初红权

（青岛亚通达铁路设备有限公司，山东 青岛 266000）

目前，国内铁路客车所安装的真空保持式集便器中，绝大多数都采用EVAC的真空发生器。本文主要根据此类型的真空发生器进行研究，确定其主要参数及工作原理。

1 关键技术参数

真空发生器主要应用于铁路客车真空保持式集便器中，要求具有工作稳定、耗气量小、效率高等特点，如何能保证真空发生器较高的工作效率和合理的稳定性，是设计的重点，通过对产品的多次试验验证，特别是抽真空特性、耗气量和工作效率方面，不断改进设计，达到了预定效果；我们利用记录数据，与段方一起分析真空发生器在各种运行环境下的差异，并结合EVAC的真空发生器的技术参数，我们制定了真空发生器的主要技术参数：

使用温度：0～60℃；存储温度：－40～80℃；气源要求：500～1000kPa；工作时耗气量：350L/min;极限负压：-60kPa；最大真空的效率：不小于0．55；气密性：在－45kPa的真空条件下，5小时内真空度下降≤3kPa。

2 工作原理

（1）真空发生器结构。真空发生器外形尺寸为φ120X320，其中，喷嘴入口尺寸（文丘里管出口直径）b=1．5mm，出口尺寸（文丘里管喉部直径）a=12mm，全管分四部分串联而成，总长度为140mm。

（2）原理分析。真空发生器内部的文丘管射流装置的工作原理可以用伯努利方程和连续方程来表达：

式中，V为气体流速，m/s；g为重力加速度，n；p为气体压力，Pa；r为气体比重，M/n3，Z为气体势能，m；A为过流截面，m2。

真空发生器内部的文丘里管的流量特征可用下式表示：

式中，Q1为注入真空发生器气体流量，m2/s；Q2为真空发生器内文丘里管流出流量，m2/s；ΔH为真空发生器内文丘里管前后压差，m；Δp为真空发生器内文丘里管前后压力损失，Pa；k2为与ΔH相对应的总阻力综合参数，p1为并联文丘里管的入口压力，Pa；p2为并联文丘里管出口压力，Pa。

真空发生器喷嘴两端的压力损失ΔH可用下式表达：

式中，∑ξ为喷嘴各处的总阻力参数；v为通过喷嘴各处的流量，m2/s。

导出总阻力综合参数k2及流速v2、v3由公式（2）（3）（4）可以推出：

式中，d为喷嘴各处的直径，m。

又由式（2）（3）可以推出：

式中，v2为通过真空发生器喷嘴（即文丘里管）到处的气体流速，m/s；v3为通过喷嘴喉部的流速，m/s。

在喷嘴喉部，应用伯努力方程（1）得：

式中，p3为真空发生器喷嘴（文丘里管）喉部压力，Pa；Δh1为真空发生器喷嘴（文丘里管）逐步缩小的压力损失，m；Δh2为真空发生器出口与喷嘴前端的压力损失，m。

由（3）（4）（5）（6）（7）（8）可以推出p3与 Δp、p4、Q2以及喷嘴管结构性能参数（k2、c1、c、d2、d3）之间的函数关系式：

式中，c1为与Δh1相对应的前倾角阻力参数，c为与Δh2相对阻力参数。

根据以上推论可得出：

（1）真空发生器喷嘴喉部压力（气源入口压力）p3与前后压力差Δp成线性关系即与ΔH成线性关系。

（2）真空发生器喷嘴喉部压力（气源入口压力）p3与流量平方（Q2-Q1）2成线性关系。

3 产品设计

由于污物箱内要求可产生的最高负压-60kPa以及气源的条件500～1000kPa，仅仅依靠四组喷嘴串联而成无法达到此条件，又在结构上采用多组并联方式来解决此情况，通过分析和试验，六组喷嘴并联为最佳效果。

4 试验验证

产品经试验证明，各项技术参数均达到要求，主要试验数据及分析结果如下。

（1）气密性。利用真空发生器对400L的污物箱进行抽真空，当真空达到-45kPa时，系统保压，通过真空表观察，系统的真空变化，通过数据显示，系统在4小时内，真空值保持不变，由此得出，真空发生器气密性完全符合要求抽真空效率（如表1）。

表1

根 据 公 式 η（ΔPu）=1/｛1+［t（ΔPu）×Q/V×60s/min］｝

式中，η（ΔPu）：真空发生器的工作效率 t（ΔPu）：抽空时间（s）；Q：耗气量（l/min）；V：抽空容积（L）。

当工作压力为6bar时：η（ΔPu）=0．42，当工作压力为 7bar时：η（ΔPu）=0．49。

当工作压力为8bar时：η（ΔPu）=0．55，当工作压力为 9bar时：η（ΔPu）=0．60。

由此可见，当工作压力为9bar时，真空发生器的抽气效率最大，该数值大于0．55。

（2）抽气速率。抽气速率（体积流率），在理想状态下，单位时间内流过污物箱抽真空口的的气体体积，实际运用中，抽气速率S定义为：真空发生器在规定的条件下工作，从污物箱内流出的气体流量（q）与工作压力（p）的比值，简称抽速（L/S）：S=q/p。

根据以上定义，我们要测出q和p的数值，具体数据如表2。由此数据表不难看出，当工作压力为9bar时，抽气速率最大，抽真空效果最佳。

表2

（3）耗气量。真空发生器在 0．5MPa、0．6MPa、0．7MPa、0．8MPa、0．9MPa气 压 条 件 先， 将 容 积 为400L污物箱抽真空，当真空度达到-0．045MPa值时，所消耗的气体体积，通过曲线分析可得出，当工作压力为0．9MPa时，使污物箱内真空度达到-0．045MPa耗气量最小（336L）。

5 结语

利用文丘理管原理与铁路客车真空集便器的性能要求相结合而设计的真空发生器造价低，而且其可行性强。经试验和理论性分析，其气源入口压力与污物箱被抽真空的气体流量在一定范围内成线性关系，这样在客户的使用过程中，就可以通过在该范围内调节相关参数，对污物箱内的真空度状态进行有效的控制，经过试验证明，当污物箱在50秒内，要求真空度建立为-45kPa时，气源压力调节到9MPa为最佳工作压力。