CN103742395A - 一种一级抽气装置的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种一级抽气装置的新的设计方法,涉及一种通过曲柄连杆带动活塞盘往复做功的一种抽气装置的设计方法。本发明通过全新的设计方法合理的确定了腔体盘内径D3、活塞盘直径D、上下腔直径D2等主要尺寸,合理确定隔膜片在活塞运动时对抽气装置内部体积和压力变化的影响,使该抽气装置的设计方法更为合理。以达到便于搬运、安装、检查、保养和维修。根据实施例的一级抽气装置性能满足工艺对流量、最大真空度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种一级抽气装置的设计方法,特别涉及一种通过曲柄连杆带动活塞盘往复做功的一种抽气装置的设计方法。
背景技术
抽气泵,是指具备一进一出的抽气嘴、排气嘴各一个,并且在进口处能够持续形成真空或负压;排气嘴处形成微正压;工作介质主要为气体。抽气泵其工作原理同真空泵工作原理相同,都是电机的圆周运动,通过机械装置使泵内部的隔膜做往复式运动,从而对固定容积的泵腔内的空气进行压缩、拉伸形成真空(负压),在泵抽气口处与外界大气压产生压力差,在压力差的作用下,将气体压(吸)入泵腔,再从排气口排出。正因为抽气口处或者抽排气口可以与外界大气形成压力差,同时不像大型真空泵需要润滑油和真空泵油,不会污染工作介质,而且具有体积小巧、噪音低、免维护,可以连续24小时运转等优点,所以微型真空泵被作为动力装置,广泛用于气体采样、气体循环、真空吸附、加速过滤、汽车真空助力等等场合,在医疗、卫生、科研、环保等领域得到了广泛的应用。目前,现有的关于活塞泵和真空泵的设计并未形成完整的、***的的设计方法,而且现有的设计方法也存在一定的缺陷,并不适用于本发明涉及的抽气装置,主要表现在未考虑隔膜片活塞运动的非刚性变形。
本发明提供一种一级抽气装置的设计方法,旨在解决本发明涉及的抽气装置主要尺寸的确定。
发明内容
本发明考虑隔膜片活塞运动的非刚性变形,以及单向阀平衡状态下体积和压力变化,提出一种一级抽气装置的新的设计方法,旨在解决本发明涉及的抽气装置主要尺寸的合理确定。用本方法设计出来的抽气装置具有结构简单紧凑,体积小,可靠性高,以及良好的自吸性能等特点。
本发明提供的一种一级抽气装置的新的设计方法,通过全新的设计方法合理的确定了腔体盘内径D3、活塞盘直径D、上下腔直径D2等主要尺寸,合理确定隔膜片在活塞运动时对抽气装置内部体积和压力变化的影响,使该抽气装置的设计方法更为合理。
实现上述目的所采用的的技术方案:
在进行抽气装置设计时,其基本性能参数——排出压力P2和流量Q是由用户提供的。
(1)
式中—抽气装置的实际流量,m3/s;
—抽气装置的理论流量,m3/s;
D 2 —上下腔内径,通过实际测绘上下腔内径D 2 =1.12D,m;
L—上下腔高度,m;
M—活塞盘厚度,m;
a—排气临界时活塞盘与上壁面宽度,m;
b—吸气临界时活塞盘与下壁面宽度,m;
t—隔膜片厚度,m;
h—隔膜行程,h=L-(0.5M+0.5t+b)-(a+0.5M-0.5t)=L-(M+a+b), m;
k1—隔膜片刚性系数,k1=0.96;
k2—空气压缩系数,k2=0.91;
由上式可知,要确定,必须确定、、、等与结构有关的参数。此外,在绘制总体方案图时,还需知道吸入管和排出管的内径、,它们也与有关。以上这些参数统称之谓抽气装置的结构参数。但是,、是在确定后确定的,如果在总体设计时预先选定了抽气装置型式和总体结构型式,那么,、即为已知,可预先选取。因此,决定的主要结构参数就是、和。
选取的一般原则是:当抽气装置的排出压力高、流量小、每分钟往复次数n高、液力端余隙容积大、制造精度低且当输送高温、高粘度或低粘度、高饱和蒸汽压的液体介质或介质中含气量大、含有固体颗粒时,应选取较低值;反之,可取较高值。
k D —经验系数,为减小隔膜片直径,通常k D 取1.05~1.2。
3.每分钟往复次数n和行程长度S的选定
4.活塞盘直径的确定
程径比:
6. 抽气装置的理论流量:
(7)
7.排气平衡时活塞盘与腔体间隙a的确定
排气平衡时上腔体积
(8)
式中D 3 —腔体盘内径,通过实际测绘腔体盘内径D 3 =1.08D,m;
此时上腔压力P a 和上腔体积V a 满足:
P a V a =K a (9)
考虑到排气阀门的阻力,P a =k a P 1 ,k a =1.05,P 1 为大气压。
(10)
(11)
8.吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b的确定
(12)
此时上腔压力P b 和上腔体积V b 满足:
