真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產(chǎn)生負(fù)壓的一種新型,高效,清潔,經(jīng)濟(jì),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(fù)壓的地方獲得負(fù)壓變得十分容易和方便.真空發(fā)生器廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化中機(jī)械,電子,包裝,印刷,塑料及機(jī)器人等領(lǐng)域.真空發(fā)生器的傳統(tǒng)用途是吸盤配合,進(jìn)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(yīng)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.
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.由流體力學(xué)可知,對于不可壓縮空氣氣體(氣體在低速進(jìn),可近似認(rèn)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,流速減小;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(yīng)的壓力,Pa
v1,v2----截面A1,A2處相應(yīng)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(dāng)v2>>v1時,P1>>P2.當(dāng)v2增加到一定值,P2將小于一個大氣壓務(wù),即產(chǎn)生負(fù)壓.故可用增大流速來獲得負(fù)壓,產(chǎn)生吸力.
按噴管出口馬赫數(shù)M1(出口流速與當(dāng)?shù)芈曀僦?分類,真空發(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(kuò)張形噴管(即Laval噴嘴).為了得到最大吸入流量或最高吸入口處壓力,真空發(fā)生器都設(shè)計成超聲速噴管型.
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)
?、倏諝庀牧?指從噴管流出的流量qv1.
?、谖肓髁?指從吸口吸入的空氣流量qv2.當(dāng)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(dāng)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(nèi)的壓力最低,記作Pvmin.
?、芪憫?yīng)時間:吸著響應(yīng)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(dá)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最小直徑,收縮和擴(kuò)散管的形狀,通徑及其相應(yīng)位置和氣源壓力大小等諸多因素有關(guān).
?、僮畲笪肓髁縬v2max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處于最大值,且隨著P01的變化平緩.
?、谖肟谔帀毫v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處于最小值,且隨著Pv1的變化平緩.
?、墼谖肟诔惩耆忾]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(guān)系如圖3所示.為獲得較為理想的吸入口處壓務(wù)與吸入流量的匹配關(guān)系,可設(shè)計成多級真空發(fā)生器串聯(lián)組合在一起.
?、軘U(kuò)散管的長度應(yīng)保證噴管出口的各種波系充分發(fā)展,使擴(kuò)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(kuò)散管直管道的出口加一個擴(kuò)張角為6°---8°的擴(kuò)張段.
?、菸憫?yīng)時間與吸附腔的容積有關(guān)(包括擴(kuò)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(guān).對一定吸入口處壓力要求來說,若吸附腔的容積越小,響應(yīng)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(yīng)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(yīng)越大.
⑥真空發(fā)生器在滿足使用要求的前提下應(yīng)減小其耗氣量(L/min),耗氣量與壓縮空氣的供給壓力有關(guān),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(wù)值勤的大小時要注意系統(tǒng)的供給壓力與耗氣量的關(guān)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(yīng)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(bǔ)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(dāng)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(dāng)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.
