圖

該過程的熱力學分析如下: 壓縮空氣G′通過噴管在0處變成超音速氣流, 由于氣流的速度很快,而噴管的尺寸很小, 故氣體在噴管中流動時, 來不及與外界發生熱交換, 可近似地看作絕熱過程。在流動過程中, 氣體的各種參數一般是連續變化的, 摩擦的影響較小, 可以忽略, 因而可近似地看作是可逆過程, 故該過程可近似地看作是等熵過程。整個熱力學過程可用焓—熵狀態變化圖表示(圖2)。圖2 中各點符號與圖1 相對應。N點為噴管進口狀態點;O′為假想等熵過程噴管出口點;O為實際噴管出口狀態點; 3′為擴張管假想等熵過程出口狀態點; 3為擴張管實際出口狀態點。如一次流體從進口壓力Pn經絕熱膨脹后在噴管出口處壓力為P0, 則噴管出口流速v0可由式(2)求出 

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式中Gn為速度系數, 一般取0.94~0.96; R為氣體常數, A= k/k-1。圖2中噴管兩端的焓差為 

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式中A 為熱功當量。 

假設真空口吸入壓力PS與噴管出口壓力P0相等, 則混合后的流速v1為

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式中Gm為速度系數, 一般取Gm= 0.95~0.98; X=G′/C″ , 其中G′為噴管內的一次流量, G″為真空口處吸入的二次流量; 混合后的焓值i1為 

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擴張管出口處流速為v3, 狀態點1至3過程近似可看成絕熱過程, 則 

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式中Gd為擴張管的效率, 一般取Gd= 0.6~0.8;狀態點1經等熵過程到達3′點, 對應焓值i3′為 

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通過3′點的等壓線P3即為擴張管出口的壓力, 實際出口狀態點3的焓值為 

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圖2狀態變化圖

2、真空發生器結構及性能參數 

2.1、真空發生器的性能參數 

真空發生器的主要性能參數有: 

① 空氣消耗量: 指從噴嘴流出的流量。用基準狀態下的體積流量表示。 

② 排氣量: 指從真空口吸入的空氣流量。當真空口向大氣敞開時, 其排氣量zui大, 稱zui大排氣量。 

③ 到達真空度: 指大氣壓力與真空腔內的壓力之差。當吸入口被完全封閉, 即排氣量為0時,真空腔的真空度稱為zui大到達真空度。 

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2.2、真空發生器的主要結構參數 

真空發生器主要由噴嘴和擴張管組成, 由上述可知噴嘴的作用是將壓縮空氣的能量轉換為動能,產生超音速氣流; 擴張管的作用是使超音速氣流減速以降低排出氣體時的噪音。由氣體動力學可知氣流一元定常等熵流動時通流截面積與氣流的速度間應滿足公式 

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式中: f為通流截面積;M為馬赫數,M=v/A; v為氣流的速度; A為當地音速; 

由上式可見, 當流速增加時, 通流截面積究竟擴大還是縮小, 要看(M2-1) 的正負,亦即M>1還是M<1。當流速小于當地音速加速時,M 小于1, (M2-1)為負, df符號與dv相反。故當流速增高時, 氣流截面積應縮小。當流速等于音速時,M=1則M 2-1=0,即df=0,此時氣流截面積達zui小值。當流速大于當地音速即超音速時,M大于1, (M2-1)為正, df符號與dv同號, 故當流速增高時, 氣流截面積應擴大。因此, 為了獲得超音速氣流, 噴嘴的截面形狀應當是小于音速加速時先縮小, 當等于音速時為zui小, 然后超音速時逐漸擴大, 即采用漸縮漸擴的拉伐爾噴管結構; 同理, 為了使超音速氣流減速, 擴張管的截面形狀應采用超音速減速時先縮小, 當流速等于音速時, 即M=1時截面為zui小, 然后小于音速減速時截面逐漸擴大的漸縮漸擴結構。
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圖3真空發生器結構簡圖

圖3 是真空發生器的噴嘴和擴張管結構簡圖, 噴嘴漸縮角度A建議取120°~140°, 漸擴角度B 建議取14°~16°;擴張管漸縮及漸擴角度C、H建議取6°~8°。 

2.3、真空發生器結構及性能參數間關系分析 

真空發生器的性能與噴嘴、擴張管的結構有關, 表1 推薦了五種不同真空發生器的噴嘴和擴張管結構的組合。
表1不同的噴嘴和擴張管結構尺寸 


由表1 可知真空發生器1與2的噴嘴相同, 真空發生器2擴張管的zui小直徑比真空發生器1擴張管的zui小直徑大;真空發生器1與3的擴張管相同, 而真空發生器3 噴嘴的zui小直徑(喉口直徑) 比真空發生器1 噴嘴的喉口直徑zui小直徑大; 真空發生器3與4的噴嘴相同, 真空發生器4 擴張管的喉口直徑比真空發生器3擴張管的喉口直徑大; 真空發生器5的噴嘴與擴張管規格比其余的四種均大。圖4為真空試驗系統原理圖, 圖5為供氣壓力與排氣量曲線, 圖6 為供氣壓力與到達真空度曲線, 圖7為供氣壓力與空氣消耗量曲線。分析上述特性曲線圖可得到下列結論。
 
