CN201582076U - 节能型双活塞式气动真空发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能型双活塞式气动真空发生器，包括真空发生部分和流量控制部分，真空发生部分包括驱动部分和真空部分，驱动部分和真空部分通过螺栓组装在中控体的两端，流量控制部分位于中控体内，流量控制部分的流量控制阀与驱动部分的进气换向阀连接；其中，驱动部分的驱动腔活塞和真空部分的真空腔活塞通过主轴连接构成活塞组件，进气换向阀或真空部分的抽气换向阀利用活塞组件运动到位后的机械碰撞推动第一进气换向阀推杆、第二进气换向阀推杆、第一抽气换向阀推杆和第二抽气换向阀推杆从而切换进气换向阀和抽气换向阀，完成进气、排气过程，使之交替进行。本实用新型能够在较低的供给压力下迅速达到要求的真空度，并且通过阶梯式流量控制技术能够有效地减少真空维持阶段的耗气量，满足实际生产中对快速响应和节约能源的双重要求。

Description

节能型双活塞式气动真空发生器

技术领域

本实用新型属于一种真空发生器，特别是一种节能型双活塞式气动真空发生器。

背景技术

目前，常用的真空发生装置有真空泵和真空发生器两种。变容真空泵是工业上获得真空的主要设备之一，根据容积扩张原理，利用泵腔内活塞做往复或旋转运动，使泵腔容积的周期性变化来完成吸气和排气过程，从而产生一定的真空。典型的为活塞式真空泵，采用电机或燃油发动机提供动力源，利用曲柄连杆机构驱动活塞往复运动，抽气量级较高，整体体积也较为庞大，而且需要铺设专门的真空管路，适合于集中产生真空的场合，不适合小型化和分布式使用的应用场合。真空发生器是分布式真空吸取系统的核心元件，根据拉瓦尔喷管原理进行工作，利用压缩空气在喷管出口形成射流，不断卷吸喷嘴出口周围的空气，使得扩散腔内的气体不断地被抽吸走，从而产生一定的真空度，它使得在有压缩空气的地方获得真空变得十分方便。相比于真空泵来说，真空发生器因其真空响应速度快、结构简单、体积小、重量轻、安装方便、适合于分散使用等优点在自动化制造生产线、装配生产线、机器人等许多工业生产领域得到了广泛的应用。但是，根据射流式真空发生器的工作原理，压缩气体直接由入口喷向出口，而且在真空维持阶段必须在较高的供给压力下不间断地供气，才能使真空口处达到并维持一定的真空度，使得耗气量大、压缩空气使用效率低，这样势必造成巨大的能量浪费。

目前，许多国家的研究人员对利用容积扩张原理产生真空问题进行了相关研究。例如CN94215624.2、EP1618304(A1)、CN01216156.X等，这类真空泵采用电机或燃油发动机，利用曲柄连杆机构驱动活塞往复运动，使得整体体积庞大，需要铺设专门的真空管路，适合于集中产生真空的场合，不适合小型化和分布式使用的应用场合。虽然真空发生器适合小型化和分布式使用，但是存在耗气量大、效率低的问题。目前主要通过采用串联式、并联式等结构的射流式真空发生器，通过在不同的工作阶段切换不同直径的喷嘴来降低耗气量，从而达到节约能源的目的。虽然这些结构上的改进使耗气量有所降低，但是本质上还是根据拉瓦尔喷管原理产生真空，并没有克服其固有的缺点，在节能效果上并不十分理想。所以，需要改变利用压缩空气射流产生真空的工作方式，才有可能使耗气量显著得到下降，实现节能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种节能型双活塞式气动真空发生器，根据容积扩张原理，利用压缩空气驱动活塞往复运动，能够在较低的供给压力下迅速达到要求的真空度，并且通过阶梯式流量控制技术能够有效地减少真空维持阶段的耗气量，满足实际生产中对快速响应和节约能源的双重要求。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：本实用新型节能型双活塞式气动真空发生器，包括真空发生部分和流量控制部分，真空发生部分包括驱动部分和真空部分，驱动部分和真空部分通过螺栓组装在中控体的两端，流量控制部分位于中控体内，流量控制部分的流量控制阀与驱动部分的进气换向阀连接；其中，驱动部分的驱动腔活塞和真空部分的真空腔活塞通过主轴连接构成活塞组件，进气换向阀或真空部分的抽气换向阀利用活塞组件运动到位后的机械碰撞推动第一进气换向阀推杆、第二进气换向阀推杆、第一抽气换向阀推杆和第二抽气换向阀推杆从而切换进气换向阀和抽气换向阀，完成进气、排气过程。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：在工作之初，由于采用低压损结构的抽气换向阀、不等径活塞和平衡气道结构真空响应速度快；当达到一定的真空度后，通过流量控制阀调整进气通道的有效截面积，从而减小了空气消耗量。这样不仅达到了真空响应速度快和节约能源的双重目的，而且可以通过调整流量控制阀复位弹簧的预紧力设定开始节流时的真空度，以适应不同应用场合的需要。同时，该结构利用活塞组件运动到位后的机械撞击进行进气、排气过程和真空抽取过程的切换，使系统能够自动连续交替运行。

