流量自调式射流真空发生器

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京理工大学机械工程学院 作者:滕燕

  针对目前使用的真空发生器存在的耗能大的局限性, 提出一种流量自调式射流真空发生器的总体技术方案。该方案采用磁性驱动方案和真空反馈自适应控制方案, 通过控制喷管喉部的有效流通断面积调节真空发生器的供气流量, 以满足快速响应和节能的要求。建立流量自调式射流真空发生器的气体流动模型和运动模型并进行仿真, 同时, 研究弹性系数这一主要设计参数对流量自调式射流真空发生器工作性能的影响规律, 为优化设计提供理论依据。对所设计的真空发生器进行试验研究表明, 该真空发生器具有真空响应速度快和空气消耗量低的特性。

1、前言

  真空吸取技术作为自动化操作的一种方式, 已在工业的各个领域得到了广泛的应用。但是, 作为局部真空发生装置, 目前使用的射流式真空发生器在工作时须要连续供气和排气, 空气消耗量很大。因此, 如何解决真空发生器在使用中的节能问题,同时又能满足自动化生产线动作节拍对真空发生器快速响应提出的越来越高的要求, 是真空发生器研制中迫切需要解决的技术难题。

  近年来, 针对这一问题, 国内外学者作了一些研究。如日本妙德株式会社开发的一种集真空喷嘴、单向阀真空开关于一体的真空发生器, 当达到设定的真空度值时, 真空开关发出信号, 控制电磁阀关闭气源, 真空发生停止, 由单向阀阻止空气向真空回路泄漏, 使真空继续保持。利用这种方法, 在搬运气密性材料的工件时, 一个运送周期内, 与相同尺寸单一喷嘴的真空发生器相比, 空气消耗量可减少左右。但这种方法对木板、纸板等材质疏松工件的搬运并不适用。另一方面, 德国、日本和中国的研究人员分别提出了节能型并联式真空发生方案, 其设计思想基本相同, 即将两个喉部直径不同的真空喷嘴并联, 在真空产生阶段, 利用两个真空喷嘴同时或喉部直径较大的喷嘴抽取真空, 从而达到真空快速响应的目的在真空保持阶段, 利用切换控制阀进行切换, 使喉部直径较小的真空喷嘴进行工作, 从而达到节约能源的目的。但这种方法属于对流量的有级控制, 适应范围受到一定的限制, 且由于额外增加了一些元件, 从而增加了使用者的成本。因此研究开发一种能够根据实时工况自适应调节供气流量, 从而满足生产中节能和快速响应的双重要求的真空发生装置是十分必要的。

  本文将提出可实现流量自调节的射流式真空发生器总体技术方案和结构, 建立该流量自调式真空发生器的气体流动模型和运动模型, 研究主要设计参数对该真空发生器工作性能的影响规律。

2、流量自调式真空发生器技术方案

  为了满足对真空发生器节能和快速响应的双重要求, 提出了流量自调式射流真空发生器的总体技术方案, 根据该方案设计和制造了样机, 该结构已申请了国家发明专利专利申请号(200610040832.1)。下面对其结构和原理进行说明。

2.1、流量自调式真空发生器的流量自调节原理

  普通的射流式真空发生器的工作原理如图所示。它主要由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管、被引射腔和混流管等组成, 有供气口、排气口和真空口。当供气压力与喷管喉部压力的比值大于一定值时,喷管射出超声速射流, 在气体粘性的作用下, 高速射流卷吸被引射腔内的气体, 使该腔中形成一定的真空度。

 普通射流式真空发生器工作原理示意图

图1 普通射流式真空发生器工作原理示意图

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3、结论

  1、提出了利用磁性驱动方案和真空反馈自适应控制方案对真空发生器喷管的有效流通断面积进行自适应调节从而控制真空发生器供气流量的流量自调式真空发生器的总体结构, 并对其进行了试验研究。试验结果证明了该结构方案在满足较短的真空响应时间的前提下可以有效地减少空气消耗量,达到了预期的设计基本要求, 从原理上证明了该方案的可行性。

  2、建立了流量自调式真空发生器的数学模型, 并进行了仿真研究。通过真空度和供气流量的仿真和试验对比结果, 表明了所建立的数学模型是可信的。

  3、研究了弹性系数这一主要设计参数对流量自调式真空发生器工作性能的影响规律。研究结果表明, 弹性系数的选取对真空发生器工作性能的影响很大, 较小的弹性系数容易引起阀芯位移的波动,但真空发生器的极限真空度较高, 较大的弹性系数会使系统运动比较平稳, 但系统的极限真空度较低,且节能效果较差。因此, 设计时应合理确定弹性系数值。

  本文的研究结果对于该型真空发生器进一步优化设计和深入研究打下了很好的基础。

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