a levegővel hajtott Venturi vákuumgenerátorok már régóta életképes lehetőség a gyors reagálású, lokalizált, vákuumüzemű rendszerek számára. Az elmúlt évtizedben kényelmes és rugalmas megoldásoknak tekintették őket, gyors válaszidővel. Ezeket azonban nem tekintették energiahatékonynak, valószínűleg a sűrített levegő használata miatt. Az ezzel a berendezéssel végzett kiterjedt termékfejlesztés, különösen a kulcsfontosságú rendszertartozékok, gyakran megnehezíti a leginkább energiahatékony termékek kiválasztását sok lokalizált művelet számára. Ebben a cikkben a Venturi vákuumgenerátorok megfelelő alkalmazását és vezérlését vizsgáljuk, beleértve a technológia rövid bemutatását és egy esettanulmányt az energia számításokkal.
amikor a 18.századi olasz fizikus, Giovanni Venturi felfedezte, hogy amikor a levegőt egy kúpos fúvókán keresztül kényszerítik, annak sebessége növekszik és a nyomás csökken, sem ő, sem senki nem tudta elképzelni, hogy végül az ipar egyik leggyakrabban használt és legellentmondásosabb terméke — a Venturi vákuumgenerátor.
sok végfelhasználó a téves információk révén nem érti teljesen a termék előnyeit, vagy — ami még fontosabb-a korlátozásokat. A probléma további megzavarása érdekében a különböző gyártók különböző neveknek nevezik őket (pl. szivattyúk, kidobók, vákuumátalakító szivattyúk stb.). Véleményünk szerint a legelfogadottabb általános kategórianév a Venturi vákuumgenerátor, amely pontosan leírja, mit csinál.
egyesek számára ez a legnagyobb dolog a szeletelt kenyér óta. Mások számára ez állandó levegőpazarlás. A való világban az igazság valahol e szélsőségek között rejlik, az alkalmazástól függően. Az iparág vezetőinek folyamatos termékfejlesztése révén ezek a termékek megfelelő alkalmazás esetén nemcsak kényelmesek és reagálóak,hanem gyakran a leginkább energiahatékonyak is.
hogyan működnek a Venturi vákuumgenerátorok?
legegyszerűbb formájában az egyfokozatú Venturi-generátor egy kúpos Venturi-nyíláson keresztül áramlik a levegő. Amint a sűrített levegő elhagyja a kúpos nyílás korlátozását a nagyobb nyitott vonalakra, a nyomás csökken, és a sebesség növekszik. Az intenzitás olyan, hogy vákuum keletkezik (alacsonyabb nyomás, mint a környezeti levegő nyomása), és a folyamatból kiürítendő levegőt az áramló légáramba húzzák és kifújják.
a Venturi vákuumgenerátornak számos előnye van, többek között:
- nincs rezgés
- nincs hőtermelés
- nincsenek mozgó alkatrészek
- a vákuum azonnal be-és kikapcsol a levegőellátással
- nagyon jól tolerálja az agresszív körülményeket
- olcsó
- gyorsan javítható vagy cserélhető
- nagyon közel lehet a folyamathoz, csökkentve az evakuálási levegő mennyiségét és gyorsabb ciklusidőket kínálva
- könnyű és mobil
- nincs szükség villamos energiára
- gyors átállási idő a szervizeléshez és/vagy Alkatrészcseréhez
1. ábra: tipikus egyfokozatú Venturi vákuumgenerátor
az egyfokozatú vákuumgenerátorok sűrített levegőt használnak a szűkítőcsövön keresztül történő gyorsítással, hogy Venturi-hatást hozzanak létre, amely kiüríti a szükséges levegőmennyiséget. Ezek az egylépcsős Venturi-generátorok némileg korlátozottak abban a képességükben, hogy sok alkalmazást hatékonyan elférjenek, mivel alaptervük úgy van beállítva, hogy a legnagyobb áramlási vagy a legnagyobb evakuálási térfogatigényt kielégítse. Az ilyen típusú vákuumgenerátor általában a sűrített levegő fogyasztásának (scfm) és a vákuumáram (a légköri nyomás eltávolításának sebessége a rendszerből) aránya nem jobb, mint 1:1, és néha olyan magas, mint 2 vagy 3:1.
