氣動(dòng)增壓泵研究

陳洪山

摘要：增壓泵的主要用途就是用來增加氣壓，其主要用于熱水器加壓、洗浴加壓、高樓低水加壓、建筑最上層水壓不足的加壓、太陽能加壓等。氣動(dòng)增壓泵所包含的種類比較多，增壓形式也是多種多樣，其中比較常用的氣動(dòng)增壓泵有管道增壓泵、氣動(dòng)增壓泵和氣液增壓泵。本文對(duì)氣動(dòng)增壓泵結(jié)構(gòu)組成、特點(diǎn)、控制方式和節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)增壓泵；節(jié)能；控制；高壓

引言

氣動(dòng)增壓泵也稱作氣動(dòng)增壓器、氣動(dòng)增壓機(jī)和氣動(dòng)增壓閥。氣動(dòng)增壓泵起源于美國(guó)，當(dāng)時(shí)主要利用氣動(dòng)增壓泵來發(fā)展航空行業(yè)，主要用于航空元器件的測(cè)試，測(cè)試要求極為嚴(yán)格，因此對(duì)于氣動(dòng)增壓泵的研究力度較大。近些年，科研人員研究出了功能更加完善、種類更多的氣動(dòng)增壓泵，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸增多，并產(chǎn)生了氣動(dòng)增壓泵相關(guān)產(chǎn)品。氣動(dòng)增壓泵在面積較大的活塞端的氣體驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生小面積的活塞端流體，憑借其操作簡(jiǎn)便、可調(diào)性強(qiáng)和無污染等優(yōu)勢(shì)，得到了我國(guó)很多領(lǐng)域的認(rèn)可和好評(píng)。

1氣動(dòng)增壓泵結(jié)構(gòu)組成

氣動(dòng)增壓泵結(jié)構(gòu)分為三部分，分別是液壓部分、空氣循環(huán)閥部分和氣體部分，下面分別對(duì)這三個(gè)部分進(jìn)行介紹：

1.1液壓部分

氣動(dòng)增壓泵液壓裝置中的活塞和沖桿連接在一起，這些部件組合到一起后被稱作液壓部分，液壓部分的下端被裝入液壓裝置的殼體中。液壓部分的直徑?jīng)Q定了泵的壓縮比、輸出流量和最大壓力。液壓部分的作用是：利用進(jìn)口控制閥吸入液體，并通過較大的壓力，使液體從出口控制閥中流出。液壓裝置中的彈簧止回閥主要用于控制液體進(jìn)出。液壓裝置中的活塞或者沖桿吸入沖程狀態(tài)下，進(jìn)口控制閥打開，出口控制閥關(guān)閉，此時(shí)液體引入泵中。當(dāng)液壓裝置的活塞或者沖桿處于升壓沖程狀態(tài)時(shí)，進(jìn)口控制閥關(guān)閉，活塞和沖桿利用出口控制閥使液體排出。

1.2氣體循環(huán)閥

氣動(dòng)增壓泵的氣體循環(huán)閥主要由控制器和柱塞組成，其主要通過位置狀態(tài)，使壓縮空氣流到氣體活塞端。氣體活塞在沖程上端和下端推動(dòng)控制閥，對(duì)循環(huán)閥進(jìn)行換氣和交替增壓，促使氣流向活塞做往返運(yùn)動(dòng)，并以此循環(huán)。在這一過程中通過排汽消聲器來把空氣從泵中排出。

1.3氣體部分

這一部分主要用于：當(dāng)壓縮空氣被送入氣動(dòng)裝置時(shí)，迫使活塞進(jìn)入壓縮沖程，然后空氣驅(qū)動(dòng)活塞返回進(jìn)行吸入沖程。

2氣動(dòng)增壓泵特點(diǎn)

