luftdrevne Venturi vakuumgeneratorer har længe været en levedygtig mulighed for hurtig respons, lokaliserede, vakuumdrevne systemer. Gennem det sidste årti blev de betragtet som praktiske og fleksible løsninger med hurtig responstid. De blev dog ikke betragtet som energieffektive, sandsynligvis på grund af deres brug af trykluft. Omfattende produktudvikling med dette udstyr, især det afgørende systemtilbehør, gør ofte udvælgelsen af de mest energieffektive genstande vanskelig for mange lokaliserede operationer. I denne artikel ser vi på korrekt anvendelse og kontrol af Venturi vakuumgeneratorer, herunder en kort introduktion til teknologien og en casestudie med energiberegninger.da den italienske fysiker Giovanni Venturi fra det 18. århundrede opdagede, at når luft tvinges gennem en konisk dyse, øges dens hastighed, og trykket falder, kunne hverken han eller nogen forestille sig, at det i sidste ende ville gyde et af de mest anvendte og mest kontroversielle produkter i industrien i dag — Venturi-vakuumgeneratoren.
mange slutbrugere forstår gennem misinformation ikke fuldt ud fordelene ved dette produkt eller — endnu vigtigere — begrænsningerne. For yderligere at forvirre problemet kalder forskellige producenter dem forskellige navne (dvs. pumper, ejektorer, vakuumtransducerpumper osv.). Det mest accepterede generelle kategorinavn er efter vores mening Venturi vakuumgenerator, der beskriver nøjagtigt, hvad det gør.
for nogle er det den største ting siden skiveskåret brød. For andre er det et konstant spild af luft. I den virkelige verden ligger sandheden et sted mellem disse ekstremer, afhængigt af applikationen. Kontinuerlig produktudvikling af branchens ledere har gjort disse produkter, når de anvendes korrekt, ikke kun praktisk og lydhør, men ofte det mest energieffektive valg.
hvordan fungerer Venturi Vakuumgeneratorer?
i sin enkleste form strømmer en-trins Venturi-generatoren luft gennem en konisk Venturi-åbning. Når trykluften forlader den koniske åbningsbegrænsning til de større åbne linjer, falder trykket, og hastigheden øges. Intensiteten er sådan, at der dannes et vakuum (lavere tryk end det omgivende lufttryk), og luft, der skal evakueres fra processen, trækkes ind i den strømmende luftstrøm og blæses ud.Venturi vakuumgeneratoren har mange fordele, herunder:
- ingen vibrationer
- ingen varmegenerering
- ingen bevægelige dele
- vakuum er tændt og slukket straks med lufttilførslen
- tolererer aggressive forhold meget godt
- lave omkostninger
- hurtig at reparere eller udskifte
- kan placeres meget tæt på processen, hvilket reducerer mængden af evakueringsluft og tilbyder hurtigere cyklustider
- let og mobil
- ingen elektricitet kræves
- hurtig skiftetid til service og/eller komponentbytte
Figur 1: typisk et-trins Venturi-vakuumgenerator
et-trins vakuumgeneratorer bruger trykluft ved at accelerere den gennem begrænsningsrøret for at skabe en Venturi-effekt, som evakuerer det krævede luftvolumen. Disse Venturi-generatorer med et trin er noget begrænsede i deres evne til at passe effektivt til mange applikationer, da deres grundlæggende design er indstillet til at rumme enten det højeste strømnings-eller højeste evakueringsvolumenbehov. Typisk har denne type vakuumgenerator et forhold mellem trykluftforbrug (scfm) og vakuumstrøm (den hastighed, hvormed atmosfærisk tryk fjernes fra et system) på ikke bedre end 1:1 og undertiden så højt som 2 eller 3:1.
figur 2: typisk tidlig Venturi-vakuumgenerator i flere trin
flertrins vakuumgeneratorer blev udviklet for at forbedre denne effektivitet til mange applikationer. Flertrinsenhederne bruger en række ejektorer og dyser, der tillader trykluft at ekspandere i kontrollerede trin. Dette forbedrer normalt forholdet mellem trykluftforbrug og vakuumstrøm til et niveau på cirka 1: 3 eller bedre. Flertrinsenheder er også betydeligt mere støjsvage og kan udvikle vakuum ved lavere tryk. Denne ydelse reducerer trykluftstrømmen, der kræves under de samme forhold, og/eller reducerer reaktionstiden og øger produktiviteten.
figur 3: Koaksiale flertrins vakuumgeneratorer giver effektive luftvakuumfjernelsesforhold.
koaksial er en flertrins vakuumgenerator med flertrinsventilerne installeret omkring et koaksialt dækket rør, der strømliner strømningsprofilen betydeligt gennem generatoren. Dette design gør det muligt for koaksialpatronen at opfylde og levere mange forskellige strømnings-og trykbehov. I mange tilfælde kan den koaksiale patron inde i generatorhuset udskiftes med en anden for at give det samme udstyr mulighed for at opfylde forskellige forhold med optimal energieffektivitet til relativt lave omkostninger.