2.ábra: tipikus korai többlépcsős Venturi vákuumgenerátor
többlépcsős vákuumgenerátorokat fejlesztettek ki, hogy javítsák ezt a hatékonyságot számos alkalmazásban. A többlépcsős egységek számos ejektort és fúvókát használnak, amelyek lehetővé teszik a sűrített levegő szabályozott szakaszokban történő tágulását. Ez általában javítja a sűrített levegő fogyasztásának a vákuumáramhoz viszonyított arányát körülbelül 1:3 vagy annál jobb szintre. A többlépcsős egységek szintén jelentősen csendesebbek, és alacsonyabb nyomáson vákuumot alakíthatnak ki. Ez a teljesítmény csökkenti az azonos körülmények között szükséges sűrített levegő áramlását és/vagy csökkenti a reakcióidőt és növeli a termelékenységet.
3. ábra: A koaxiális többlépcsős vákuumgenerátorok hatékony vákuumeltávolítási arányokat biztosítanak.
a koaxiális egy többlépcsős vákuumgenerátor, amelynek többlépcsős szelepei egy koaxiálisan fedett cső köré vannak felszerelve, amely jelentősen egyszerűsíti az áramlási profilt a generátoron keresztül. Ez a kialakítás lehetővé teszi a koaxiális patron számára, hogy számos különböző áramlási és nyomáskövetelményt teljesítsen és teljesítsen. Sok esetben a generátor testében lévő koaxiális patron kicserélhető egy másikra, hogy ugyanaz a hardver megfeleljen a változó feltételeknek, optimális energiahatékonysággal, viszonylag alacsony költség mellett.
az energiahatékonyság legjobb gyakorlatai
mint sok olyan termék esetében, amelyek nem rendelkeznek túl nagy tőkebefektetési igényekkel, a Venturi vákuumgenerátorok, ha megfelelően (vagy nem megfelelően) alkalmazzák és működnek, jelentős hatással lehetnek az energiaköltségekre.
nézzük át a vákuumgenerátorok alapvető működési jellemzőit a sűrített levegő energiahatékonysága tekintetében. A mechanikus vákuumszivattyúktól eltérően, amelyek energiabevitele csökken, amikor a vákuumszint 14″ Hg alá esik, a levegővel hajtott vákuumgenerátorok mindig több sűrített levegőt használnak az alacsonyabb vákuum eléréséhez, mert hosszabb ideig kell maradnia (áramló levegő). Valójában az átlagos Venturi vákuumgenerátor 10-szer annyi energiát igényel, hogy a vákuum szintjét 18″ – ról 27″ Hg-ra növelje.
ezért mindig működési előny:
- azonosítsa a legalacsonyabb szükséges vákuumot, tartsa ott, és próbálja meg nem túllépni.
- érje el ezt a szintet, amilyen gyorsan csak lehetséges.
- ha lehetséges, kapcsolja ki a sűrített levegő automatikus kikapcsolását, egyszer a kívánt szinten.
ennek eléréséhez néhány fontos adat szükséges:
- a kiürítendő rendszer teljes térfogata — vonalak, csészék, szivárgások stb.
- mekkora a vákuum minimális optimális működési szintje? Ez nagyon fontos, és érdemes tesztelni, ha szükséges.
- milyen gyorsan kell elérni ezt a vákuumot?
- várható-e változás a szükséges ciklusidőben a közeljövőben? Ez az információ lehetővé teszi a vezeték méretének megfelelő azonosítását és a megfelelő többlépcsős szivattyú kiválasztását.
- milyen típusú ellenőrzésekre van szükség? Mik a korlátozások?
a Venturi vákuumgenerátorokat általában a lehető legközelebb kell elhelyezni a tényleges folyamathoz (vagy be):
- egy hatékony Venturi generátor nagy rugalmasságot kínál egy decentralizált rendszerben, ha jól vezérelhető.
- decentralizált rendszerrel és Venturi generátorokkal, amelyek a tapadókorongok közelében vannak felszerelve, veszteségek (tömlők, kanyarok, szerelvények, szelepek, szűrők stb.) megszüntetik.
- ha megfelelő rendszertervezési stratégiát hajtanak végre, akkor kihasználja a folyamat közelében található Venturi vákuumgenerátor azon képességét, hogy gyorsan reagáljon, és gyorsan húzza ki a szükséges vákuumot, majd lehetőség szerint kapcsolja ki a levegőellátást.