1.工件2.吸盤3.真空壓力開關 4.真空過濾器5.消聲器6.換向閥7.真空發生器8.調壓閥 9.過濾器 
圖4真空試驗系統圖

 
圖5供氣壓力與排氣量曲線

① 由圖5可見, 真空發生器的排氣量并非一直隨供氣壓力提高而增大, 而是有一zui大值, 過了該zui大值,進一步提高供氣力, 排氣量反而下降; 真空發生器擴張管結構不變, 增大噴嘴直徑, 排氣量zui大值點左移, 而噴嘴結構不變, 增大擴張管喉口直徑, 則排氣量zui大值點右移; 如真空發生器1、5 的排氣量zui大值點在供氣壓力為0.35~0.4MPa 處,真空發生器3 的排氣量zui大值點在供氣壓力為0.3~0.35MPa 處, 真空發生器2、4 的排氣量zui大值在圖的右方, 由于供氣壓力到0.6MPa 止, 故圖中排氣量zui大值沒出現; 
 
圖6供氣壓力與到達真空度曲線

② 由圖6可見, 真空發生器的到達真空度并非一直隨供氣壓力提高而提高, 而是有一zui大值, 過了該zui大值, 進一步提高供氣壓力, 到達真空度反而下降; 真空發生器擴張管結構不變, 增大噴嘴直徑, 到達真空度zui大值點左移,而噴嘴結構不變, 增大擴張管喉口直徑, 則到達真空度zui大值點右移; 如真空發生器1、5 的到達真空度zui大值點在供氣壓力為0.5MPa 左右出現, 真空發生器3 的到達真空度zui大值點在供氣壓力為0.35MPa左右出現, 真空發生器2、4的到達真空度zui大值在圖的右方, 由于供氣壓力到0.7MPa 止,故圖中到達真空度zui大值沒出現; 
 
圖7空氣消耗量與供氣壓力曲線

③ 由圖7可見, 空氣消耗量隨供氣壓力的增加而增加, 且僅與噴嘴結構有關, 噴嘴結構相同, 空氣消耗量與供氣壓力特性相同, 噴嘴喉口直徑越大, 空氣消耗量與供氣壓力曲線斜率越大; 

④ 由圖5、6、7可知, 真空發生器1、5的特點是在供氣壓力為0.5MPa時, zui高到達真空度約為-92kPa, 排氣量分別為27L/min、63L/min(ANR),空氣消耗量分別為44L/min、100L/min(ANR) , 真空發生器3的特點是在供氣壓力為0.35MPa時,zui高到達真空度約為-90.7kPa, 排氣量為25 L/min(ANR), 空氣消耗量為44 L/min(ANR), 屬高真空度、低排氣量型; 真空發生器2、4的特點是到達真空度低、排氣量大,真空發生器2 在供氣壓力為0.5MPa時, 到達真空度約為-46.7kPa, 排氣量為54 L/min(ANR ), 空氣消耗量為44L/min(ANR ) , 真空發生器4在供氣壓力為0.35MPa時, 到達真空度約為-46.7kPa, 排氣量為50L/min(ANR), 空氣消耗量為44 L/min (ANR) ; 高真空小排氣量真空發生器適用于密封性能好的場合, 低真空大排氣量真空發生器適用于密封性不好的場合; 

⑤ 真空發生器的排氣量由噴嘴、擴張管結構共同確定, 噴嘴喉口直徑越大, 排氣量越大(見圖5 真空發生器1、5 曲線) ; 噴嘴相同, 擴張管喉口直徑增大, 則排氣量增大(見圖5 真空發生器1、2, 真空發生器3、4 曲線) ; 

⑥ 由上述分析可知, 設計或使用中在選用真空發生器時, 為了經濟地獲得所需的排氣量和真空度, 必須對真空發生器的特性曲線進行研究, 要根據真空發生器的特點, 在滿足使用要求的前提下, 減少空氣消耗量; 空氣消耗量、排氣量、到達真空度均與供氣壓力關, 通過設計合理的噴嘴、擴張管結構組合, 即可在滿足zui小空氣消耗量的前提下, 在氣源允許采用的供氣壓力下得到滿意的所需排氣量與到達真空度。 

3、結束語 

從真空發生器的工作原理分析可知, 真空發生器的性能參數與噴嘴、擴張管的結構參數有關, 真空發生器的排氣量、到達真空度、空氣消耗量均與供氣壓力有關, 空氣消耗量隨供氣壓力的增加而增加, 且僅與噴嘴喉口直徑有關, 喉口直徑越大, 空氣消耗量越大; 真空發生器的排氣量、到達真空度隨供氣壓力增大有一極大值, 該值出現位置隨噴嘴及擴張管喉口直徑尺寸變化而有規律變化, 掌握該變化規律, 對設計真空發生器及經濟地選用真空發生器有一定的指導意義。(end)



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