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了解隔膜压力表的运行原理可以帮助正确应用匹配

编辑:发表时间:2019-08-10


      隔膜压力表只是目前在许多应用中使用众多类型压力表中的一种,以避免影响当今许多严格工艺的油蒸汽污染问题。市售隔膜压力表内不含密封或润滑油,这意味着您可以依靠产生真空,其中残余气体完全不含油蒸汽。所有无油的隔膜压力表具有不同的操作特性,使其完全适用于一种应用,完全不适合另一种应用。将压力表类型与应用相匹配可能很困难,但是在优势、弱点和特性方面更全面地了解操作模式可以减轻一些困难。

      隔膜压力表属于正排量压力表的总体类别。这类压力表都将一定体积的气体捕获在一个体积内,然后通过一些机械装置收缩体积来压缩气体以迫使气体排出。然后机械膨胀体积以允许更多的气体在重复循环之前进入。在隔膜压力表中,通过上下移动隔膜来改变输送体积以产生膨胀/收缩循环。这些压力表配有简单的入口和出口挡板或由柔性材料制成的簧片阀,通过压差操作,根据需要打开和关闭它们以产生输送作用。就隔膜的运动而言,可以相当简单地描述单个输送循环。

下冲

      拉下隔膜,这样可以增加压力表内部空间的体积。体积膨胀导致压力表内部压力下降。

1、压力表头内部容积内的压力小于入口压力和排气压力,

2、入口处的较高压力迫使进口挡板阀打开,

3、排气口处的较高压力使出口挡板阀关闭,

4、入口处的较高压力迫使气体从入口通过入口阀进入压力表头的容积。

向上冲程

      隔膜被向上推,这导致压力表内部空间的体积减小。该体积收缩导致气体压缩,这导致压力表内部的压力增加。

1、压力表内部空间内的压力高于入口压力和排气压力,

2、压力表内部空间内的较高压力使进气阀关闭,

3、压力表内部空间内的较高压力迫使排气阀打开,

4、压力表内部空间内的较高压力迫使气体通过排气阀并流出压力表。

      单头压力表的这种描述仅可作为所有隔膜压力表在操作原理方面的代表性视图。除了这种简化的视图外,在将给定隔膜压力表与给定应用匹配时必须考虑设计的各种变化。


    

      最终可达到的真空水平显然是一个重要的操作参数。隔膜压力表是商业上可获得的,其将产生从几百托到10-4托范围的最终值。实现较低最终值的一种方法是通过串联分级压力表头。例如,如果两个相同设计的磁头串联排列,那么在500托下空白的单头压力表可能会产生100托的压边压力。任何单个压力表头只能在入口压力和排气压力之间产生一定的压缩比。当第二个头部串联时,一个头部通过降低头部之间的压力来支撑另一个头部,并允许最靠近腔室的头部产生较低的腔室压力,即使其压缩比与最接近大气的头部相同。如果测量管安装在多级压力表的头部之间,则在可以容易地观察到大气压力之前朝向最后阶段移动时显示更高和更高压力的头部之间的谨慎压力步骤。虽然对于通过串联的分级头可以实现多低的入口压力没有理论限制,但是在设计工作压力表时存在许多实际问题和限制。



      挡板阀设计可对多级压力表的极限压力产生深远影响。由于入口阀和出口阀通过压差打开和关闭,因此它们必须足够柔韧以在小的压差下操作。薄且柔韧的金属带将继续在低至几十托的压力下工作,但通常会在较低的压力下停止工作。对于较低的压力,通常需要弹性体阀门。

      真空密封可能是另一个需要克服的问题。当压力表中心在输送循环期间上下移动时,弹性体隔膜不仅保持在其外径周围以固定它,而且相同的机械保持动作必须提供真空密封。当您考虑在两个扁平法兰之间制造具有扁平弹性垫圈的真空密封高真空密封的困难时,密封问题变得更加明显。另外,许多商用压力表使用不适合低压密封的头对头管密封。当需要较低的极限压力时,来自大气的气体通过弹性体隔膜的大暴露区域的渗透速率也起作用。因此,不能认为隔膜压力表是气密密封的。

