Вакуум по принципу Вентури: как он работает, его ограничения и когда его выбирать

В машине для сборки картонных коробок в середине цикла теряется вакуум, и линия застревает. Команда технического обслуживания вытаскивает вакуумный насос и обнаруживает изношенные лопасти, пленку масляного тумана на полу и рабочий цикл, который фактически требует всасывания примерно 1,5 секунды из каждых 6. Эта схема — прерывистое всасывание с коротким временем выдержки и умеренным уровнем вакуума — как раз то, к чему принадлежит принцип Вентури.

Вот краткий ответ. Для прерывистого децентрализованного всасывания, глубина которого никогда не должна превышать примерно -60 кПа, вакуумный генератор Вентури обычно является более простым, чистым и долговечным выбором. Для непрерывного поддержания вакуума в течение нескольких минут, для уровней ниже -80 кПа или для центрального коллектора, питающего множество станций, механический источник вакуума, такой как пластинчато-роторный насос или вакуумная установка Рутса, обычно будет стоить дешевле в течение десяти лет. В оставшейся части статьи показано, откуда берутся эти разделительные линии и как проверить их на реальных числах перед заказом.

Принцип Вентури простым инженерным языком

Протолкните жидкость через сужающийся канал, и одна и та же масса каждую секунду будет проходить меньшее поперечное сечение. Скорость возрастает, статическое давление падает. Это соотношение Бернулли в его рабочей форме, а внутри вакуумного генератора оно представляет собой целый продукт: зона низкого давления в горловине — это то, что втягивает воздух через боковое отверстие.

Сжатый воздух поступает в сопло при давлении, скажем, 0,5 МПа, около 5 бар. Сопло преобразует это давление в скорость, и поток дросселируется в горловине, поэтому всасывание перестает улучшаться, как только давление подачи достигает определенной точки. Два измерения определяют производительность, которую вы получаете: диаметр сопла, который определяет расход воздуха и доступный поток всасывания, и профиль диффузора, который устанавливает максимальный вакуум, который может поддерживать установка.

Типичные цифры для хорошо сделанного эжектора на воздухе с давлением 5 бар: одноступенчатый агрегат достигает примерно от -40 до -60 кПа, а многоступенчатый агрегат с двумя или тремя последовательно соединенными форсунками достигает примерно от -80 до -90 кПа. Ниже -90 кПа принцип Вентури перестает быть практичным, поскольку остается слишком малая разница давлений для обеспечения полезного потока всасывания.

Вакуум Вентури и механический вакуум: прямое сравнение

Большинство ошибок при выборе возникает из-за сравнения цены покупки эжектора с ценой покупки насоса и остановки на этом. Полезное сравнение позволяет сопоставить рабочий цикл с общей стоимостью, а таблица ниже представляет собой версию, которую мы используем, когда клиент спрашивает, достаточно ли генератора Вентури.

Прочтите таблицу в одном направлении: эжектор выигрывает по времени отклика, движущимся частям и устойчивости к грязному или влажному газу, тогда как механические машины выигрывают по непрерывной работе и затратам энергии на единицу вакуума.

Где вакуумные генераторы Вентури завоевывают свое место

• Прерывистое обращение. Головки для захвата и размещения, устройства для сборки картонных коробок, открывалки для пакетов и аппликаторы этикеток, которым требуется вакуум в течение части каждого цикла.
• Децентрализованная установка. Генератор крепится на присоске, поэтому отсутствует длинная вакуумная линия, которая могла бы привести к утечкам, и нет необходимости компенсировать падение давления.
• Влажный, пыльный или агрессивный газ. Благодаря подходящему материалу корпуса на газовом тракте отсутствуют изнашиваемые лопасти или подшипники.
• Опасные зоны. Работу выполняет сжатый воздух, поэтому в точке всасывания нет электродвигателя или распределительного устройства.
• Быстрая повторяющаяся езда на велосипеде. Отклик измеряется в миллисекундах, что подходит для высокоскоростных линий индексации.

Профиль технического обслуживания вытекает из того же списка: изнашиваются только фильтр, глушитель и иногда форсунка, а замена форсунки занимает несколько минут.

Где не работает принцип Вентури и чего это стоит

Сжатый воздух является самым дорогим ресурсом на большинстве предприятий. Производство одного кубического метра сжатого воздуха при давлении 7 бар обычно потребляет около 0,1 кВтч электроэнергии без учета потерь при распределении, а эжектор преобразует лишь скромную долю этой пневматической энергии в полезную вакуумную работу. Генератор, обеспечивающий всасывающий поток 300 Нл/мин, может потреблять от 200 до 400 Нл/мин сжатого воздуха за каждую секунду включения.

Непрерывное дежурство – вторая ловушка. Эжектор, работающий 100% времени, оплачивает сжатый воздух каждую секунду, тогда как механический насос равной мощности всасывания работает на двигателе, который обходится гораздо дешевле в час работы. При нагрузке примерно 50% сравнение энергопотребления обычно меняется на противоположное в течение года или двух.

Предельный вакуум — это третий предел, а шум — четвертый. Эжекторы обычно имеют уровень шума от 70 до 90 дБ(А) на расстоянии одного метра, и им нужен глушитель подходящего размера, а не заглушка с отверстием в нем, потому что глушители, которые создают противодавление, незаметно крадут поток всасывания.

