真空吸铸机结晶器调压装置是自动调节真空吸铸生产过程中结晶器内的真空度（负压值）的自动装置。安装该装置后，可以保证结晶器内真空度恒定，使吸入结晶器中金属液的高度相同，避免金属液超过设计高度。本课题研究的结晶器调压装置，针对利用射流技术为结晶器提供负压的真空吸铸机，解决这种吸铸机由于所供的压缩空气压力变化导致结晶器内真空度波动的问题。该调压装置依据膜技术的原理，利用膜技术检测结晶器中的真空度，依靠系统的自动力控制调节器，实现结晶器中真空度的自动调节。
该技术的主要特点在于：依据膜技术的基本原理，利用据膜技术检测结晶器中的真空度，将膜检测机构与调节器的调节机构组合在一起，实现检测与调节的结合，实现自动力控制结晶器中的真空度。

一．项目摘要（工作装置示意图及原理）
真空吸铸具有铸件组织致密，晶粒细化，无气孔、砂眼等缺陷，及金属消耗少，生产效率高等优点，在小型管状、棒状铜合金铸件生产中得到广泛应用。
真空吸铸是借助真空系统装置，在结晶器内造成负压，吸入液体金属生产铸件的。铸件的长度主要取决于结晶器内真空度与液体金属的重度，即

式中L—铸件长度m
Pv—真空度Pa
γ—液体金属的重度N/m3
真空系统由抽真空装置、测量仪表和真空调节阀等装置组成（如图1所示）。
真空吸铸工艺生产棒状铜合金铸件，使用的真空吸铸机利用喷射管（如图2所示）产生负压。吸铸时依据真空表，通过手动操作调节阀控制结晶器内真空度来控制液体金属上升的速度和高度。所使用的压缩空气由公司动力部门统一供给，生产过程中压缩空气压力经常在0.3~0.5Mpa之间波动。使手动操作调节阀控制结晶器真空度技术难度很大，经常出现结晶器内真空度过高，导致液体金属超过设计高度，被吸入导气管，造成真空管道堵塞，严重影响正常生产。

图2 喷射管示意图
真空吸铸机结晶器调压装置是自动调节真空吸铸生产过程中结晶器内的真空度（负压值）的自动装置。安装该装置后，可以保证结晶器内真空度恒定，使吸入结晶器中金属液的高度相同，避免金属液超过设计高度。本课题研究的结晶器调压装置，针对利用射流技术为结晶器提供负压的真空吸铸机，解决这种吸铸机由于所供的压缩空气压力变化导致结晶器内真空度波动的问题。该调压装置依据膜技术的原理，利用膜技术检测结晶器中的真空度，依靠系统的自动力控制调节器，实现结晶器中真空度的自动调节。
该技术的主要特点在于：依据膜技术的基本原理，利用据膜技术检测结晶器中的真空度，将膜检测机构与调节器的调节机构组合在一起，实现检测与调节的结合，实现自动力控制结晶器中的真空度。
二．项目提出的目的及意义
调查研究发现渤船重工机械工程公司在军品生产过程中，有一种特殊要求的零件，该零件只有采用真空吸铸生产工艺生产的铸件为毛坯才能达到零件的质量要求。渤船重工机械工程公司铸造车间使用的真空吸铸机，是利用射流技术为结晶器提供负压的真空吸铸机，利用压缩空气通过射流泵为结晶器提供负压。车间的压缩空气由公司动力处统一供给，生产过程中压缩空气经常在0.3~0.5Mpa之间变化，导致结晶器内的真空度不稳定，波动范围很大。手动控制调节阀，控制结晶器中的真空度技术难度大。致使吸入结晶器中金属液的高度不同，经常发生金属液超过设计高度被吸入导气管，导致导气管损坏，严重影响军品铸件的生产。
为解决利用射流技术为结晶器提供负压的真空吸铸机，因为生产过程中压缩空气压力变化，导致结晶器内的真空度不稳定，致使吸入结晶器中金属液的高度不同，甚至发生金属液超过设计高度被吸入导气管，导致导气管损坏，影响正常生产的问题，必须在真空吸铸机上增设结晶器调压装置。
根据我们所掌握的情况，目前国内尚无适用于利用射流技术为结晶器提供负压的结晶器调压装置。发挥渤海船舶职业学院的科研技术优势，和渤船重工机械工程公司的设备及制造优势，强强联合，协作研制适用于利用射流技术为结晶器提供负压的结晶器调压装置——自动力控制结晶器真空度的调压装置。该调压装置研制成功后，首先在渤船重工机械工程公司铸造车间的真空吸铸机上使用，解决吸入结晶器中金属液的高度不同，经常发生金属液超过设计高度被吸入导气管，导致导气管损坏，影响军品铸件的生产的问题。
三．与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析
自动力控制结晶器真空度的调压装置是依据膜技术的基本原理设计的，将膜检测机构与调节器的调节机构组合在一起，实现检测与调节的结合，完成自动力控制结晶器中的真空度。据查询有关资料，目前国内尚无自动力调节射流泵真空度调压装置，也没有与此相关的技术资料及研究报道。
据了解，目前国内使用的利用射流技术为结晶器提供负压的真空吸铸机，均没有安装结晶器内负压自动调压装置。生产过程中主要依靠操作工人手动控制调节阀来控制结晶器内的真空度，都存在因结晶器内真空度不稳而影响生产的问题。因此，该调压装置可以在同类设备上推广使用。自动力控制射流泵真空度的负压调压技术成果，可以在利用压缩空气通过射流泵提供稳定负压的设备上推广使用。
四．工作装置工作原理及流程（技术可引性分析）
自动力真空系统调压装置原理如图3所示。该装置主要由膜检测装置和节流阀等构件组成，适用于利用喷射管为抽真空装置的真空系统自动调压。
压缩空气经节流阀进入喷射管，通过喷射管产生负压。负压的高低取决于流入喷射
管压缩空气的流量，通过调节节流阀，来控制系统负压的高低。
调压装置的检测膜一侧与真空室相通，另一侧与大气相通。当检测膜两侧存在压差时，检测膜上将产生指向真空室方向的拉力，拉力的大小与检测膜两侧的压差成正比，即
F=AP
式中F—压差在检测膜上产生的力N
A—检测膜面积m2
P—检测膜两侧压差Pa
控制杆与检测膜相连，在检测膜拉力与调压弹簧合力的作用下，控制杆产生移动，位移为：

