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气动增压泵研究

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陈洪山

摘要：增压泵的主要用途就是用来增加气压，其主要用于热水器加压、洗浴加压、高楼低水加压、建筑最上层水压不足的加压、太阳能加压等。气动增压泵所包含的种类比较多，增压形式也是多种多样，其中比较常用的气动增压泵有管道增压泵、气动增压泵和气液增压泵。本文对气动增压泵结构组成、特点、控制方式和节能设计进行研究，以供参考。

关键词：气动增压泵；节能；控制；高压

引言

气动增压泵也称作气动增压器、气动增压机和气动增压阀。气动增压泵起源于美国，当时主要利用气动增压泵来发展航空行业，主要用于航空元器件的测试，测试要求极为严格，因此对于气动增压泵的研究力度较大。近些年，科研人员研究出了功能更加完善、种类更多的气动增压泵，其应用领域也逐渐增多，并产生了气动增压泵相关产品。气动增压泵在面积较大的活塞端的气体驱动下，产生小面积的活塞端流体，凭借其操作简便、可调性强和无污染等优势，得到了我国很多领域的认可和好评。

1气动增压泵结构组成

气动增压泵结构分为三部分，分别是液压部分、空气循环阀部分和气体部分，下面分别对这三个部分进行介绍：

1.1液压部分

气动增压泵液压装置中的活塞和冲杆连接在一起，这些部件组合到一起后被称作液压部分，液压部分的下端被装入液压装置的壳体中。液压部分的直径决定了泵的压缩比、输出流量和最大压力。液压部分的作用是：利用进口控制阀吸入液体，并通过较大的压力，使液体从出口控制阀中流出。液压装置中的弹簧止回阀主要用于控制液体进出。液压装置中的活塞或者冲杆吸入冲程状态下，进口控制阀打开，出口控制阀关闭，此时液体引入泵中。当液压装置的活塞或者冲杆处于升压冲程状态时，进口控制阀关闭，活塞和冲杆利用出口控制阀使液体排出。

1.2气体循环阀

气动增压泵的气体循环阀主要由控制器和柱塞组成，其主要通过位置状态，使压缩空气流到气体活塞端。气体活塞在冲程上端和下端推动控制阀，对循环阀进行换气和交替增压，促使气流向活塞做往返运动，并以此循环。在这一过程中通过排汽消声器来把空气从泵中排出。

1.3气体部分

这一部分主要用于：当压缩空气被送入气动装置时，迫使活塞进入压缩冲程，然后空气驱动活塞返回进行吸入冲程。

2气动增压泵特点

气动增压泵的工作频率和排气能力会受到吸气压强、排气压强和压缩空气压强影响。要想增加气动增压泵的排气能力和工作效率，就要提高吸气压强和压缩空气压强，降低排气压强。相反的，增加排气压强和减少吸气压强、压缩空气压强，能减少气动增压泵排气能力和工作效率。总体来说，气动增压泵具有以下几个特点：其一，压缩空气压强和停机压强呈正比关系，所以调节停机压强，就能使驱动空气压强随之发生变化；其二，气动增压泵能够不间断和长时间的控制在停机压强状态，这种状态下消耗的能量较少，不会导致温度升高的情况；

3气动增压泵单片晶圆清洗的控制方式

在集成电路和半导体器件中，经常以硅片作为基底材料，为了实现自动化加工，去离子水和某些化学也需要手动供给。气动增压泵通过压缩空气驱动，泵的驱动空气压力随着输出压力的增大而增大，输出压力能够在调节驱动空气压力下，实现无极调节，在本系统中应用的是电气比例阀调节驱动空气压力，从而有效的对控制泵输出压力和流量进行控制，最终使输出压力和流量能够直接在显示屏上显示，从而实现自动化生产。（气动增压泵控制原理如下图1）

4气动增压泵节能设计

4.1单行程供气节能方案设计

气体增压泵不管是在吸气行程还是在压缩行程中，都供给气体。但是在压缩行程中做功，而在吸气行程中不做功，没有负载。另外，被增加压力的气体在吸气行程中，进入增压腔之后会对增压活塞产生推力，所以能够在吸气行程中，不给增压泵提供驱动气体，只需要通过进气对增压活塞的推力完成吸气行程。所以，对原来的增压泵进行新型阀芯设计，促使驱动气体在压缩行程中，进入驱动无杆腔完成压缩行程。在吸气行程中，使驱动气源终止，只凭借增压端进气推力，完成驱动吸气行程，这就是单行程供气，这一设计能够降低吸气行程中消耗的驱动气体。（单行程供气节能型增压泵原理如图2所示）

4.2單行程供气节能测试实验

为考查改进阀芯增压泵的节能及耐低温性能，进行了高压气瓶补气试验，并与普通阀芯在同条件下的试验结果进行对比。实验回路如图3所示。

试验条件：进气瓶初始压力分别为5、8和12MPa；高压气瓶初始压力为16.5MPa，增压至18.1MPa，驱动压力0.6MPa，驱动流量600L/min，设定环境温度为-40℃。实验结论：两阀芯补气试验的进排气曲线近乎重合；可明显看出，使用改进阀芯，省气率在30%以上。

结语

增压泵在保证气体高压方面有重要作用，在高压出口处装上气瓶，可以起到储存和缓冲作用。相信，随着气动增压泵设计和制造技术的不断提高，其使用寿命、增压能力、可通过的化学液种类等其应用的制约因