真空发生器抽吸机理与性能的分析研究

    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,或在一个气动系统中同时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。

    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A₁,A₂----管道的截面面积,m²

        v₁,v₂----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P₁,P₂----截面A₁,A₂处相应的压力,Pa

        v₁,v₂----截面A₁,A₂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)和超声速喷管型(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.