真空發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,使吸附腔內的壓力降至大氣壓以下,形成一定真空度.
如圖1所示.
由流體力學可知,對於不可壓縮空氣氣體(氣體在低速進,可近似認為是不可壓縮空氣)的連續性方程
A1v1= A2v2
式中A1,A2----管道的截麵麵積,m2
v1,v2----氣流流速,m/s
由上式可知,截麵增大,流速減小;截麵減小,流速增大.
對於水平管路,按不可壓縮空氣的伯努裡理想能量方程為
P1+1/2ρv12=P2+1/2ρv22
式中P1,P2----截麵A1,A2處相應的壓力,Pa
v1,v2----截麵A1,A2處相應的流速,m/s
ρ----空氣的密度,kg/m3
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將小於一個大氣壓務,即產生負壓.故可用增大流速來獲得負壓,產生吸力.
筆者認為對真空發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.
參數
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,其吸入流量最大,稱為最大吸入流量qv2max.
③吸入口處壓力:記為Pv.當吸入口被完全封閉(如吸盤吸著工件),即吸入流量為零時,吸入口內的壓力最低,記作Pvmin.
④吸著響應時間:吸著響應時間是表明真空發生器工作性能的一個重要參數,它是指從換向閥打開到系統回路中達到一個必要的真空度的時間.
因素
真空發生器的性能與噴管的最小直徑,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.
①最大吸入流量qv2max的特性分析:較為理想的真空發生器的qv2max特性,要求在常用供給壓力范圍,qv2max處於最大值,且隨著P01的變化平緩.
②吸入口處壓力Pv的特性分析:較為理想的真空發生器的Pv特性,要求在常用供給壓力范圍內(P01=0.4---0.5MPa),Pv處於最小值,且隨著Pv1的變化平緩.
③在吸入口處完全封閉的條件下,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力與吸入流量的匹配關系,可設計成多級真空發生器串聯組合在一起.
④擴散管的長度應保證噴管出口的各種波系充分發展,使擴散管道出口截麵上能獲得近似的均勻流動.但管道過長,管壁摩擦損失增大.一般管道長為管徑的6---10倍較為合理.為瞭減少能量損失,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),吸附表麵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,表麵泄漏量越小,則吸著響應時間亦越短;若吸附容積大,且吸著速度要快,則真空發生器的噴嘴直徑應越大.
⑥真空發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,則真空發生器的耗氣量越大.因此在確定吸入口處壓力值的大小時要註意系統的供給壓力與耗氣量的關系,一般真空發生器所產生的吸入口處壓力在20kPa到10kPa之間.此時供表壓力再增加,吸入口處壓力也不會再降低瞭,而耗氣量卻增加瞭.因此降低吸入口處壓力應從控制流速方麵考慮.
⑦有時由於工件的形狀或材料的影響,很難獲得較低的吸入口處壓力,由於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.由於很難知道泄漏時的有效截麵積,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.由於很難知道泄漏時的有效截麵積,可以通過一個簡單的試驗來確定泄漏量.試驗回路由工件,真空發生器,吸盤和真空表組成,由真空表的顯示讀數,再查真空發生器的性能曲線,可很容易知道泄漏量的大小.
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