HWZ-4型往复活塞式无油真空泵工作过程的模拟

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1、HWZ一4型往复活塞式无油真空泵工作过程的模拟徐成海楚志高张世伟王鑫f东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110004)摘要：本文介绍HWZ一4型往复活塞式无油真空泵的的设计性能指标，结构特点，绘出模拟其工作过程的程序框图，并给出最后一级吸排气阀片厚度的优化结果。1引言往复活塞式无油真空泵是干式泵家族中成员之一，广泛应用于冶金、电子、化工、食品和医药生产等工业领域。这种泵的优点是结构简单、容易加工制造、动平衡性好、便于维修；缺点是活塞与气缸之间有摩擦磨损、吸排气阀容易损坏、气缸内有死空间，影响抽速和极限真空度。国内外对往复活塞式无油真空泵的研究和生产情况见表1。本次设计的HWZ一4型往复

2、活塞式无油真空泵的主要性能参数为：抽速41／s，极限真空度1Pa，压缩比1X105。2结构设计HWZ一4型无油真空泵的结构如图1所示。采用三级四腔式结构。工作过程是由电机带动主轴转动，主轴带动偏心轮转动，偏心轮传动机构带动活塞在气缸内形成往复运动，通过改变气缸内工作容积来导致气缸内气体压强的变化，形成吸气、压缩、排气、膨胀四个过程。在吸排气过程中，吸排气阀各工作1次。如果在排气刚开始时，气体从第一级双缸内排出压力较高，可打开辅助排气阀，直接向大气排气。当压力低到一定程度时，辅助排气阀不能被打开，而通过第二级和第三级吸排气。一25—表1国内外无油往复活塞真空泵一览表极限排气电机生产抽数功

3、率主要典型研制者型号真空度压力转数厂家(1／s)(k-)特点用途(Pa)(r／min)由CRISO室Varian133／2667S／6251000／1200垒无油／尺寸小，重半导体业／高能物理实(美)量轻／使用方便／运胃盘／医疗食品／生物武器(89年)行费用低／易于雒／g"品／前级泵等惨同上DVPl000133／26615／l2171000／1200同上(美89年)SBoz(Zt)PuhTech单缸226333025全无油／结构紧凑／周上Inc(日)双缸串433l6运行费用低／一千0027双缸5fi626缸上实现三级压缩并226／易于管理与维恬美密西根480010130006卜52一机

4、两用．即可当电缆加3：／轮胎充气／饮真空泵用，又可当斟分类／气动温度控制／压缩机用蚜束喷洒／喷漆何壁升上海真空泵46fi0101300半无油／卧式／结构米形成正规产品r(83舡、复杂．体积大／真空窿低／功耗大王乐勤_L-50温州工业泵半无油／立式／水用于低真空场合，如真厂(89年)降．国内第一扶生空包装，真空吸痍机．产，结构复杂．性真空吸尘器能不稳金永熙LVP_100器兴特种泵lOl300主轴半无油／立式／水狰化工／医疗／食品／拔工LVP_200厂(93年)转速／在结构和性能上业／抟冻业／电器业措博真空设375都进行大量的改进备厂(94年)工作．因而性能鞍圩．但功耗大，鲒掏繁琐张志成个

5、人专利lgl3004电机与主轴全无油／水7争／左右化工业／食品工业／医疗(98年初)．直联孔捧气／暖气阀寡等初低真空环境无产品鉴定用胶质。因此阀的寿命、泵的稳定性难以保证东大真空教研组HZ}4鞍山无油空520101300主轴转速全无油／空狰／v璀怍为输送泵用：棱领域，压机600151950无十字头／结构紧比工处理有毒副作用气700202600凑／稳定性好，并一体等，此外可用泵两用(真空泵、真空输送泵)-26．本设计采用双阀系统，其结构如图2所示。在较高的吸气压力下吸气阀片5靠压力差打开，随着抽气过程的进行，缸内气体压力降低，靠压差很难打开吸气阀片，这时通过气缸中活塞末端常开的窄小气道3

6、进气。当气缸内压力低到打不开排气阀时，活塞2顶端设置有橡胶阀杆7，将排气阀片6强行顶开，采用吸排气的双阀系统，真空泵的真空度得到提高。本泵采用偏心凸轮机构来实现主轴的旋转运动转化为活塞的直线运动，从而避免了曲轴的加工，曲柄轴的加工难度及成本很高。从这角度来看本泵更经济些，便于安装调试。相对列活塞相向运动的对动式结构，其动力平衡性能很好，并因为相对列的作用力能全部或部分的互相抵消，使主轴仅受相对列力矩转化的力，故轴承受力情况改善。品霉盖5警舞蒙霎：I干Rj}；篓驴芎叁娶鲁l泵体2活塞3窄小气道4泵盖阀片连杆小头6活塞销7密封阀1mm‘∞

7、。乍1、L坦4录盂8泵体9活塞lO连杆大头11轴座

8、5吸气阀片6排气阀片7橡胶阀杆!；螺堡一13她。!曼平键．1．5．鎏孳匀轴承图2Hwz一4型往复式无油16排气气j7气镇勉点：jl墓声封一真空泵翥；玉蚕i～⋯HWZ-4图1结构示意图“2“““4“设计中采用两道组合活塞环的结构，减少了吸排气过程中活塞两侧气体的一27．泄漏，有利于提高抽速和真空度。3工作过程的模拟往复式无油真空泵的工作过程的数学模型，由能量平衡方程式、汽缸内气体容积变化方程式、气体流经吸气阀时的质量流量方程式、气体流经排气阀时的