- a jelenlegi legkorszerűbb Venturi vákuumgenerátorok felhasználásával (alacsony nyomású bemeneti sűrített levegővel, a levegőellátás automatikus kikapcsolásával, csökkentett méretben és jobb csészeválasztásokkal a lehető legalacsonyabb vákuumszint használatához) a központi vákuumrendszerre való áttérés ritkán hatékony választás a sűrített levegő felhasználása, az energiafelhasználás és a termelékenység javítása szempontjából.
A vákuumtechnológia megfelelő alkalmazása az energiaköltségek csökkentése érdekében
a közelmúltban kifejlesztett koaxiális többfokozatú megfelelő módon alkalmazható az alacsonyabb bemeneti sűrített levegő nyomására, ami kevesebb sűrített levegőt eredményez hasonló vákuumszint létrehozásához. A koaxiális szivattyúk gyakran felcserélhetők egy testtel, lehetővé téve a teljesítmény egyszerű és gazdaságos megváltoztatását az új helyzetekhez (pl.).
az evakuálási idő nagy része 12″ Hg és mélyebb vákuum. A vákuum szintjének növekedése 18″ – ról 27 ” Hg-ra 10-szer nagyobb. Ezért használjon alacsonyabb vákuumszintet nagyobb csészékkel, amikor csak lehetséges. A megfelelő csészék kiválasztása nagyon fontos a működési költségek és a termelékenység optimalizálása érdekében, és az új vákuumcsésze-technológia tovább bővíti a lehetőségeket.
4.ábra: a nagyobb csészék alacsonyabb vákuumszinteken csökkentik az energiaköltségeket és növelik a tartóerőt. Kevesebb erő a csészére = hosszabb élettartam.
|
5.ábra: Venturi vákuumgenerátor automatikus indítás/leállítás
|
minden alkalommal, amikor vákuumgenerátort kell futtatnia, sűrített levegőt használ. Ezzel szemben a teljes vákuum elérése után nagyon energiahatékony a légvezeték elzárása a vákuumhoz, és megfelelő szeleppel tartsa a vákuumot levegő használata nélkül. Néhány porózus anyag ezt nem teszi lehetővé, de sok anyag igen.
sokszor ezek a vezérlők A gép gyártója által biztosított PLC szoftverprogramon keresztül történnek. Vannak vákuumgenerátorok is, amelyek automatikus vezérlése teljesen integrálva van a generátor házába.
van egy nagyon gyakori hiba, amelyet a teljes növényrendszer-elemzés során fedezünk fel. Az üzem személyzetének azt mondják, hogy kapcsolja ki a vákuumgenerátort, ha nincs rá szükség — így bezárják a vákuumvezetéket a folyamathoz, és a sűrített levegő tovább fúj. Ezt az idő több mint 40%-ában nyilvánvalónak találjuk olyan helyzetekben, mint például: új gyártógépeket szállítottak le; régebbi gyártógépeket, amelyek rendszereit korszerűsítették; és újonnan telepített léghajtású Venturi generátorrendszereket a régebbi gyártógépekre. A végső irónia az, hogy sok esetben megtaláljuk az elzáró vezérlést egyeseknél a légvezetéken, másoknál a vákuumvezetéket ugyanazon a gépen.
6.ábra: állítsa le a levegőellátást, ne a vákuumvezetéket.
esettanulmány: automatikus vezérlések Robot Raklapozókhoz
egy nemrégiben végzett üzemellenőrzésen hat raklapozóból álló készletet vizsgáltak meg a csomagolási vonalak végén. Minden raklapozónak van egy robotkarja hat tapadókorongdal és két Venturi vákuumgenerátorral, amelyek mind 6 cfm-et működtetnek, mind 60 psig-en húznak.
egy szoftverben a robotkar oldalról vette fel a csúszólapot, és addig tartotta, amíg a raklapról érkező jel aktiválódott. A csúszólemezt ezután letették, elengedték, és a levegőt kikapcsolták. A robotkar ezután azonnal a köteghez ment, és felkapott egy újabb csúszólapot, tartva a következő kioldási jelig.
ennek eredménye átlagosan több mint egy óra tartás és mozgás volt a sűrített levegővel 52 másodpercen belül, és átlagosan 9,3 másodperc mozgás kikapcsolt levegővel. Az átlagos ciklusidő 61,3 másodperc volt.