式中S—控制杆位移m
F—压差在检测膜上产生的力N
F1—调压弹簧预压力N
K—弹性模量N/m
位移的大小和作用在控制杆上检测膜拉力与调压弹簧合力的合力成正比，即与作用在检测膜两侧的压差成正比。
控制杆通过传动机构与节流阀芯杆相连，当真空室的真空度变化时，检测膜两侧压差发生变化，引起控制杆移动。控制杆通过传动机构对阀部件实施控制，调节流入喷射管压缩空气的流量，实现真空系统真空度的自动控制。
通过调节调压螺母，调节调压弹簧的压力，可以设定真空系统的真空度。真空吸铸结晶器真空度自动控制原理是在喷射管前端安装自动力真空系统调压置，使压缩空气经由调压装置的节流阀进入喷射管；用橡皮管将结晶器与调压装置的检测部分连通。
调节调压螺母，根据吸铸液体金属的重度及铸件的长度等因素设定结晶器内真空度。
吸铸生产过程中，刚打开压缩空气阀门时，系统的真空度低，经由节流阀进入喷射管的压缩空气流量大，系统的真空度迅述升高；伴随系统真空度的升高，经由节流阀进入喷射管的压缩空气流量减少，系统的真空度升述减缓。真空度的这种变化特点，既有利于提高生产效率，又有利于避免液体金属上升惯性过大，冲进导气管，堵塞真空管道。在系统的真空度达到结晶器真空度设定
值时，系统的真空度不再升高，真空度保持恒定不变。
当生产过程中压缩空气在0.3~0.5Mpa之间升高或降低时，调压装置自动调节进入喷射管的压缩空气流量，使系统的真空度保持不变。
自动力真空系统调压装置样机，已在渤船重工机械工程公司通过试验。试验证明，该装置可以有效的控制结晶器中液体金属的上升速度和高度。
利用喷射管为抽真空装置的真空吸铸机，安装自动力真空调压装置后，能降低生产过程的操作难度，消除压缩空气压力波动对生产的影响，显著提高生产效率和产品质量。
利用射流技术为结晶器提供负压的真空吸铸机，是根据空气动力学原理,由压缩空气通过如图1所示的“喉管” 产生负压的。负压的高低主要取决于流入“喉管”压缩空气的压力及流量，压缩空气压力的变化，导致结晶器内的真空度不稳定。为解决因为生产过程中压缩空气压力变化，导致结晶器内的真空度波动的问题，设计过程中综合考虑了铸造车间的条件及正在使用的真空吸铸机的具体情况，经过反复比较，多次论证，最后课题采用了自动力控制结晶器真空度的设计方案。
自动力控制结晶器真空度的调压装置是依据膜技术的基本原理设计的。设计时，将结晶器与膜检测机构用导管连通，通过膜检测技术检测结晶器中的真空度；在“喉管”（射流泵）前端加装一调节阀，控制进入“喉管”（射流泵）的压缩空气的压力及流量；用连接机构将检测机构与调节阀的调节机构组合在一起；在连接构件上装有负压调节弹簧，通过调节弹簧，设定结晶内的负压值。工作时，结晶器内负压不同，调节机构产生不同行程的位移，驱动调节阀的转动杆转动一定角度，调节流入“喉管”（射流泵）压缩空气的压力及流量，调节结晶器内的负压。调压装置工作时调节机构所需动力由膜检测机构提供，所以该调压装置称为自动力控制结晶器真空度调压装置。
自动力控制结晶器真空度装置的工作原理如图3所示。

综合考虑铸造车间的生产条件及正在使用的真空吸铸机的具体情况，自动力控制结晶器真空度的技术方案，与由压力传感器检测结晶器内的负压，控制伺服电机，再由伺服电机驱动调节阀的技术方案相对比，具有结构简单，工作稳定、可靠，操作方便的特点，更适合在真空吸铸机上使用。
真空吸铸机结晶器调压装置研制项目现已完成：
1.完成了总体方案设计，计划采用自动力控制结晶器真空度技术方案；
2.完成了检测及控制等关键机构的原理与工艺试验；
3.完成了自动力控制结晶器真空度装置模型的制作；
4.完成了真空吸铸机相关部位的测绘。

渤海船舶职业学院“挑战杯”校级竞赛一等奖；第十届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。