隔膜泵阀组背后的科学

探讨簧片阀对隔膜泵效率的影响

设计优良的簧片阀可降低能耗、改善压缩过程、防止潜在损坏并提高整体系统性能，从而对泵和压缩机的效率、性能和可靠性产生重大影响。它们对于降低噪音也起着关键作用。然而，与大型压缩机相比，人们对簧片阀在隔膜泵等小型真空泵中的动态性能研究较少。KNF 与格拉茨理工大学合作，现已开发出一种测量隔膜泵阀片运动过程的方法，而这种方法以前只能通过更大的压缩机才能实现。

利用激光多普勒振动计精确测量簧片阀动力学

测试装置经过精心设计，可最大限度地减少干扰，确保准确评估阀片的动态特性，并配备了经 KNF 验证的测试台，符合 ISO 21360 标准规定的真空泵性能测量方法，可对入口和出口压力进行单独调节，以保持稳定的工作点。在测试的准备阶段，我们对一套特殊的 KNF 泵进行了改装，使其带有一个用 O 型圈密封的丙烯酸材质透明窗口。其次，在通常不反光的阀片表面喷涂可反光的银粉丙烯酸涂料。为了保证该方法的准确性，涂层做了精心处理，即使仪器采用高分辨率进行测量，也不会发现阀片的质量或动态特性有显著改变，这一点至关重要。此外，KNF 开发的 BLDC 电机允许调节真空泵的电机速度，以支持不同运行条件下的测量。

经过这些改装后，激光多普勒测振仪的光线就可以穿过并检测出簧片阀的速度。通过评估它们的行为，这些测量结果提供了有关阀片开闭点、冲击速度以及与曲柄连杆位置相关的其他数据的宝贵信息。除了这些数据之外，测试装置还可以记录质量流量、温度和压力。由于隔膜泵在检测过程中是在空气中运行的，因此还会记录压力、温度和湿度等环境数据。

最大出口压力限制为 2 bar abs.，，采用三种不同的发动机转速（700 rpm、1500 rpm 和 3000 rpm），各种真空和压力应用的条件下对簧片阀的动态性能进行了评估。模拟真空应用时，泵的排气端与周围大气相连，即出口压力等于环境压力。在压力应用中，泵的吸入端与环境大气相连。

转速和压力比：阀片运行和隔膜变形的主要影响因素

经过大约两小时的恒定负载运行后，对检测结果进行分析，得出了几项重要发现。最显著的发现之一是，吸气阀和排气阀的关闭点主要受转速的影响，而受压力比（绝对出口压力与进口压力之比）的影响较小。相比之下，阀片开启点受压力比的影响比受转速的影响更大。

此外，还观察到阀片在打开后几乎立即撞击阀座，并表现出较高的速度梯度。然而，弹跳或中间振荡（大多数簧片阀中的常见现象）的发生率极低，这是设计精良的阀片的一个重要特征。对各种压力比得到的数据进行的综合分析表明，从空载到极限真空，阀片运动活跃度不断下降。在极限真空下，阀片运动最弱，表明阀片保持关闭状态。

这些观测得出的结果，让我们对隔膜泵系统中阀片运行的复杂动态有了突破性的理解。特别是，转速和压力比等因素在确定阀片的关闭和打开点以及后续性能方面起着关键作用。此外，压力差对膜片弹性变形的影响也为复杂的动态变化增添了另一层维度。KNF 将把这些发现融入到了进一步的研究和创新中，并为格拉茨技术大学研究助理在伦敦举行的第 13 届 "国际压缩机及其系统会议 "上提交的论文获得认可并荣获 "最佳学生论文 "奖感到自豪。