CN103742395A - 一种一级抽气装置的设计方法 - Google Patents

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CN103742395A CN201310744744.XA CN201310744744A CN103742395A CN 103742395 A CN103742395 A CN 103742395A CN 201310744744 A CN201310744744 A CN 201310744744A CN 103742395 A CN103742395 A CN 103742395A
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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

一种一级抽气装置的设计方法
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、系统的的设计方法，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。
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE002
  
     
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE004
  
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE006
                                            (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；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE012
—抽气装置的容积效率；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE014
—活塞盘截面积，㎡；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE016
—活塞盘直径，m；
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；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE018
—活塞盘行程长度，m；
k1—隔膜片刚性系数，k1=0.96；
k2—空气压缩系数，k2=0.91;
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE020
—活塞盘的每分钟往复次数,spm；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE022
—抽气装置的联数（活塞盘数）；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE024
—系数，
（
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE028
——活塞盘连杆截面积，㎡），单作用抽气装置，
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE034
—活塞盘平均速度，m/s；
由上式可知，要确定
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE008A
，必须确定
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE020A
、
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE018A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
、
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE022A
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
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
有关。以上这些参数统称之谓抽气装置的结构参数。但是，
Figure DEST_PATH_IMAGE036A
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038A
是在
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE022AA
、
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE024A
即为已知，可预先选取。因此，决定
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAA
的主要结构参数就是
Figure DEST_PATH_IMAGE020AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
。
由该抽气装置的设计实践经验得知，为了确定
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
组合的最佳方案，一般应选择合适的
Figure DEST_PATH_IMAGE041
入手，而后再确定,进而再比较
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，由此而逐步确定组合的最佳方案。
1. 抽气装置容积效率
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE012AA
的选择
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE012AAA
选取的一般原则是：当抽气装置的排出压力
Figure DEST_PATH_IMAGE045
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，
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE012AAAA
应选取较低值；反之，可取较高值。
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAA
的一般取值范围是：当输送常温清水时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAA
=0.78～0.97；当输送石油产品、热水、液化烃等介质时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAA
=0.55～0.78；当输送空气时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAA
=0.25～0.55。
2.柱塞平均速度
Figure DEST_PATH_IMAGE041A
的选择
为了提供
Figure DEST_PATH_IMAGE041AA
的定量选取范围，对目前已经投入生产的若干常见抽气装置型
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAA
进行了统计和分析，得到了以下的经验公式。由统计可知，
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAA
大小主要与折合成单联单作用抽气装置的有效功率
Figure DEST_PATH_IMAGE050
有关，即：    
                         
Figure DEST_PATH_IMAGE052
                         (2)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAA
—活塞平均速度，m/s
Figure DEST_PATH_IMAGE054
—统计系数，K t 取0.15~0.6。
k D —经验系数，为减小隔膜片直径，通常k D 取1.05~1.2。
Figure DEST_PATH_IMAGE050A
—折合成单联单作用抽气装置的有效功率，kw
      
Figure DEST_PATH_IMAGE050AA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE056
≈
Figure DEST_PATH_IMAGE058
              (3)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAA
—抽气装置的流量，L/min，当选取um时，可近似带入理论流量
Figure DEST_PATH_IMAGE061
；
Figure DEST_PATH_IMAGE045A
—抽气装置的排出压力，kgf/cm2；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
—抽气装置的吸入压力，kgf/cm2，当>>或
Figure DEST_PATH_IMAGE064AA
为常压时，全压力
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAA
-
Figure DEST_PATH_IMAGE064AAA
≈
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAAA
；
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAA
—抽气装置的联数（隔膜片数）；
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE024AA
—系数，
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE026A
对于单作用抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
=1，
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE024AAA
=0，对双作用抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE072A
<1，0<
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAA
<1；
3.每分钟往复次数n和行程长度S的选定
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAA
选定后，隔膜片直径即为确定值。但因
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAA
/30，所以，必须再确定一个
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAA
或
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAA
，才能最后确定
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAA
的组合方案。此时可先选取，尔后再确定
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAA
。
抽气装置的冲次
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAA
的一般取值范围n=20～100/min，提高n是减小抽气装置尺寸和重量的最有效途径，同时为了更好地提高抽气装置的吸入性能，n建议取60/min。
根据
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAA
= 得
        
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE084
                            (4)
4.活塞盘直径的确定
   