附图说明

图1为本实用新型节能型双活塞式气动真空发生器的原理示意图。

图2为本实用新型节能型双活塞式气动真空发生器的真空发生部分结构示意图。

图3为本实用新型节能型双活塞式气动真空发生器的流量控制部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

结合图1，本实用新型节能型双活塞式气动真空发生器，包括流量控制部分和真空发生部分，其中，真空发生部分包括驱动部分和真空部分。驱动部分包括驱动腔端盖20、驱动腔体21、驱动腔套筒22、驱动腔活塞23、进气换向阀13、第一中控体端盖26。所述的驱动腔端盖20、驱动腔套筒22、驱动腔活塞23构成了驱动部分的第一驱动腔1；驱动腔套筒22、驱动腔活塞23、第一中控体端盖26构成了驱动部分的第二驱动腔2；进气换向阀13位于中控体49中；所述的进气换向阀13由第二进气换向阀推杆44、第二进气换向阀端盖45、进气换向阀限位环46、进气换向阀阀体47、进气换向阀阀芯48、进气换向阀复位弹簧50、第一进气换向阀推杆51、第一进气换向阀端盖52组成。进气换向阀13利用驱动腔活塞23或真空腔活塞36运动到位后的机械碰撞推动第一进气换向阀推杆51或第二进气换向阀推杆44进而推动进气换向阀阀芯48，从而切换第一驱动腔1和第二驱动腔2的进气和排气过程，使之交替进行。所述的进气换向阀复位弹簧50设置在进气换向阀阀芯48内，使第一进气换向阀推杆51或第二进气换向阀推杆44在驱动腔活塞23或真空腔活塞36结束机械碰撞状态后处于伸出状态。其中，气源18、流量控制阀3的供给流道62、进气换向阀13的流道、位于驱动腔体21的第二驱动腔进气流道16和第一驱动腔进气流道17以及第二排气口15构成了驱动部分的气流通道。

结合图2，其中，该真空部分包括真空腔端盖37、真空腔体34、真空腔活塞36、排气单向阀11、12、抽气换向阀4、第二中控体端盖33、平衡气道5、8。所述的真空腔活塞36、真空腔体34、第二中控体端盖33构成了真空部分的第一真空腔6；所述的真空腔活塞36、真空腔体34、真空腔端盖37构成了真空部分的第二真空腔7；为使结构紧凑，所述的抽气换向阀4位于中控体49中，所述的排气单向阀11、12分别位于真空腔端盖37和中控体49中，排气单向阀11控制第二真空腔7的排气，排气单向阀12控制第一真空腔6的排气。所述的抽气换向阀4由第一抽气换向阀端盖27、第一抽气换向阀推杆28、抽气换向阀阀芯29、抽气换向阀复位弹簧30、第二抽气换向阀端盖31、第二抽气换向阀推杆32组成。所述的抽气换向阀13利用驱动腔活塞23或真空腔活塞36运动到位后的机械碰撞推动第一抽气换向阀推杆28或第二抽气换向阀推杆32进而推动抽气换向阀阀芯29，从而切换第一真空腔6或第二真空腔7与真空口19连通，使真空抽取连续交替进行。所述的抽气换向阀复位弹簧30设置在抽气换向阀阀芯29内，使第一抽气换向阀推杆28或第二进气换向阀推杆32在驱动腔活塞23或真空腔活塞36结束机械碰撞状态后处于伸出状态。所述的排气单向阀11由单向阀端盖38、单向阀弹簧39、单向阀支撑环40、单向阀阀芯41、单向阀阀口42组成，当驱动腔活塞23向右运动时，第二真空腔7内的气体被压缩，与大气的压力差大于排气单向阀11的开启压力时，第二真空腔7内的气体排出；当驱动腔活塞23向左运动时，第二真空腔7处于抽气状态，单向阀弹簧39使单向阀阀芯41压紧单向阀阀口42，保证真空回路的密封性。所述的排气单向阀12与排气单向阀11的结构相同。所述的平衡气道5、8分别位于第一真空腔6的左端和第二真空腔右端，当真空腔活塞36向右运动直到真空腔活塞36上的O型密封圈35的左边轴向侧面与平衡气道8的左边线向吻合时，平衡气道8开始起作用，将第二真空腔7余隙容积中的残留气体通过平衡气道8流入第一真空腔6中，其压力逐渐下降。当真空腔活塞36向右运动到行程终点时触发进气换向阀13换向，真空腔活塞36开始向左运动，平衡气道8此时仍起作用，继续平衡真空腔活塞36两侧第一真空腔6、第二真空腔8的压力。当真空腔活塞36上的O型密封圈35左边轴向侧面与平衡气道8的左边线再次吻合时，第一真空腔6、第二真空腔8的压力均衡到某个值，此后，平衡气道8不起作用，真空腔活塞36继续向左运动，第二真空腔中余隙容积的气体开始膨胀后抽出连接的真空容器中的部分气体，真空口19处的真空度逐渐上升。所述的平衡气道5的原理与平衡气道8相同。通过平衡气道5、8降低余隙容积气体起始膨胀压力的方法，可以增加每次抽气过程的抽气量，提高真空响应速度从而减少真空响应时间。其中，驱动腔活塞23和真空腔活塞36由主轴25连接构成活塞组件，并且驱动腔活塞23的直径小于真空腔活塞36的直径。在供给流量一定的情况下，采用不等径活塞结构，将驱动腔活塞23的直径设计成小于真空腔活塞36的直径，可提高活塞的往复运动速度，从而提高真空响应时间。其中，所述的真空口19、抽气换向阀4的流道、位于真空腔体37的第二真空腔抽气流道9和第一真空腔抽气流道10以及第一排气口14构成了真空部分的气流通道。