bedste praksis for energieffektivitet
Som med mange produkter, der ikke har et meget stort kapitalinvesteringsbehov, kan Venturi-vakuumgeneratorer, når de anvendes korrekt (eller forkert) og i drift, have en betydelig indvirkning på energiomkostningerne.
lad os gennemgå de grundlæggende driftsegenskaber ved vakuumgeneratorer med hensyn til trykluft energieffektivitet. I modsætning til mekaniske vakuumpumper, hvis energiindgang falder, når vakuumniveauerne går under 14″ Hg, vil de luftdrevne vakuumgeneratorer altid bruge mere trykluft til at nå lavere vakuum, fordi det skal forblive tændt (flydende luft) længere. Faktisk vil den gennemsnitlige Venturi-vakuumgenerator kræve 10 gange så meget energi for at øge vakuumniveauet fra 18″ Til 27″ HG.
derfor er det altid en driftsfordel at:
- identificere det lavest krævede vakuum, hold det der, og prøv ikke at overskride det.
- nå dette niveau så hurtigt som muligt.
- aktiver en automatisk trykluftslukning, hvis det er muligt, en gang på det krævede niveau.
for at opnå dette er nogle vigtige data nødvendige:
- samlet volumen af systemet, der skal evakueres — linjer, kopper, lækager osv.
- hvad er det minimale optimale driftsniveau for vakuum, der kræves? Dette er meget vigtigt og værd at teste, hvis det kræves.
- hvor hurtigt skal du nå dette vakuum?
- forventer du ændringer i den krævede cyklustid i den nærmeste fremtid? Disse oplysninger giver mulighed for korrekt identifikation af linjestørrelse og korrekt valg af flertrins pumpe.
- hvilke typer kontroller er nødvendige? Hvad er begrænsningerne?
Venturi vakuumgeneratorer skal generelt placeres så tæt som muligt på (eller på) den faktiske proces:
- en effektiv Venturi-generator tilbyder stor fleksibilitet i et decentraliseret system, når det er godt kontrolleret.
- med et decentraliseret system og Venturi-generatorer monteret tæt på sugekopperne, tab (forårsaget af slanger, bøjninger, fittings, ventiler, filtre osv.) er elimineret .
- når en ordentlig systemdesignstrategi implementeres, vil den drage fordel af Venturi-vakuumgeneratorens evne til at reagere hurtigt og trække det krævede vakuum hurtigt og derefter slukke for lufttilførslen, når det er muligt.
- ved hjælp af de nuværende avancerede Venturi-vakuumgeneratorer (med trykluft ved lavt tryk, Automatisk slukning af lufttilførslen, reduceret størrelse og bedre kopvalg til at bruge det lavest mulige vakuumniveau) er Skift til et centralt vakuumsystem sjældent et effektivt valg med hensyn til trykluftbrug, energiforbrug og produktivitetsforbedring.
korrekt anvendelse af vakuumteknologi for at reducere energikostnaderne
nyligt udviklet koaksialt flertrin kan anvendes korrekt til lavere indløbs tryklufttryk, hvilket resulterer i mindre trykluftbrug til at generere et lignende vakuumniveau. Koaksialpumper kan ofte udskiftes med et karosseri, hvilket gør det let og økonomisk at ændre ydeevnen, så den passer til nye situationer (dvs.indløbstryk, evakueringshastigheder osv.).
størstedelen af evakueringstiden er fra 12 ” Hg og dybere vakuum. Stigningen i vakuumniveauet fra 18″ Til 27″ Hg er 10 gange mere. Brug derfor et lavere vakuumniveau med større kopper, når det er muligt. Korrekt valg af kop er meget kritisk for at optimere driftsomkostningerne og produktiviteten, og ny vakuumkoppeteknologi fortsætter med at udvide mulighederne.
figur 4: større kopper ved lavere vakuumniveauer vil sænke energikostnaderne og øge holdekraften. Mindre kraft på cup = længere levetid.
når som helst du skal køre en vakuumgenerator, bruger den trykluft. Omvendt, når det fulde vakuum er nået, er det meget energieffektivt at lukke luftledningen til vakuumet og med korrekt ventilering holde vakuumet uden at bruge luft. Nogle porøse materialer tillader ikke dette, men mange materialer gør det.
mange gange er disse kontroller gennem et PLC-program leveret af maskinproducenten. Der er også vakuumgeneratorer med autokontrollerne helt integreret med generatorhuset.
der er en meget almindelig fejl, vi opdager under fuld plantesystemanalyse. Plantepersonale bliver bedt om at slukke for vakuumgeneratoren, når det ikke er nødvendigt — så de lukker vakuumledningen til processen, og trykluften fortsætter med at blæse. Vi finder dette tydeligt over 40 procent af tiden i situationer som: nye produktionsmaskiner, der netop er leveret; ældre produktionsmaskiner, hvis systemer er blevet opgraderet; og nyinstallerede luftdrevne Venturi-generatorsystemer på ældre produktionsmaskiner. Den ultimative ironi er i mange tilfælde, at vi finder afbrydelseskontrollen på luftledningen på nogle og vakuumledningen fra andre på den samme maskine.
