真空泵的气阀设计研究

          无论是旋片式真空泵还是往复式真空泵, 气阀都是非常重要的部件, 它对真空泵运转的可靠性、经济性有很大的影响。设计好的气阀不但寿命长, 运转可靠, 而且阻力损失小; 设计不好的气阀, 其流动阻力损失可高达轴功率的15% 以上, 且寿命短, 运转可靠性差。真空泵的气阀和容积式压缩机的气阀很相似, 目前压缩机的气阀设计已比较成熟, 可把某些研究成果应用在真空泵的气阀设计上。

1、气阀阀片的运动规律

         以往复真空泵的进气阀为例, 讨论气阀阀片的运动规律。当活塞运行到一定位置时, 气阀阀片两侧的气体压力差超过气阀弹簧力, 阀片开始启动直到与升程限制器相撞, 此时阀片产生一个轻微反弹, 然后阀片在气流顶推下, 再次改变方向, 回到升程限制器上, 并保持一段时间, 直到活塞接近止点位置时运动速度下降, 气缸内外气体压力差下降, 阀弹簧力超过气流对阀片的顶推力时, 阀片断开始关闭, 直到最后落到阀座上关闭。如图2 所示, 纵座标表示阀片位移h, 横座标表示曲柄转角H, 该图为阀片的正常运动规律。

1、阀座 2、阀片 3、弹簧 4、升程限制器

　图1　气阀结构示意图　　　　　图2　气阀正常运动规律

         如果设计时气阀的主要参数选择不合理, 或者运转工况远离了设计工况, 此时会出现阀弹簧力过大或过小现象。前者造成阀片颤振, 后者造成阀片延迟关闭, 如图3 所示。这样不仅影响真空泵的经济性, 还会大大降低气阀的寿命。

2、气阀阀片运动规律的数学模型及其解

        为了设计出阀片运动规律合理的气阀, 首先建立真空泵气阀阀片运动规律的数学模型。实际的进排气过程是相当复杂的, 为此先作适当的简化。

2.1　进排气过程时间很短, 可视为绝热过程

2.2　气体状态一般小于常压, 压力较小, 可视为理想气体, 比热为定值

2.3　阀室内无压力脉动

2.4　阀片只作单自由度的平动, 且多环时各环运动是同步的