结合图3，所述的流量控制部分位于中控体49中，包括端盖55、弹性膜片56、阀芯冒57、复位弹簧58、限位螺母60、阀芯61。其中，与真空吸盘连接的真空口19与真空反馈口59相连接，当真空吸盘处超过一定的真空度时，弹簧膜片56上面的大气口54和下面的真空反馈口59形成一定的压力差，克服复位弹簧58的预紧力使阀芯61向下运动，逐渐减少供给流道62的等效流通面积，减少供给流量大小，从而起到节流的作用。开始节流时的真空度可以通过调节复位弹簧58的预紧力来设定，当真空口19处的真空度下降或解除真空时，复位弹簧58将阀芯61复位。所述的阀芯61的上部分采用螺纹结构，安装有限位螺母60，可限制阀芯61下降的最低位置，即限制最低供给流量的大小，以保证系统的正常持续运行。所述的节能型双活塞式气动真空发生器的全部零件均采用铝合金材料，弹簧、密封圈及标准件除外。

本发明的节能型双活塞式气动真空发生器的工作过程为：在气源入口处供给一定压力的气体，气源通过流量控制阀3、进气换向阀13进入第二驱动腔2，驱动活塞组件向左运动，第一驱动腔1中气体也通过进气换向阀13由第二排气口15排向大气。此时，第二真空腔7内气体局部容积扩张，形成一定的真空，通过抽气换向阀4开始抽出连接管路或真空容器中的部分气体；同时，第一真空腔6中的气体被压缩，直到与大气的压力差大于腔室对应的排气单向阀12开启压力时，将其中的气体排出。当真空腔活塞36向左运动到行程末端时，平衡气道5起作用，真空腔活塞36左端面推动第二进气换向阀推杆44使之换向，完成驱动腔室充气和排气过程的切换，气源气体开始流入第一驱动腔1，驱动活塞组件向右运动，第二驱动腔2中上次行程中充入的气体此时也通过进气换向阀13由排气口15排向大气。同时，真空腔活塞36左端面推动第二抽气换向阀推杆32切换抽气换向阀4与第一真空腔6连接，第一真空腔6容积扩张产生局部真空，再次抽出连接管路或真空容器中的部分气体，进一步提高真空口处的真空度；与此同时，第二真空腔7中上次行程中已抽出的气体被压缩后再通过排气单向阀11排出。当活塞向右运动到行程末端时，平衡气道8起作用，同时使进气换向阀13、抽气换向阀4再次换向，如此反复循环，不断地提高真空口处的真空度。当达到一定的真空度时，流量控制阀3开始调节进气流量，最终使被抽真空容器达到极限真空度。

Claims (7)

