基于SolidWorks FlowSimulation的比例閥和真空泵的選型與優化

張永軍　李躍超

在真空泵和罐體之間裝一臺比例閥，比例閥和真空泵配合可改變抽速，保證罐內恒壓。比例閥根據壓力變化要求提供維持需要壓力，比例閥與真空泵的選型多數靠經驗來匹配，往往出現高能耗。通過 SolidWorks FlowSimulation對設備進行分析仿真，通過數據對比最優化的對比例閥與真空泵體的選型。

一、問題的提出

在真空設備和半導體設備中，常常有這樣的工藝要求，某罐體內通入恒定流量的氣體，并且保證罐體內恒壓。通常采用方案是由一支流量計通入恒定流量的氣體，出口連接一臺真空泵抽氣，在真空泵和罐體之間裝一臺比例閥，這樣比例閥和真空泵配合可改變抽速，保證罐內恒壓。

如圖 1所示是一款真空產品真空氣路圖，工作順序如下。

（1）首先關閉氣動擋板閥 -Φ100、電磁閥、流量計和電磁充氣閥，比例閥開度 100%，打開氣動擋板閥 -Φ16。

（2）然后開啟滑閥泵 -70 L/S預抽真空，真空度抽至30000Pa時關閉動擋板閥 -Φ16，比例閥開度 0%，開啟氣動擋板閥 -Φ100。

（3）真空度抽至 2000Pa時，羅茨泵 -300 L/S開啟。

（4）真空度抽至0.5Pa時，關閉氣動擋板閥 -Φ100、羅茨泵 -300 L/S，開啟電磁閥、流量計，流量計保證 0.5 L/ S流量的氬氣。

（5）達到 0.6atm時開啟氣動擋板閥 -Φ16，比例閥，比例閥和真空泵組成閉環，由 PLC控制其開度。此設備大部分時間在此狀況下工作。

在一個實例中，比例閥結構是通徑 Φ20的蝶閥，閥板在 0°～ 90°轉動，以實現 0%～ 100%開啟度。在保證0.6atm恒壓時，開啟滑閥泵，比例閥開度 8%。其 8%～ 100%調節用不到，而且極不靈敏。我們判斷比例閥通徑選大了。選多大合適呢？結合 SolidWorks FlowSimulation模擬，讓我們尋找合適的比例閥通徑。……