P b V b =K b (13)
考虑到排气阀门的阻力,P b =k b P 1 ,k b =1.05,P 1 为大气压。
(14)
9.最大真空度P的确定
排气时下腔的体积Vab
(16)
P ab V ab =K ab (17)
10.吸入和排出管内径d1、d2的选取
通过以上公式确定抽气装置的主要参数,以实现设计的该抽气装置具有结构简单紧凑,体积小,可靠性高,具有良好的自吸性能等特点。
本发明的有益效果是,合理确定隔膜片在活塞运动时对抽气装置内部体积和压力变化的影响,使该抽气装置的设计方法更为合理。以达到便于搬运、安装、检查、保养和维修。根据实施例的一级抽气装置性能满足工艺对流量、最大真空度的要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个一级抽气装置实施例的剖视图。
图2是排气时的平衡状态图。
图3是吸气时的平衡状态图。
图1中: 1、出气口,2、出气口单向阀,3、上盘,4、隔膜片,5、下盘,6、下腔,7、密封圈,8、连杆导向密封体,9、连杆,10、进气口,11、进气口单向阀,12、上腔,13、上下盘紧固螺栓,14、活塞盘紧固螺栓,15、单向连通阀,16、连杆连接螺栓
图2中:上下腔高度L,上腔高度L1,下腔高度L2,活塞盘厚度M,排气临界时活塞盘与上壁面宽度a,隔膜片厚度t,腔体盘内径D 3 。
图3中:吸入管内径d1,排出管内径d2,活塞盘直径D,上下腔内径D 2 ,活塞盘厚度M,吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b。
具体实施方式
本发明的一个一级抽气装置实施例如图1所示结构,图1、图2和图3共同说明本发明提供的设计方法设计的一种一级抽气装置实施例的结构和工作原理。
图1确定了这个实施例一级抽气装置的形状。它与大多数抽气泵一样,隔膜片内外圈分设一个环形凸台,通过隔膜泵上下盘,压紧隔膜片外圈,在上下盘对称布置两个环形凹槽,配合隔膜片外圈凸台在压紧隔膜的同时起到密封作用。上盘设置出气口单向阀,在其外侧添加出气口,下盘设置进气口单向阀,在其外侧添加进气口,进出气口连接进出口管路。活塞盘分为上下两部分,中间位置通过螺栓与连杆连接,上下活塞盘对称布置两个环形凹槽,与隔膜片内圈凸台配合,在活塞盘上设置至少4个螺栓以压紧上下活塞盘及隔膜片内圈同时起到密封作用。上下活塞盘之间至少布置两个单向连通阀,连通隔膜泵上下腔体。在连杆与下盘之间设置密封圈,同时在连杆与驱动机构之间设置导向密封体。
隔膜泵的工作过程:驱动机构驱动连杆上移,连杆带动活塞盘上移,隔膜片产生变形,下腔体积增大,气体压力减小,上腔体积减小,气体压力增大,当上腔压力大于下腔压力,连通阀关闭,当下腔压力与来流气体的压力差大于进气口单向阀的开阀压力时,进气口单向阀打开,气体进入下腔;当上腔压力大于打开出气口单向阀所需的压力时,出气口单向阀打开,上腔气体流出。
驱动机构驱动连杆下移,连杆带动活塞盘下移,隔膜片产生变形,上腔体积增大,气体压力减小,下腔体积减小,气体压力增大,当上腔压力小于出气口压力时,出气口单向阀关闭,当下腔压力大于进气口气体压力时,进气口单向阀关闭,当上下腔压力差大于连通阀开阀压力时,连通阀打开,气体由下腔进入上腔。
在进行抽气装置设计时,其基本性能参数——排出压力P2和流量Q是由用户提供的。
(21)
式中—抽气装置的实际流量,m3/s;
—活塞盘直径,m;
D 2 —上下腔内径,D 2 =1.12D,m;
L—上下腔高度,m;
M—活塞盘厚度,m;
a—排气临界时活塞盘与上壁面宽度,m;
b—吸气临界时活塞盘与下壁面宽度,m;
t—隔膜片厚度,m;
h—隔膜行程,h=L-(0.5M+0.5t+b)-(a+0.5M-0.5t)=L-(M+a+b), m;
k1—隔膜片刚性系数,k1=0.96;
k2—空气压缩系数,k2=0.91;
—抽气装置的联数(活塞盘数);
—活塞盘平均速度,m/s;
由上式可知,要确定,必须确定、、、等与结构有关的参数。此外,在绘制总体方案图时,还需知道吸入管和排出管的内径、,它们也与有关。以上这些参数统称之谓抽气装置的结构参数。但是,、是在确定后确定的,如果在总体设计时预先选定了抽气装置型式和总体结构型式,那么,、即为已知,可预先选取。因此,决定的主要结构参数就是、和。
抽气装置的容积效率与许多因素有关,很难在设计时精确确定。值选取过大,实际抽气装置的将低于予选值,抽气装置的流量也将低于设计值;选取过小,实际抽气装置的将高于予选值,抽气装置的流量也将大于设计值。如果考虑到抽气装置运转后的磨损,一般在选取值时,都要略低些。