1.一种节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：包括真空发生部分和流量控制部分，真空发生部分包括驱动部分和真空部分，驱动部分和真空部分通过螺栓组装在中控体[49]的两端，流量控制部分位于中控体[49]内，流量控制部分的流量控制阀[3]与驱动部分的进气换向阀[13]连接；其中，驱动部分的驱动腔活塞[23]和真空部分的真空腔活塞[36]通过主轴[25]连接构成活塞组件，进气换向阀[13]或真空部分的抽气换向阀[4]利用活塞组件运动到位后的机械碰撞推动第一进气换向阀推杆[51]、第二进气换向阀推杆[44]、第一抽气换向阀推杆[28]和第二抽气换向阀推杆[32]从而切换进气换向阀[13]和抽气换向阀[4]，完成进气、排气过程，使之交替进行。

2.根据权利要求1所述的节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：驱动部分包括驱动腔端盖[20]、驱动腔体[21]、驱动腔套筒[22]、驱动腔活塞[23]、进气换向阀[13]、第一中控体端盖[26]，驱动腔套筒[22]位于驱动腔体[21]的内部，与驱动腔端盖[20]和第一中控体端盖[26]依次排列构成驱动腔，驱动腔活塞[23]位于驱动腔套筒[22]内将驱动腔分隔为第一驱动腔和第二驱动腔；进气换向阀[13]位于中控体[49]的中间，进气换向阀阀芯[48]与进气换向阀复位弹簧[50]位于进气换向阀阀体[47]内，第二进气换向阀推杆[44]、第二进气换向阀端盖[45]与第一进气换向阀推杆[51]、第一进气换向阀端盖[52]分别位于进气换向阀阀体[47]的两端；所述的流量控制阀[3]的供给流道[62]与进气换向阀[13]的流道相连接，位于中控体[49]的内部，与位于驱动腔体[21]内部的第二驱动腔进气流道[16]和第一驱动腔进气流道[17]以及第二排气口[15]相连接，构成了驱动部分的气流通道。

3.根据权利要求1所述的节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：所述的真空部分包括真空腔端盖[37]、真空腔体[34]、真空腔活塞[36]、排气单向阀[11、12]、抽气换向阀[4]、第二中控体端盖[33]、平衡气道[5、8]，真空腔端盖[37]、真空腔体[34]与第二中控体端盖[33]依次排列构成真空腔，真空腔活塞[36]位于真空腔体[34]内将真空腔分隔为第一真空腔[6]和第二真空腔[7]；所述的抽气换向阀[4]位于中控体[49]的内部，包括抽气换向阀端盖[27]、第一抽气换向阀推杆[28]、抽气换向阀阀芯[29]、抽气换向阀复位弹簧[30]、第二抽气换向阀端盖[31]、第二抽气换向阀推杆[32]，抽气换向阀复位弹簧[30]位于抽气换向阀阀芯[29]内，第一抽气换向阀端盖[27]、第一抽气换向阀推杆[28]与第二抽气换向阀端盖[31]、第二抽气换向阀推杆[32]分别位于抽气换向阀阀芯[29]的两端；所述的排气单向阀[11]位于真空腔端盖[37]内，排气单向阀[12]与排气单向阀[11]的结构相同，位于中控体[49]内部，平衡气道[5、8]分别位于第一真空腔[6]的一端和第二真空腔[7]的一端；其中，真空口[19]、抽气换向阀[4]的流道相连接位于中控体[49]的内部，与位于真空腔体[37]的第二真空腔抽气流道[9]和第一真空腔抽气流道[10]以及第一排气口[14]相连接构成了真空部分的气流通道。

4.根据权利要求1所述的节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：流量控制部分包括端盖[55]、弹性膜片[56]、阀芯冒[57]、复位弹簧[58]、限位螺母[60]、阀芯[61]，端盖[55]位于弹性膜片[56]的上方与中控体[49]通过螺栓相连接，阀芯冒[57]与阀芯[61]相连接位于弹性膜片[56]的下方，限位螺母[60]通过螺纹与阀芯连接，复位弹簧[58]套在阀芯上；其中，与真空吸盘连接的真空口[19]与真空反馈口[59]相连接，当真空吸盘处超过一定的真空度时，弹簧膜片[56]上面的大气口[54]和下面的真空反馈口[59]形成一定的压力差，克服复位弹簧[58]的预紧力使阀芯[61]向下运动。

5.根据权利要求1所述的节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：抽气换向阀[4]采用低压损结构，减少抽气过程的局部压力损失。

6.根据权利要求1所述的节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：在第一真空腔[6]、第二真空腔[7]设置平衡气道[5、8]以降低腔室内气体膨胀的起始压力。

7.根据权利要求1所述的节能型双活塞式气动真空发生器，其特征在于：驱动腔活塞[23]的直径小于真空腔活塞[36]的直径。

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