真空發(fā)生器的工作原理

2012年04月25日 17:12:05人氣：596來源：廣州微卓測控科技有限公司

真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產(chǎn)生負壓的一種新型，，清潔，經(jīng)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(chǎn)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(nèi)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??；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(chǎn)生負壓。故可用增大流速來獲得負壓，產(chǎn)生吸力。

按噴管出口馬赫數(shù)M1（出口流速與當?shù)芈曀僦龋┓诸悾婵瞻l(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zui大吸入流量或zui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(shù)

①空氣消耗量：指從噴管流出的流量qv1。
②吸入流量：指從吸口吸入的空氣流量qv2。當吸入口向大氣敞開時，其吸入流量zui大，稱為zui大吸入流量qv2max。
③吸入口處壓力：記為Pv。當吸入口被*封閉（如吸盤吸著工件），即吸入流量為零時，吸入口內(nèi)的壓力zui低，記作Pvmin。
④吸著響應時間：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(shù)，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zui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zui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。

①zui大吸入流量qv2max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(nèi)（P01=0.4---0.5MPa），qv2max處于zui大值，且隨著P01的變化平緩。

②吸入口處壓力Pv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(nèi)（P01=0.4---0.5MPa），Pv處于zui小值，且隨著Pv1的變化平緩。

③在吸入口吵*封閉的條件下，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(lián)組合在一起。

④擴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。

⑤吸著響應時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。

⑥真空發(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(chǎn)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。

⑦有時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(shù)，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。

3.2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(lián)，如圖所示，吸入流量將再增加一倍。

4 結(jié)束語

4.1 真空發(fā)生器是一種小巧而經(jīng)濟的真空產(chǎn)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(xiàn)機械的高速化和自動化，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：真空發(fā)生器發(fā)生器機器人

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