氣動增壓泵研究

陳洪山

摘要：增壓泵的主要用途就是用來增加氣壓，其主要用于熱水器加壓、洗浴加壓、高樓低水加壓、建筑最上層水壓不足的加壓、太陽能加壓等。氣動增壓泵所包含的種類比較多，增壓形式也是多種多樣，其中比較常用的氣動增壓泵有管道增壓泵、氣動增壓泵和氣液增壓泵。本文對氣動增壓泵結構組成、特點、控制方式和節能設計進行研究，以供參考。

關鍵詞：氣動增壓泵；節能；控制；高壓

引言

氣動增壓泵也稱作氣動增壓器、氣動增壓機和氣動增壓閥。氣動增壓泵起源于美國，當時主要利用氣動增壓泵來發展航空行業，主要用于航空元器件的測試，測試要求極為嚴格，因此對于氣動增壓泵的研究力度較大。近些年，科研人員研究出了功能更加完善、種類更多的氣動增壓泵，其應用領域也逐漸增多，并產生了氣動增壓泵相關產品。氣動增壓泵在面積較大的活塞端的氣體驅動下，產生小面積的活塞端流體，憑借其操作簡便、可調性強和無污染等優勢，得到了我國很多領域的認可和好評。

1氣動增壓泵結構組成

氣動增壓泵結構分為三部分，分別是液壓部分、空氣循環閥部分和氣體部分，下面分別對這三個部分進行介紹：

1.1液壓部分

氣動增壓泵液壓裝置中的活塞和沖桿連接在一起，這些部件組合到一起后被稱作液壓部分，液壓部分的下端被裝入液壓裝置的殼體中。液壓部分的直徑決定了泵的壓縮比、輸出流量和最大壓力。液壓部分的作用是：利用進口控制閥吸入液體，并通過較大的壓力，使液體從出口控制閥中流出。液壓裝置中的彈簧止回閥主要用于控制液體進出。液壓裝置中的活塞或者沖桿吸入沖程狀態下，進口控制閥打開，出口控制閥關閉，此時液體引入泵中。當液壓裝置的活塞或者沖桿處于升壓沖程狀態時，進口控制閥關閉，活塞和沖桿利用出口控制閥使液體排出。

1.2氣體循環閥

氣動增壓泵的氣體循環閥主要由控制器和柱塞組成，其主要通過位置狀態，使壓縮空氣流到氣體活塞端。氣體活塞在沖程上端和下端推動控制閥，對循環閥進行換氣和交替增壓，促使氣流向活塞做往返運動，并以此循環。在這一過程中通過排汽消聲器來把空氣從泵中排出。

1.3氣體部分

這一部分主要用于：當壓縮空氣被送入氣動裝置時，迫使活塞進入壓縮沖程，然后空氣驅動活塞返回進行吸入沖程。

2氣動增壓泵特點

氣動增壓泵的工作頻率和排氣能力會受到吸氣壓強、排氣壓強和壓縮空氣壓強影響。要想增加氣動增壓泵的排氣能力和工作效率，就要提高吸氣壓強和壓縮空氣壓強，降低排氣壓強。相反的，增加排氣壓強和減少吸氣壓強、壓縮空氣壓強，能減少氣動增壓泵排氣能力和工作效率。總體來說，氣動增壓泵具有以下幾個特點：其一，壓縮空氣壓強和停機壓強呈正比關系，所以調節停機壓強，就能使驅動空氣壓強隨之發生變化；其二，氣動增壓泵能夠不間斷和長時間的控制在停機壓強狀態，這種狀態下消耗的能量較少，不會導致溫度升高的情況；

3氣動增壓泵單片晶圓清洗的控制方式

在集成電路和半導體器件中，經常以硅片作為基底材料，為了實現自動化加工，去離子水和某些化學也需要手動供給。氣動增壓泵通過壓縮空氣驅動，泵的驅動空氣壓力隨著輸出壓力的增大而增大，輸出壓力能夠在調節驅動空氣壓力下，實現無極調節，在本系統中應用的是電氣比例閥調節驅動空氣壓力，從而有效的對控制泵輸出壓力和流量進行控制，最終使輸出壓力和流量能夠直接在顯示屏上顯示，從而實現自動化生產。（氣動增壓泵控制原理如下圖1）

4氣動增壓泵節能設計

4.1單行程供氣節能方案設計

氣體增壓泵不管是在吸氣行程還是在壓縮行程中，都供給氣體。但是在壓縮行程中做功，而在吸氣行程中不做功，沒有負載。另外，被增加壓力的氣體在吸氣行程中，進入增壓腔之后會對增壓活塞產生推力，所以能夠在吸氣行程中，不給增壓泵提供驅動氣體，只需要通過進氣對增壓活塞的推力完成吸氣行程。所以，對原來的增壓泵進行新型閥芯設計，促使驅動氣體在壓縮行程中，進入驅動無桿腔完成壓縮行程。在吸氣行程中，使驅動氣源終止，只憑借增壓端進氣推力，完成驅動吸氣行程，這就是單行程供氣，這一設計能夠降低吸氣行程中消耗的驅動氣體。（單行程供氣節能型增壓泵原理如圖2所示）

4.2單行程供氣節能測試實驗

為考查改進閥芯增壓泵的節能及耐低溫性能，進行了高壓氣瓶補氣試驗，并與普通閥芯在同條件下的試驗結果進行對比。實驗回路如圖3所示。

試驗條件：進氣瓶初始壓力分別為5、8和12MPa；高壓氣瓶初始壓力為16.5MPa，增壓至18.1MPa，驅動壓力0.6MPa，驅動流量600L/min，設定環境溫度為-40℃。實驗結論：兩閥芯補氣試驗的進排氣曲線近乎重合；可明顯看出，使用改進閥芯，省氣率在30%以上。

結語

增壓泵在保證氣體高壓方面有重要作用，在高壓出口處裝上氣瓶，可以起到儲存和緩沖作用。相信，隨著氣動增壓泵設計和制造技術的不斷提高，其使用壽命、增壓能力、可通過的化學液種類等其應用的制約因素也將不斷改善，其應用場合范圍也會越來越廣闊。

參考文獻

[1]劉劍.基于集總參數法的氣驅液增壓泵性能分析及優化設計[D].浙江理工大學，2016.

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