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新型流量自调式节能真空发生器的研究

滕燕  
【摘要】: 真空吸取作为气动自动化作业的一种方式,已在气动系统中得到了广泛的应用。射流式真空发生器是局部配置、间歇工作的真空吸取装置的核心元件。但是,普通的射流式真空发生器由于在工作时需要持续定量供气,空气消耗量很大,相应的能量消耗也很大。因此,研究开发一种既能实现真空快速响应,又能降低耗气量的流量自调式真空发生器具有重要的学术意义和实际的应用需求。围绕这一目标,论文在新型流量自调式射流真空发生器的结构、调节元件驱动技术、流场物理模型和数值分析以及试验等关键技术方面进行了深入研究并取得了相应成果。 论文首次提出并实现了一种带可调锥的流量自调式射流真空发生器的新构想,通过调节可调锥的工作位置来调节真空喷管喉部的有效截面积,以实现对供气流量的调节,达到节能的目的。围绕着这一创新构想,研究并实现了流量自调式真空发生器的总体结构,包括可调锥部件、调节驱动部件、气—磁驱动部件等结构,在结构上满足了流量调节和耗气量降低的功能需求。 提出并实现了直接利用真空压力获得驱动力的真空反馈—压差致动的驱动力源技术方案以及分隔式共轴环芯气—磁驱动技术方案,解决了高压腔与常压腔之间因密封需求而带来的非接触式驱动的技术问题。为了合理地确定分隔式气—磁驱动结构的设计参数,建立了气—磁驱动结构的动力学模型,通过理论分析和试验获得了该结构主要设计参数及性能参数间的匹配关系。对分隔式气—磁驱动结构进行的性能测试结果表明,所设计的气—磁驱动结构的磁驱动起动时间约为0.06 s,可以满足流量调节元件对调节时间的要求。 为了获得设置可调锥后流道内流场参数,合理设计新型真空发生器的相关结构参数,对新结构真空发生器气动理论模型进行了研究,并利用计算流体力学的方法对该型真空发生器变截面流道的二维流场进行了深入的分析,获得了变截面流道结构参数以及可调锥工作状态参数对该型真空发生器流道内超音速流场的影响规律,在此基础上对变截面流道结构尺寸和可调锥工作参数进行了改进,仿真和试验结果显示出了理论分析和改进工作的相应成效。 对流量自调式真空发生器进行了原理性验证和基本特性测试,试验结果表明:与普通真空发生器相比在真空产生阶段流量自调式真空发生器具有基本相同的真空响应特性,在真空维持阶段其供气流量明显降低。以真空喷管直径为2mm的流量自调式真空发生器为例,当供气压力为0.55MPa、被抽真空容积为1L时,其真空响应时间约为1.25s,真空维持阶段的供气流量比普通真空发生器节省约14.8%。试验的原型流量自调式真空发生器在真空响应时间和极限真空度方面与目前国际上具有代表性的真空发生器的相应参数大致相当,但耗气量比之有了显著降低,显示出了很好的发展应用前景。所研发的流量自调式射流真空发生器已申请了国家发明专利(专利申请号200610040832.1)。


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