双活塞缸式气动真空发生器改进设计的理论依据

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京理工大学机械学院SMC技术中心 作者:李小宁

真空发生器极限真空度分析

      双活塞缸式气动真空发生器系统的工作原理在真空技术网某一文章中叙述, 当真空腔室无法继续抽取等效真空容器中的气体时, 即真空腔室余隙容积中的气体完全膨胀后的压力恰等于真空容器中的气体压力与抽气单向阀开启压力之和时, 达到了系统的极限状态, 真空容器达到极限真空度。根据绝热过程的气体状态方程可得, 系统达到极限状态时真空腔室内与真空容器( 真空吸盘) 所能达到的极限真空度p' vmax、pvmax 分别为:

式中p0—— —大气压力, Pa

       Δp1 —— —排气单向开启压力, Pa

      Δp2 —— —抽气单向阀开启压力, Pa

     s—— —活塞运动行程, m

     x0—— —真空腔室余隙容积等效行程, m

        由式(1)和式(2)可知,真空容器内的极限真空度与抽、排气单向阀的开启压力、腔体余隙容积和行程大小都相关, 并且低于真空腔室内的极限真空度, 差值为抽气单向阀开启压力大小,并且抽气单项阀的开启压力对吸盘处所能达到的真空度影响最为直接。例如, 单向排气阀、吸气阀开启压力为12 kPa 时, 若真空腔室内能够达到的最高真空度为95 kPa, 则真空吸盘处能达到的最大真空度约为83 kPa。由此说明, 在抽气过程中, 其中有很大一部分的压力损失在抽气单向阀处。

响应时间分析

     系统响应时间是与系统的有效抽速和被抽取容器容积大小相关的, 关系如下:

 

式中pc—— —等效真空容器内气体绝对压力, Pa

       V—— —等效真空容器容积, L

      Se—— —系统有效抽速, L/min

       在特定的工作场合下, 被抽取的容器大小或连接的管道长度一般都是固定的。因而, 系统的有效抽速得到了提高, 系统响应时间也就响应减少了。而系统的有效抽速是由真空发生装置的自身抽速和抽气流道的流通性能共同决定的, 在一定的供给流量下, 其自身的抽速是确定的。只能通过提高抽气流道的流通性能来减少系统响应时间。

       随着真空容器内的真空度逐渐升高, 真空腔室与真空容器间的压差逐渐减小, 每个抽气过程抽气单向阀的开启程度也相应减小, 使得真空腔室更加难以从真空容器内抽出气体, 最终导致系统响应时间增加。所以, 抽气单向阀对抽气流道的流通性能以及系统有效抽速都有较大的影响,不利于减少系统响应时间。

      综上所述, 图1 中的两个抽气单向阀不仅影响了系统极限真空度, 而且在抽气过程中, 尤其是当入口真空度较高时, 其开启程度的减小也限制了系统响应时间的减少, 需要对系统结构进行相应改进, 提高双活塞缸式气动真空发生器的性能水平。

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