Figure DEST_PATH_IMAGE088
                      (5)
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAAA
值应按国家规定标准尺寸序列圆整。
5.程径比
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE091
的选择
Figure DEST_PATH_IMAGE043A
值的一般取值范围是=1.2～3.2。当n值很高时，有的取
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAA
=0.7~1.2；对于高压或超高压抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAA
值可能大到Ψ=5～10。
程径比: 
        
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE094
                                   (6)
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
Figure DEST_PATH_IMAGE098
Figure DEST_PATH_IMAGE100
Figure DEST_PATH_IMAGE102
                                                        (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。
Figure DEST_PATH_IMAGE104
                                                     (10)
Figure DEST_PATH_IMAGE106
                                                     (11)
8.吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b的确定
Figure DEST_PATH_IMAGE110
                                            (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。
Figure DEST_PATH_IMAGE112
                                          (14)
Figure DEST_PATH_IMAGE114
                                                 (15)
9.最大真空度P的确定
排气时下腔的体积Vab
Figure DEST_PATH_IMAGE116
                                       (16)
P ab V ab =K ab                                          (17)
Figure DEST_PATH_IMAGE118
                            (18)
10.吸入和排出管内径d1、d2的选取
在该抽气装置中，通常要限制
Figure DEST_PATH_IMAGE120
、值，尤其是值限制更重要。一般取值范围是：=1～2.5 m/s, 
Figure DEST_PATH_IMAGE122A
=1.0～2.8 m/s。取
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAA
=1.5 m/s,
Figure DEST_PATH_IMAGE122AA
=2.2 m/s。
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAA
选定后，
Figure DEST_PATH_IMAGE036AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038AA
即可确定：
    
Figure DEST_PATH_IMAGE036AAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE126
                          (19)
    
Figure DEST_PATH_IMAGE038AAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE128
                          (20)
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。
  
     
Figure DEST_PATH_IMAGE130
  
Figure DEST_PATH_IMAGE134
Figure DEST_PATH_IMAGE136
Figure DEST_PATH_IMAGE138
Figure DEST_PATH_IMAGE139
                                          (21)
式中—抽气装置的实际流量，m3/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
—抽气装置的理论流量，m3/s；
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAA
—抽气装置的容积效率；
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
—活塞盘截面积，㎡；
—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；
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAA
—活塞盘行程长度，m；
k1—隔膜片刚性系数，k1=0.96；
k2—空气压缩系数，k2=0.91;
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAA
—活塞盘的每分钟往复次数,spm；
—抽气装置的联数（活塞盘数）；
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAAA
—系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AA
（ ——活塞盘连杆截面积，㎡），单作用抽气装置
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
；
—活塞盘平均速度，m/s；
由上式可知，要确定
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAA
，必须确定
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAAA
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
Figure DEST_PATH_IMAGE036AAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038AAAA
，它们也与
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAA
有关。以上这些参数统称之谓抽气装置的结构参数。但是，
Figure DEST_PATH_IMAGE036AAAAA
、是在
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAAA
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAAAA
即为已知，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAA
可预先选取。因此，决定
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAAAA
的主要结构参数就是
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAAA
和。
由该抽气装置的设计实践经验得知，为了确定
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAAAA
、组合的最佳方案，一般应选择合适的
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAA
入手，而后再确定
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAA
,进而再比较
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAA
，由此而逐步确定组合的最佳方案。
1. 抽气装置容积效率
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAA
的选择
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。
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAA
值选取过大，实际抽气装置的
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAA
将低于予选值，抽气装置的流量也将低于设计值；
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAA
选取过小，实际抽气装置的
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAA
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
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAA
值时，都要略低些。
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAAA
选取的一般原则是：当抽气装置的排出压力
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAAAA
高、流量
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAAAAA
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAAAA
应选取较低值；反之，可取较高值。
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
的一般取值范围是：当输送常温清水时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
=0.78～0.97；当输送石油产品、热水、液化烃等介质时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
=0.55～0.78；当输送空气时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
=0.25～0.55。
2.柱塞平均速度的选择
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAA
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。
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAA
不应选择过大。
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAA
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。
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAA
也不应选取过小，要获得一定的
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAAAAAA
值，当
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAA
一经确定，
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAAAAAAAA
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
Figure DEST_PATH_IMAGE144
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。
为了提供
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAAAA
的定量选取范围，对目前已经投入生产的若干常见抽气装置型
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAAAAA
进行了统计和分析，得到了以下的经验公式。由统计可知，
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAAAAAA
大小主要与折合成单联单作用抽气装置的有效功率
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAA
有关，即：    
                         