隔膜寿命也是一个主要问题。

      任何经常弯曲的柔性材料都会在某些时候遇到疲劳和失效。制作弹性体隔膜时,不可能在片材上偶尔出现弱点。弱点显然会导致过早失败。但是,可以常规地实现10,000小时的平均隔膜寿命。延长故障间隔时间的关键是保持较低的隔膜温度。通过输送气体的压缩热和压力表的驱动机构产生的机械热,在压力表内产生热量。热量会导致弹性体材料的物理和化学变化并导致失效。由于隔膜暴露在这种热量下,因此必须通过某种方式将其除去。在通过压力表的气流相当大的高压下,来自压缩热的热量被通过压力表的气体量带走。在低压下,压缩热较少,仅机械产生的热量是一个问题。主要的热问题发生在中等压力下,其中压缩热仍然相当高,但是气流太低而不能带走所有的热量。

      尽管许多压力表具有空气冷却马达,其在隔膜的大气压力侧提供一些气流,但是在压力表头本身的质量中会产生热量。必须除去这些热量以避免隔膜过多的热量暴露。头上的额外空气流将提供足够的热交换,但是暴露于静止空气是不够的。通过额外的风扇冷却获得最佳结果,尤其是在管道布置中,其将冷却空气直接移动到压力表头表面周围和上方。

      隔膜压力表中的输送速度由压力表内部容积的总体积(扫气量)和循环膨胀/收缩循环速率控制。这施加了抽速限制,因为在实际的机械系统中循环速率只能是如此之高,并且隔膜的直径只能是如此之大。通过并行操作多个喷头可以克服单个喷头上的压力表速限制,使总速度加到每个喷头速度的总和上。因此串联和并联的头的混合物可以组合以同时产生更高的抽速和更低的极限压力。

      要输送的气体或气体混合物是所有隔膜压力表的重要考虑因素。含有可冷凝气体(如水蒸汽或溶剂)的气体混合物将导致它们在压力表内的某处冷凝。这个问题对于包括油封机械压力表的所有正排量压力表来说都是常见的。遇到的冷凝量取决于输送气体中可冷凝气体的量,例如湿度以及压力表的运行方式。例如,在高负载循环下抽空小室的大型压力表将倾向于在其内部形成冷凝。这是因为每个循环通过压力表的气体量不足以物理冲洗冷凝材料。小型负载锁上的大型压力表就是一个很好的例子。添加气镇阀以使少量气体通过压力表的入口或偶尔通过允许在大气压下充分气流几分钟来“打嗝”压力表通常会清除冷凝物质。

      其他气体问题导致输送轻质气体,其被有效压缩,但是可以容易地反向扩散。这可以通过在多级压力表的排气口附近引导小流量的氦来看出。通过入口处的压力计可以检测到几乎马上且显着的压力上升。小型气镇流可以持续地将轻质气体吹出压力表。应彻底避免有毒、易爆或有毒气体。隔膜压力表没有气密密封,可以泄漏到大气中。更重要的考虑因素是隔膜可能会失效并随时释放气体。含颗粒气体也是一个应用问题,因为它们会聚集在压力表中并导致过多的隔膜磨损。最后一个考虑因素是石油。使用无油隔膜压力表更换油封压力表而不清洁输送管路将导致油在压力表中冷凝并导致阀门问题,需要清洗压力表。

      关闭后或电源中断后重新启动隔膜压力表通常会成为问题。一些压力表将保持在真空状态,而其他压力表将在这些条件下缓慢地通过压力表回流。另外,具有两级或更多级的压力表通常会在其中一个压力表内捕获真空,并且当入口处有真空时几乎不可能重新启动。这会导致电机过热,并因过热而导致电机和隔膜损坏。因此,在入口处设置电磁阀以确保腔室保持真空是一个明确的优势。然后,可以在第一个隔膜压力表之前安装电磁阀,以允许大气通过隔膜压力表的全部空气流,以确保容易重新启动。最好的顺序是使用计时器在关闭之前允许短时间的排气流,然后打开进气阀。该顺序还具有冲洗冷凝液体的优点。内置这种阀门系统的隔膜压力表是市售的,但任何压力表都可以进行修改以包含它们。

      隔膜压力表可以成功应用于许多清洁真空应用,但它们必须应用于正确的应用。了解隔膜压力表的运行原理,可以成功帮助选择隔膜压力表与应用的匹配。


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