figur 6: Sluk for lufttilførslen, ikke vakuumledningen.
casestudie: automatiske kontroller til Robotpalleteringsapparater
Ved en nylig anlægs revision blev et sæt på seks palleteringsapparater i slutningen af emballagelinjerne gennemgået. Hver palleteringsenhed har en robotarm med seks sugekopper og to Venturi-vakuumgeneratorer, der både kører og trækker 6 cfm ved 60 psig.
et program fik robotarmen til at hente sliparket fra siden og holde, indtil signalet fra pallen blev aktiveret. Sliparket blev derefter sat ned og frigivet, og luften blev slukket. Robotarmen gik derefter straks til stakken og hentede et andet slipark og holdt det indtil næste frigivelsessignal.
resultatet af dette var et gennemsnit over en times hold og bevægelse med trykluften på 52 sekunder og et gennemsnit på 9,3 sekunders bevægelse med luften slukket. Den gennemsnitlige cyklustid var 61,3 sekunder.
Figur 7: Palleteringslinjer med automatisk slukning af Venturi generator
de grundlæggende driftsdata inkluderet:
- produktionstimer = 6.240 om året
- blandet årlig strømhastighed = $0.115/h
- to ettrins vakuumgeneratorer ved 6 SCFM hver; fuld strømning ved 60 PSIG pr. palleteringsapparat i alt 12 SCFM hver enhed
- luft til/fra tid i alt = 52 sekunder på + 9,3 sekunder slukket = 61,3 sekunder
- årlige driftstimer luft og sugning på: 85% tid * 6.240 timer = 5.304 timer/år
- gennemsnitlig cfm: 52 sekunder liter 60 sekunder = 87% af fuld belastningsstrøm / 5,2 scfm hver ventil åben, eller 10,4 scfm for 2
- årlige driftsomkostninger for elektrisk energi: 10,4 liter 4 hver/scfm = 2,6 HK for hver palleteringsapparat eller 2,6 hk .746 ÷ .90 = 2,16 kr input energi
- 2,16 kr $0.115/5.304 timer/år = $1.318/år pr.enhed
- I alt for seks enheder = $7.908/år
vores første forslag til anlægget var at ændre programmet, så driftsprofilen var på kun 15 procent af tiden og slukket 85 procent af tiden. Dette gav potentielle årlige elektriske energibesparelser på:
- 2,16 kV $0,115/kV 936 timer = $233/år
- $1.085/år elektriske energibesparelser hver enhed ($6.510/år for seks enheder)
dette var kun at regne de elektriske energibesparelser, der går straks til bundlinjen. Der var ingen kvoter for de øvrige trykluftomkostninger (dvs.vedligeholdelse, reparationer, afskrivninger osv.). Svaret var øjeblikkeligt: “der er ingen måde, nogen vil røre ved det program. Denne maskine blev lavet i udlandet, og ingen her er uddannet på den. Slut på diskussionen.”
vores næste forslag havde lidt mere bid. Udskift de nuværende Venturi-vakuumgeneratorer med en vakuumgenerator integreret system med et indbygget automatisk slukkesystem. Denne type produkt er en Venturi-vakuumgenerator pakket med tilbehørskomponenter for automatisk at slukke for lufttilførslen, når målvakuumet er nået, og genstart (hvis nødvendigt) for at holde vakuumet. Komplet automatisk kontrol udføres inden for vakuumgeneratorenheden, og der er ikke noget krav om at ændre eller røre værtsmaskinens kontrolprogram. Med de samme driftsbetingelser har vi nu følgende driftsomkostninger for elektrisk energi til trykluftbrug:
- produktionstimer på 6,240 pr.år
- Effekthastighed på $0.115/HH
- en automatisk stop Venturi vakuumgenerator med en fuld belastningsstrøm = 10,4 scfm ved 60 psig
- sugetid: 85% af 6.240 timer/år = 5.304 timer/år
- generator trykluft til tiden på 0,7 sekunder / 50 sekunder / 0,12 minutter = 0,72 minutter/Time
- 0,72 minutter i timen (0,72 minutter) 60)=.012% timer
- 5.304 produktionstimer sugning eller 5.304 gange .012 = 64 timer/år luft på
gennemsnitlig scfm-strøm
- fuld belastningsstrøm på 10,4 scfm
- faktisk strøm af .012 minut = 10,4 scfm .012 til .125 scfm hver generator
- I alt for seks enheder = .750 scfm (til 4 hk/cfm indgangseffekt) til .187 gennemsnitlig HK .746 ÷ .9 ME) på 0,155 gennemsnitlig kV-indgang
- årlige elektriske energiomkostninger ved drift af seks enheder
(0,187 kV $0,115 /kV 64 timer) = $11,40/år
applikationerne gik fra en årlig driftsomkostning for elektrisk energi på $7.908/år for seks enheder til $11,40/år for seks enheder. Eller fra en betydelig til en næsten ubetydelig pris ved at skifte til en mere passende type vakuumgenerator til forholdene, herunder ordentlige, godt forseglede kopper.