Figure 778081DEST_PATH_IMAGE052
                      (22)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
—活塞平均速度，m/s
Figure DEST_PATH_IMAGE054A
—统计系数，K t 取0.15~0.6。
k D —经验系数，为减小隔膜片直径，通常k D 取1.05~1.2。
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAAA
—折合成单联单作用抽气装置的有效功率，kw
      =
Figure DEST_PATH_IMAGE056A
≈            (23)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAAAAAAA
—抽气装置的流量，L/min，当选取um时，可近似带入理论流量
Figure DEST_PATH_IMAGE061A
；
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAAAAA
—抽气装置的排出压力，kgf/cm2；
Figure DEST_PATH_IMAGE064AAAA
—抽气装置的吸入压力，kgf/cm2，当
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAAAAAA
>>
Figure DEST_PATH_IMAGE064AAAAA
或为常压时，全压力
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAAAAAAA
-
Figure DEST_PATH_IMAGE064AAAAAAA
≈
Figure DEST_PATH_IMAGE045AAAAAAAAA
；
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAAAAA
—抽气装置的联数（隔膜片数）；
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAAAAA
—系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AAA
对于单作用抽气装置，=1，
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAAAAAA
=0，对双作用抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE072AAA
<1，0<
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAAAAAAA
<1；
3.每分钟往复次数n和行程长度S的选定
选定后，隔膜片直径即为确定值。但因
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
= /30，所以，必须再确定一个或，才能最后确定
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAAAAAAAAAA
的组合方案。此时可先选取
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAA
，尔后再确定
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAAAAAAAA
。
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值选取的一般原则：
（1）隔膜式抽气装置要比活塞式取较低的
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值； 
（2）吸入性能要求高的抽气装置，应取较低的
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值；反之可取较高的
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值。因为，提高抽气装置吸入性能虽然有许多途径，但最有效的途径还是降低
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值；
（3）活塞直径大，程径比
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAA
大，连杆比
Figure DEST_PATH_IMAGE146
大的，
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
应取低值；反之，可取较高值；
（4）直接作用抽气装置应比机动泵的
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值低；
（5）单缸抽气装置应比多缸泵的值低；
（6）短期、间断性工作的抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
可高些；长期、连续工作的泵，
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值应低些；
（7）卧式抽气装置应比立式泵的n值低些。
抽气装置的冲次
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
的一般取值范围n=20～100/min，提高n是减小抽气装置尺寸和重量的最有效途径，同时为了更好地提高抽气装置的吸入性能，n建议取60/min。
根据
Figure DEST_PATH_IMAGE041AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE081A
 得
        
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAAAAAAAAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE084A
                        (24)
4.活塞盘直径的确定
   
Figure DEST_PATH_IMAGE088A
                   (25)
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAAAAAAAAAAAA
值应按国家规定标准尺寸序列圆整。
5.程径比
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE091A
的选择
值反映了抽气装置机组总体宽度和长度的关系，
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAA
值大，总体则窄而长；
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAAA
值小，总体则宽而短。可见
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAAAA
值选取得当，会使总体尺寸长、宽适称，外形美观且得到尺寸小，重量轻的综合效果。
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAAAAA
值选取的一般原则：
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
值高时，取较小值；反之取较大值；
（2）排出压力大时，取大值；反之取小值。
值的一般取值范围是
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAAAAAAAAA
=1.2～3.2。当n值很高时，有的取
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAAAAAAAAAA
=0.7~1.2；对于高压或超高压抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE043AAAAAAAAAAAAAAAAA
值可能大到Ψ=5～10。
程径比: 
        
Figure 201310744744X100002DEST_PATH_IMAGE094A
                                (26)
6. 抽气装置的理论流量：
     
Figure 242995DEST_PATH_IMAGE096
      (27)
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
Figure 482346DEST_PATH_IMAGE098
Figure 167723DEST_PATH_IMAGE102
                                                     (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。
Figure 475207DEST_PATH_IMAGE104
                                               (30)
                                               (31)
8.吸气平衡时活塞盘与腔体间隙b的确定
Figure 536759DEST_PATH_IMAGE108
Figure 145595DEST_PATH_IMAGE110
                                        (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)
Figure 205135DEST_PATH_IMAGE114
                                              (35)
9.最大真空度P的确定
排气时下腔的体积Vab
Figure 612239DEST_PATH_IMAGE116
                                     (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
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAA
。
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAAA
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；
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAAAA
过小，管路和液力端尺寸较大。在该抽气装置中，通常要限制、
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAAAAA
值，尤其是
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAAAAAA
值限制更重要。一般取值范围是：
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAAAAAAA
=1～2.5 m/s, 
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAAAAAA
=1.0～2.8 m/s。取
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAAAAAAAA
=1.5 m/s,
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAAAAAAA
=2.2 m/s。
Figure DEST_PATH_IMAGE120AAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE122AAAAAAAAAA
选定后，
Figure DEST_PATH_IMAGE036AAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038AAAAAA
即可确定：
    