7. ábra: Csomagolási vonal raklapos automatikus kikapcsolás Venturi generátor
az alapvető működési adatokat tartalmazza:
- gyártási óra = 6,240 évente
- kevert éves teljesítmény arány = $0.115/kWh
- két egyfokozatú vákuumgenerátor 6 SCFM-en; teljes áramlás 60 PSIG/raklapos egységenként összesen 12 SCFM-en
- levegő Be/Ki idő összesen = 52 másodperc be + 9.3 másodperc ki = 61.3 másodperc
- éves üzemóra levegő és szívó on: 85% idő x 6240 óra = 5304 óra/év
- átlagos cfm: 52 másodperc 60 másodperc = a teljes terhelés áramlásának 87% – a / 5,2 scfm minden szelep nyitva, vagy 10,4 scfm 2
- éves elektromos energia működési költség: 10,4 XNUMX mindegyik / scfm = 2,6 le minden raklapozóhoz, vagy 2,6 le x .746 ÷ .90 = 2,16 kW Bemeneti energia
- 2,16 kW x $0.115 / kWh x 5,304 óra/év = 1,318 USD/év egységenként
- összesen hat egység esetén = 7,908 USD / év
az első javaslatunk az üzem számára az volt, hogy változtassuk meg a szoftvert úgy, hogy a működési profil csak az idő 15 százalékában, az idő 85 százalékában legyen. Ez potenciális éves villamosenergia-megtakarítást eredményezett:
- 2.16 kW x $0.115 / kWh x 936 óra = $233/év
- $1,085/év elektromos energiamegtakarítás minden egységnél ($6,510/év hat egységnél)
Ez csak az elektromos energiaköltségek megtakarítását jelentette, amely azonnal az alsó sorba kerül. A sűrített levegő egyéb költségeire (karbantartás, javítás, értékcsökkenés stb.). A válasz azonnali volt: “nincs mód arra, hogy bárki megérintse ezt a szoftvert. Ezt a gépet a tengerentúlon gyártották, és itt senki sem képzett rá. Vége a beszélgetésnek.”
a következő javaslatunk még egy kicsit harapott. Cserélje ki a jelenlegi Venturi vákuumgenerátorokat egy vákuumgenerátor integrált rendszerre, beépített automatikus kikapcsolási rendszerrel. Ez a típusú termék egy Venturi vákuumgenerátor, amely kiegészítő alkatrészekkel van csomagolva, hogy automatikusan kikapcsolja a levegőellátást, amikor a cél vákuumot eléri, és újraindítja (ha szükséges) a vákuum megtartásához. A teljes automatikus vezérlés a vákuumgenerátor szerelvényen belül történik, és nincs szükség a gazdagépek vezérlő szoftverének módosítására vagy megérintésére. Ugyanazokkal a működési feltételekkel most a következő üzemi elektromos energiaköltség-elemzéssel rendelkezünk a sűrített levegő használatához:
- évi 6240 gyártási óra
- Teljesítményarány 0 USD.115/kWh
- egy auto stop Venturi vákuum generátor egy teljes terhelés flow = 10.4 scfm 60 psig
- szívási idő: 85% – a 6,240 óra/év = 5,304 óra/év
- generátor sűrített levegő időben 0,7 másodperc / 50 másodperc / 0,12 perc = 0,72 Perc/óra
- 0,72 Perc / óra (0,72 60) = .012% óra
- 5,304 gyártási óra szívás vagy 5,304 x .012 = 64 óra/év levegő
átlagos scfm áramlás
- teljes terhelés áramlása 10,4 scfm
- tényleges áramlása .012 perc = 10,4 scfm x .012 mert .125 scfm minden generátor
- összesen hat egység = .750 scfm (++4 hp / cfm bemeneti teljesítmény) mert .187 átlagos hp (x .746 ÷ .9 ME) 0,155 átlagos kW bemenet
- Éves villamos energia működési költsége hat egység
(0,187 kW x $0,115 /kWh x 64 óra) = $11,40/év
az alkalmazások ment Éves villamos energia működési költsége $7,908/év hat egység 11,40/év hat egység. Vagy, jelentőstől szinte jelentéktelen költségig azáltal, hogy a körülményekhez megfelelőbb típusú vákuumgenerátorra vált, beleértve a megfelelőt is, jól lezárt csészék.