氣動(dòng)增壓泵的工作頻率和排氣能力會(huì)受到吸氣壓強(qiáng)、排氣壓強(qiáng)和壓縮空氣壓強(qiáng)影響。要想增加氣動(dòng)增壓泵的排氣能力和工作效率，就要提高吸氣壓強(qiáng)和壓縮空氣壓強(qiáng)，降低排氣壓強(qiáng)。相反的，增加排氣壓強(qiáng)和減少吸氣壓強(qiáng)、壓縮空氣壓強(qiáng)，能減少氣動(dòng)增壓泵排氣能力和工作效率?？傮w來說，氣動(dòng)增壓泵具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：其一，壓縮空氣壓強(qiáng)和停機(jī)壓強(qiáng)呈正比關(guān)系，所以調(diào)節(jié)停機(jī)壓強(qiáng)，就能使驅(qū)動(dòng)空氣壓強(qiáng)隨之發(fā)生變化；其二，氣動(dòng)增壓泵能夠不間斷和長(zhǎng)時(shí)間的控制在停機(jī)壓強(qiáng)狀態(tài)，這種狀態(tài)下消耗的能量較少，不會(huì)導(dǎo)致溫度升高的情況；

3氣動(dòng)增壓泵單片晶圓清洗的控制方式

在集成電路和半導(dǎo)體器件中，經(jīng)常以硅片作為基底材料，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，去離子水和某些化學(xué)也需要手動(dòng)供給。氣動(dòng)增壓泵通過壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，泵的驅(qū)動(dòng)空氣壓力隨著輸出壓力的增大而增大，輸出壓力能夠在調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)空氣壓力下，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)，在本系統(tǒng)中應(yīng)用的是電氣比例閥調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)空氣壓力，從而有效的對(duì)控制泵輸出壓力和流量進(jìn)行控制，最終使輸出壓力和流量能夠直接在顯示屏上顯示，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。（氣動(dòng)增壓泵控制原理如下圖1）

4氣動(dòng)增壓泵節(jié)能設(shè)計(jì)

4.1單行程供氣節(jié)能方案設(shè)計(jì)

氣體增壓泵不管是在吸氣行程還是在壓縮行程中，都供給氣體。但是在壓縮行程中做功，而在吸氣行程中不做功，沒有負(fù)載。另外，被增加壓力的氣體在吸氣行程中，進(jìn)入增壓腔之后會(huì)對(duì)增壓活塞產(chǎn)生推力，所以能夠在吸氣行程中，不給增壓泵提供驅(qū)動(dòng)氣體，只需要通過進(jìn)氣對(duì)增壓活塞的推力完成吸氣行程。所以，對(duì)原來的增壓泵進(jìn)行新型閥芯設(shè)計(jì)，促使驅(qū)動(dòng)氣體在壓縮行程中，進(jìn)入驅(qū)動(dòng)無桿腔完成壓縮行程。在吸氣行程中，使驅(qū)動(dòng)氣源終止，只憑借增壓端進(jìn)氣推力，完成驅(qū)動(dòng)吸氣行程，這就是單行程供氣，這一設(shè)計(jì)能夠降低吸氣行程中消耗的驅(qū)動(dòng)氣體。（單行程供氣節(jié)能型增壓泵原理如圖2所示）

4.2單行程供氣節(jié)能測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為考查改進(jìn)閥芯增壓泵的節(jié)能及耐低溫性能，進(jìn)行了高壓氣瓶補(bǔ)氣試驗(yàn)，并與普通閥芯在同條件下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)回路如圖3所示。

試驗(yàn)條件：進(jìn)氣瓶初始?jí)毫Ψ謩e為5、8和12MPa；高壓氣瓶初始?jí)毫?6.5MPa，增壓至18.1MPa，驅(qū)動(dòng)壓力0.6MPa，驅(qū)動(dòng)流量600L/min，設(shè)定環(huán)境溫度為-40℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩閥芯補(bǔ)氣試驗(yàn)的進(jìn)排氣曲線近乎重合；可明顯看出，使用改進(jìn)閥芯，省氣率在30%以上。

結(jié)語

增壓泵在保證氣體高壓方面有重要作用，在高壓出口處裝上氣瓶，可以起到儲(chǔ)存和緩沖作用。相信，隨著氣動(dòng)增壓泵設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷提高，其使用壽命、增壓能力、可通過的化學(xué)液種類等其應(yīng)用的制約因素也將不斷改善，其應(yīng)用場(chǎng)合范圍也會(huì)越來越廣闊。

參考文獻(xiàn)

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