Figure DEST_PATH_IMAGE036AAAAAAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE126A
                           (39)
    
Figure DEST_PATH_IMAGE038AAAAAAA
=
Figure DEST_PATH_IMAGE128A
                           (40)
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：
  
     
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE004
  
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE006
                                               (1)
式中
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE008
—抽气装置的实际流量，m3/s；
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE010
—抽气装置的理论流量，m3/s；
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE012
—抽气装置的容积效率；
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE014
—活塞盘截面积，㎡；
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE016
—活塞盘直径，m；
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；
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE018
—活塞盘行程长度，m；
k1—隔膜片刚性系数，k1=0.96；
k2—空气压缩系数，k2=0.91;
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE020
—活塞盘的每分钟往复次数,spm；
Figure 201310744744X100001DEST_PATH_IMAGE022
—抽气装置的联数（活塞盘数）；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
—系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
（
Figure DEST_PATH_IMAGE028
——活塞盘连杆截面积，㎡），单作用抽气装置
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure DEST_PATH_IMAGE034
—活塞盘平均速度，m/s；
                     
Figure DEST_PATH_IMAGE036
                          (2)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE038
—统计系数，K t 取0.15~0.6。
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
       
Figure DEST_PATH_IMAGE040A
=
Figure DEST_PATH_IMAGE042
≈
Figure DEST_PATH_IMAGE044
              (3)
式中—抽气装置的流量，L/min，当选取um时，可近似带入理论流量
Figure DEST_PATH_IMAGE047
；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
—抽气装置的排出压力，kgf/cm2；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
—抽气装置的吸入压力，kgf/cm2，当
Figure DEST_PATH_IMAGE049A
>>或
Figure DEST_PATH_IMAGE051AA
为常压时，全压力
Figure DEST_PATH_IMAGE049AA
-
Figure DEST_PATH_IMAGE051AAA
≈
Figure DEST_PATH_IMAGE049AAA
；
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
—抽气装置的联数（隔膜片数）；
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
—系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
对于单作用抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
=1，
Figure DEST_PATH_IMAGE024AA
=0，对双作用抽气装置，
Figure DEST_PATH_IMAGE059A
<1，0<
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAA
<1；
               
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
=
Figure DEST_PATH_IMAGE065
                         (4)
         
Figure DEST_PATH_IMAGE067
                      (5)               
                                          (6)
   
Figure DEST_PATH_IMAGE071
           (7)
    
Figure DEST_PATH_IMAGE073
                                                     (8)
Figure DEST_PATH_IMAGE075
                                                     (9)
Figure DEST_PATH_IMAGE077
                                     (10)
         P a V a =K a                                    (11)
       P b V b =K b                                     (12)
       P ab V ab =K ab                                  (13)
       
Figure DEST_PATH_IMAGE079
                   (14)
Figure DEST_PATH_IMAGE081
=
Figure DEST_PATH_IMAGE083
                  (15)
Figure DEST_PATH_IMAGE085
=
Figure DEST_PATH_IMAGE087
                  (16)
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
的取值范围是：当输送常温清水时，=0.78～0.97；当输送石油产品、热水、液化烃等介质时，=0.55～0.78；当输送空气时，
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAA
=0.25～0.55。
4.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，往复式隔膜泵的冲次
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
的取值范围n=20～100/min。
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。
6.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，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
值的取值范围是
Figure DEST_PATH_IMAGE091A
=1.2～3.2,当n值很高时，取
Figure DEST_PATH_IMAGE091AA
=0.7~1.2；对于高压或超高压泵，
Figure DEST_PATH_IMAGE091AAA
值取Ψ=5～10。
7.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，所述
Figure DEST_PATH_IMAGE094
、
Figure DEST_PATH_IMAGE096
值取值范围是：
Figure DEST_PATH_IMAGE094A
=1～2.5 m/s, 
Figure DEST_PATH_IMAGE096A
=1.0～2.8 m/s。
8.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，所述
Figure DEST_PATH_IMAGE094AA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE096AA
值取
Figure DEST_PATH_IMAGE094AAA
=1.5 m/s, 
Figure DEST_PATH_IMAGE096AAA
=2.2m/s 。
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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