真空泵的氣閥設計研究

          無(wú)論是旋片式真空泵還是往復式真空泵, 氣閥都是非常重要的部件, 它對真空泵運轉的可靠性、經(jīng)濟性有很大的影響。設計好的氣閥不但壽命長(cháng), 運轉可靠, 而且阻力損失小; 設計不好的氣閥, 其流動(dòng)阻力損失可高達軸功率的15% 以上, 且壽命短, 運轉可靠性差。真空泵的氣閥和容積式壓縮機的氣閥很相似, 目前壓縮機的氣閥設計已比較成熟, 可把某些研究成果應用在真空泵的氣閥設計上。

1、氣閥閥片的運動(dòng)規律

         以往復真空泵的進(jìn)氣閥為例, 討論氣閥閥片的運動(dòng)規律。當活塞運行到一定位置時(shí), 氣閥閥片兩側的氣體壓力差超過(guò)氣閥彈簧力, 閥片開(kāi)始啟動(dòng)直到與升程限制器相撞, 此時(shí)閥片產(chǎn)生一個(gè)輕微反彈, 然后閥片在氣流頂推下, 再次改變方向, 回到升程限制器上, 并保持一段時(shí)間, 直到活塞接近止點(diǎn)位置時(shí)運動(dòng)速度下降, 氣缸內外氣體壓力差下降, 閥彈簧力超過(guò)氣流對閥片的頂推力時(shí), 閥片斷開(kāi)始關(guān)閉, 直到最后落到閥座上關(guān)閉。如圖2 所示, 縱座標表示閥片位移h, 橫座標表示曲柄轉角H, 該圖為閥片的正常運動(dòng)規律。

1、閥座 2、閥片 3、彈簧 4、升程限制器

　圖1　氣閥結構示意圖　　　　　圖2　氣閥正常運動(dòng)規律

         如果設計時(shí)氣閥的主要參數選擇不合理, 或者運轉工況遠離了設計工況, 此時(shí)會(huì )出現閥彈簧力過(guò)大或過(guò)小現象。前者造成閥片顫振, 后者造成閥片延遲關(guān)閉, 如圖3 所示。這樣不僅影響真空泵的經(jīng)濟性, 還會(huì )大大降低氣閥的壽命。

2、氣閥閥片運動(dòng)規律的數學(xué)模型及其解

        為了設計出閥片運動(dòng)規律合理的氣閥, 首先建立真空泵氣閥閥片運動(dòng)規律的數學(xué)模型。實(shí)際的進(jìn)排氣過(guò)程是相當復雜的, 為此先作適當的簡(jiǎn)化。

2.1　進(jìn)排氣過(guò)程時(shí)間很短, 可視為絕熱過(guò)程

2.2　氣體狀態(tài)一般小于常壓, 壓力較小, 可視為理想氣體, 比熱為定值

2.3　閥室內無(wú)壓力脈動(dòng)

2.4　閥片只作單自由度的平動(dòng), 且多環(huán)時(shí)各環(huán)運動(dòng)是同步的