Проверка размеров и приемки перед заказом

1. Зафиксируйте целевой вакуум на чашке, а не на генераторе. Минус 50 кПа на порту может превратиться в -30 кПа на заготовке из-за утечек и потерь в шлангах.
2. Укажите объем эвакуации и отведенное время. Перемещение 0,5 л до -60 кПа за 200 мс отличается от перемещения 20 л до -40 кПа за 5 секунд.
3. Котируем давление предложения в худшем случае. Показатели всасывания в каталоге обычно принимаются за 6 бар, а коллектор, который при переключении передач проседает до 4,5 бар, выдает заметно меньшую мощность.
4. Бюджет на утечку. Пористая или неровная заготовка может просачивать больше воздуха, чем был рассчитан на выталкиватель.
5. Воздушные шланги должны быть короткими и толстыми. Шланг диаметром 10 мм и длиной 10 м может стоить больше давления подачи, чем восстанавливает насадка.

Принятие должно быть измерено, а не предполагается. Запустите машину при минимальном нормальном давлении подачи, измерьте вакуум калиброванным манометром на чашке и засеките время цикла с помощью счетчика ПЛК. Также измерьте уровень шума на расстоянии одного метра, поскольку заявление поставщика о «тихом» уровне мало что значит, если к нему не прилагается цифра.

Если окончательное решение принимается за механический источник вакуума, борьба с шумом обычно становится отдельной статьей, поскольку роторно-лопастная машина в открытом производственном помещении не является тихим соседом. Выбор корпуса гораздо проще, если он планируется вместе с машиной, а не после первой жалобы ночной смены.

Звуковой корпус для вентилятора Roots Сегодня существует множество законов, направленных на регулирование шума, производимого промышленными линиями. Более того, многие рабочие подали иски, заявляя о повреждении слуха из-за... Посмотреть продукт →

Когда рабочий цикл требует механического источника вакуума

Для некоторых задач сжатый воздух просто не подходит. Центральный коллектор, питающий двадцать станций, процесс, поддерживающий вакуум в течение нескольких минут, линия вакуумной транспортировки или бумагоделательная машина, которой требуется стабильный вакуум в течение всей смены, — все это требует вращающейся машины, которая создает вакуум до тех пор, пока вращается двигатель.

Вакуумные установки Рутса являются обычным выбором на сухой стороне этого диапазона. Две вращающиеся в противоположных направлениях лепестки, синхронизированные с помощью распределительных шестерен, перемещают газ, не касаясь друг друга и без масла в газовом тракте, что подходит для насыщенного парами технологического воздуха, если впускной канал фильтруется. Такая же конструкция является стандартной ступенью повышения давления, когда процесс требует более глубокого вакуума, чем может достичь одна машина.

Вакуумный насос Рутса Расход: 0,6 ～ 713,8 м³/мин. Посмотреть продукт →

Сравнение вакуумного насоса Рутса с пластинчато-роторным насосом при реальных производственных нагрузках – вопрос, на который мы часто отвечаем; короткая версия заключается в том, что лопастной блок сам по себе достигает более глубокого вакуума, в то время как блок Рутса справляется с более высокой пропускной способностью и большим количеством влаги без графика замены масла.

Двухэтапные подходы по обе стороны забора

Постановка не уникальна для механических машин. Двухступенчатый эжектор размещает второе сопло после первого и использует промежуточное давление для увеличения импульса потока. Именно так компактная установка достигает -80 кПа, тогда как одноступенчатая останавливается при -55 кПа. Компромисс примерно в два раза превышает потребление сжатого воздуха при том же расходе всасывания, поэтому он окупается только тогда, когда действительно требуется более глубокий уровень.

Механическая постановка работает по тому же принципу. Две последовательно соединенные роторно-кулачковые ступени достигают более высокого коэффициента давления, чем одна пара роторов, поэтому двухступенчатые агрегаты появляются везде, где одна ступень может быть доведена до своих тепловых пределов: больший перепад давления при той же занимаемой площади и лучший показатель удельной мощности в рабочей точке.

Двухступенчатая воздуходувка серии Roots Скорость потока: 0,6 ～ 120 м³/мин. Посмотреть продукт →

Решите, используя три числа и один расчет: уровень вакуума, который вам действительно необходим на заготовке, объем, который необходимо вакуумировать, и долю цикла, в течение которого вакуум удерживается. Прерывистые и поверхностные намеки на принцип Вентури; непрерывные и глубокие точки в сторону вращающейся машины; и середина диапазона — это то место, где сравнение рабочего цикла стоимости сжатого воздуха со стоимостью электроэнергии решает спор.

На какую бы сторону этой линии ни попало ваше приложение, аппаратное обеспечение все равно должно соответствовать носителю, среде и схеме управления, а не только схеме потока каталога. Если ответом является сухая роторно-кулачковая машина, перед размещением заказа стоит сверить свой выбор с опытом обслуживания в тех же условиях. Наш производственный опыт охватывает двухлопастные машины для водоподготовки, пневмотранспорта и вакуумирования, а также глушители, шкафы управления и комплекты охлаждения, которые превращают машину в работающую установку.