真空發生器工作原理

　　真空發生器就是利用正壓氣源產生負壓的一種新型，高效，清潔，經濟，小型的真空元器件，這使得在有壓縮空氣的地方，或在一個氣動系統中同時需要正負壓的地方獲得負壓變得十分容易和方便。真空發生器廣泛應用在工業自動化中機械，電子，包裝，印刷，塑料及機器人等領域。

　　真空發生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產生卷吸流動。在卷吸作用下，使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走，使吸附腔內的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。如圖1所示。

　　圖1 真空發生器工作原理示意圖

　　由流體力學可知，對于不可壓縮空氣氣體（氣體在低速進，可近似認為是不可壓縮空氣）的連續性方程

　　A1v1= A2v2

　　式中A1，A2----管道的截面面積，m2

　　v1，v2----氣流流速，m/s

　　由上式可知，截面增大，流速減小；截面減小，流速增大。

　　對于水平管路，按不可壓縮空氣的伯努里理想能量方程為

　　P1+1/2ρv12=P2+1/2ρv22

　　式中P1，P2----截面A1，A2處相應的壓力，Pa

　　v1，v2----截面A1，A2處相應的流速，m/s

　　ρ----空氣的密度，kg/m2

　　由上式可知，流速增大，壓力降低，當v2》》v1時，P1》》P2。當v2增加到一定值，P2將小于一個大氣壓務，即產生負壓。故可用增大流速來獲得負壓，產生吸力。

　　按噴管出口馬赫數M1（出口流速與當地聲速之比）分類，真空發生器可分為亞聲速器管型（M1《1），聲速噴管型（M1=1）和超聲速噴管型（M1》1）。亞聲速噴管和聲速噴管都是收縮噴管，而超聲速噴管型必須是先收縮后擴張形噴管（即Laval噴嘴）。為了得到最大吸入流量或最高吸入口處壓力，真空發生器都設計成超聲速噴管型。

　　真空發生器結構圖

　　真空發生器主要由噴嘴和擴張管組成，由上述可知噴嘴的作用是將壓縮空氣的能量轉換為動能，產生超音速氣流；擴張管的作用是使超音速氣流減速以降低排出氣體時的噪音。由氣體動力學可知氣流一元定常等熵流動時通流截面積與氣流的速度間應滿足公式式中：

　　f為通流截面積；M為馬赫數，M=v/A； v為氣流的速度；A為當地音速。

　　由上式可見，當流速增加時，通流截面積究竟擴大還是縮小，要看（M2-1） 的正負，亦即M》1還是M《1。當流速小于當地音速加速時，M 小于1， （M2-1）為負， df符號與dv相反。故當流速增高時， 氣流截面積應縮小。當流速等于音速時，M=1則M 2-1=0，即df=0，此時氣流截面積達最小值。當流速大于當地音速即超音速時，M大于1， （M 2- 1） 為正，df符號與dv同號，故當流速增高時，氣流截面積應擴大。

　　因此， 為了獲得超音速氣流，噴嘴的截面形狀應當是小于音速加速時先縮小，當等于音速時為最小，然后超音速時逐漸擴大，即采用漸縮漸擴的拉伐爾噴管結構；同理，為了使超音速氣流減速，擴張管的截面形狀應采用超音速減速時先縮小，當流速等于音速時，即M=1時截面為最小，然后小于音速減速時截面逐漸擴大的漸縮漸擴結構。是真空發生器的噴嘴和擴張管結構簡圖，噴嘴漸縮角度A建議取120°～140°，漸擴角度B 建議取14°～16°；擴張管漸縮及漸擴角度C、H建議取6°～8°。

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