选取的一般原则是:当抽气装置的排出压力高、流量小、每分钟往复次数n高、液力端余隙容积大、制造精度低且当输送高温、高粘度或低粘度、高饱和蒸汽压的液体介质或介质中含气量大、含有固体颗粒时,应选取较低值;反之,可取较高值。
2.柱塞平均速度的选择
的大小直接影响抽气装置各运动副零、部件的摩擦和磨损,特别是对隔膜片及其密封这一对运动副的影响尤为显著。不应选择过大。过大,摩擦和磨损严重,特别是当隔膜片及其密封一旦严重磨损,泄露就将增加,流量下降,排出压力也不能达到额定值。也不应选取过小,要获得一定的值,当一经确定,即为确定值。如果选取过小,值必然较大。这样一来,不仅使液力端径向尺寸增加,而且因隔膜力是和成正比的,传动端受力也随之骤增,从而回使抽气装置的总体尺寸和重量增大。
k D —经验系数,为减小隔膜片直径,通常k D 取1.05~1.2。
3.每分钟往复次数n和行程长度S的选定
(5)单缸抽气装置应比多缸泵的值低;
(7)卧式抽气装置应比立式泵的n值低些。
4.活塞盘直径的确定
(2)排出压力大时,取大值;反之取小值。
程径比:
6. 抽气装置的理论流量:
7.排气平衡时活塞盘与腔体间隙a的确定
排气平衡时上腔体积
(28)
式中D 3 —腔体盘内径,D 3 =1.08D,m;
此时上腔压力P a 和上腔体积V a 满足:
P a V a =K a (29)
考虑到排气阀门的阻力,P a =k a P 1 ,k a =1.05,P 1 为大气压。
(30)
(31)
8.吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b的确定
(32)
此时上腔压力P b 和上腔体积V b 满足:
P b V b =K b (33)
考虑到排气阀门的阻力,P b =k b P 1 ,k b =1.05,P 1 为大气压。
(34)
9.最大真空度P的确定
排气时下腔的体积Vab
(36)
P ab V ab =K ab (37)
(38)
10.吸入和排出管内径d1、d2的选取
这两值的选取主要取决于吸入、排出管内径介质的流速和。、过大,水力阻力损失过大,消耗的能量多,抽气装置的吸入性能差,而且容易产生液缸内的空化和汽蚀以及抽气装置的过流量现象;、过小,管路和液力端尺寸较大。在该抽气装置中,通常要限制、值,尤其是值限制更重要。一般取值范围是:=1~2.5 m/s, =1.0~2.8 m/s。取=1.5 m/s,=2.2 m/s。
通过本发明提供一种一级抽气装置的设计方法来调整抽气装置几何参数,吸入管内径d1,排出管内径d2,活塞盘直径D,排气平衡时活塞盘与腔体间隙a,吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b等,使其具有结构简单紧凑,体积小,可靠性高,具有良好的自吸性能等特点,以达到便于搬运、安装、检查、保养和维修。根据实施例的一级抽气装置性能满足工艺对流量、最大真空度的要求。
Claims (11)
1.一种一级抽气装置的设计方法,其特征是,调整一级抽气装置几何参数,吸入管内径d1,排出管内径d2,活塞盘直径D,排气平衡时活塞盘与腔体间隙a,吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b;具体为:
(1)
D 2 —上下腔内径,通过实际测绘上下腔内径D 2 =1.12D,m;
L—上下腔高度,m;
M—活塞盘厚度,m;
a—排气临界时活塞盘与上壁面宽度,m;
b—吸气临界时活塞盘与下壁面宽度,m;
t—隔膜片厚度,m;
h—隔膜行程,h=L-(0.5M+0.5t+b)-(a+0.5M-0.5t)=L-(M+a+b), m;
k1—隔膜片刚性系数,k1=0.96;
k2—空气压缩系数,k2=0.91;
2.k D —经验系数,为减小隔膜片直径,通常k D 取1.05~1.2。
3.—折合成单联单作用抽气装置的有效功率,kw
(6)
(8)
(10)
P a V a =K a (11)
P b V b =K b (12)
P ab V ab =K ab (13)
5.根据权利要求1所述的一种一级抽气装置的设计方法,其特征是,n取60/min。
9.根据权利要求1所述的一种一级抽气装置的设计方法,其特征是,通过实际测绘上下腔内径D 2 =1.12D,通过实际测绘腔体盘内径D 3 =1.08D。
10.根据权利要求1所述的一种一级抽气装置的设计方法,其特征是,排气阀门的阻力系数k a =1.05,k b =1.05。
11.根据权利要求1所述的一种一级抽气装置的设计方法,其特征是,隔膜片刚性系数k1=0.96,空气压缩系数k2=0.91。
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