generatoarele de vid Venturi acționate cu aer au fost mult timp o opțiune viabilă pentru sistemele cu răspuns rapid, localizate, alimentate cu vid. În ultimul deceniu, au fost considerate soluții convenabile și flexibile, cu timp de răspuns rapid. Cu toate acestea, acestea nu au fost considerate eficiente din punct de vedere energetic, probabil datorită utilizării aerului comprimat. Dezvoltarea extinsă a produselor cu acest echipament, în special accesoriile cruciale ale sistemului, face adesea dificilă selectarea celor mai eficiente din punct de vedere energetic pentru multe operațiuni localizate. În acest articol, analizăm aplicarea și controlul adecvat al generatoarelor de vid Venturi, inclusiv o scurtă introducere a tehnologiei și un studiu de caz cu calcule energetice.când fizicianul Italian Giovanni Venturi din secolul al 18 — lea a descoperit că atunci când aerul este forțat printr-o duză conică viteza crește și presiunea scade, nici el, nici nimeni nu ar putea concepe că în cele din urmă va genera unul dintre cele mai utilizate și mai controversate produse din industria de astăzi-Generatorul de vid Venturi.
mulți utilizatori finali, prin dezinformare, nu înțeleg pe deplin beneficiile acestui produs sau — mai important — limitările. Pentru a confunda și mai mult problema, diferiți producători le numesc nume diferite (adică. pompe, Ejectoare, pompe cu traductor de vid etc.). Cel mai acceptat nume general al categoriei, în opinia noastră, este Venturi vacuum generator, care descrie exact ceea ce face.
pentru unii, este cel mai grozav lucru de la pâinea feliată. Pentru alții, este o pierdere constantă de aer. În lumea reală, adevărul se află undeva între aceste extreme, în funcție de aplicație. Dezvoltarea continuă a produselor de către liderii industriei a făcut ca aceste produse, atunci când sunt aplicate corect, nu numai convenabile și receptive, dar adesea cea mai eficientă selecție energetică.
cum funcționează generatoarele de vid Venturi?
în forma sa cea mai simplă, Generatorul Venturi cu o singură treaptă curge aer printr-un orificiu conic Venturi. Pe măsură ce aerul comprimat părăsește restricția orificiului conic la liniile deschise mai mari, presiunea scade și viteza crește. Intensitatea este astfel încât se formează un vid (presiune mai mică decât presiunea aerului ambiant) și aerul care trebuie evacuat din proces este tras în fluxul de aer care curge și suflat.
Generatorul de vid Venturi are multe avantaje, printre care:
- fără vibrații
- fără generare de căldură
- fără piese în mișcare
- Vacuumul este pornit și oprit imediat cu alimentarea cu aer
- tolerează foarte bine condițiile agresive
- cost redus
- rapid de reparat sau înlocuit
- poate fi localizat foarte aproape de proces, reducând cantitatea de aer evacuat și oferind timpi de ciclu mai rapizi
- ușoare și mobile
- nu este necesară electricitate
- timp de schimbare rapidă pentru service și/sau schimbarea componentelor
Figura 1: Generator de vid Venturi tipic cu o singură treaptă
generatoarele de vid cu o singură treaptă utilizează aer comprimat accelerându-l prin tubul restrictor pentru a crea un efect Venturi, care evacuează volumul necesar de aer. Aceste generatoare Venturi cu o singură treaptă sunt oarecum limitate în capacitatea lor de a se potrivi eficient multor aplicații, deoarece designul lor de bază este setat pentru a se potrivi fie cu cel mai mare debit, fie cu cel mai mare volum de evacuare necesar. De obicei, acest tip de generator de vid are un raport între consumul de aer comprimat (scfm) și debitul de vid (rata la care presiunea atmosferică este îndepărtată dintr-un sistem) de cel mult 1:1 și uneori până la 2 sau 3:1.
Figura 2: Generator de vid Venturi tipic timpuriu în mai multe etape
generatoarele de vid în mai multe etape au fost dezvoltate pentru a îmbunătăți această eficiență pentru multe aplicații. Unitățile cu mai multe etape utilizează o serie de Ejectoare și duze care permit aerului comprimat să se extindă în etape controlate. Acest lucru îmbunătățește de obicei raportul dintre consumul de aer comprimat și fluxul de vid la un nivel de aproximativ 1:3 sau mai bun. Unitățile cu mai multe trepte sunt, de asemenea, semnificativ mai silențioase și pot dezvolta vid la presiune mai mică. Această performanță va reduce debitul de aer comprimat necesar în aceleași condiții și/sau va reduce timpul de reacție și va crește productivitatea.
Figura 3: Generatoarele de vid coaxiale în mai multe etape asigură raporturi eficiente de îndepărtare a vidului de aer.
Coaxial este un generator de vid în mai multe etape cu supapele în mai multe etape instalate în jurul unui tub acoperit coaxial care eficientizează semnificativ profilul de curgere prin generator. Acest design permite cartușului coaxial să îndeplinească și să livreze multe cerințe diferite de debit și presiune. În multe cazuri, cartușul coaxial din interiorul corpului generatorului poate fi schimbat cu altul pentru a permite aceluiași hardware să îndeplinească condiții variate, cu o eficiență energetică optimă la un cost relativ scăzut.
cele mai bune practici pentru eficiența energetică
ca și în cazul multor produse care nu au o cerință de investiții de capital foarte mare, generatoarele de vid Venturi, atunci când sunt aplicate și operaționale în mod corespunzător (sau necorespunzător), pot avea un impact semnificativ asupra costurilor energiei.
să trecem în revistă caracteristicile de funcționare de bază ale generatoarelor de vid în ceea ce privește eficiența energetică a aerului comprimat. Spre deosebire de pompele mecanice de vid, a căror intrare de energie scade pe măsură ce nivelurile de vid scad sub 14″ de Hg, generatoarele de vid acționate cu aer vor folosi întotdeauna mai mult aer comprimat pentru a atinge un vid mai mic, deoarece trebuie să rămână aprins (aerul care curge) mai mult timp. De fapt, Generatorul mediu de vid Venturi va necesita de 10 ori mai multă energie pentru a crește nivelul de vid de la 18″ la 27″ Hg.
prin urmare, este întotdeauna un avantaj Operațional să:
- identificați cel mai mic vid necesar, țineți-l acolo și încercați să nu-l depășiți.
- ajunge la acest nivel cât mai repede posibil.
- cuplați o oprire automată a aerului comprimat, dacă este posibil, o dată la nivelul cerut.
pentru a realiza acest lucru, sunt necesare câteva date importante:
- volumul Total al sistemului care trebuie evacuat — linii, cupe, scurgeri etc.
- care este nivelul minim optim de funcționare al vidului necesar? Acest lucru este foarte important și merită testat dacă este necesar.
- cât de repede trebuie să ajungi la acest vid?
- anticipați orice schimbări în timpul ciclului necesar în viitorul apropiat? Aceste informații vor permite identificarea corectă a dimensiunii liniei și selectarea corectă a pompei în mai multe etape.
- ce tipuri de controale sunt necesare? Care sunt limitările?
generatoarele de vid Venturi ar trebui, în general, să fie amplasate cât mai aproape posibil de (sau pe) procesul real:
- un generator Venturi eficient oferă o mare flexibilitate într-un sistem descentralizat atunci când este bine controlat.
- cu un sistem descentralizat și generatoare Venturi montate aproape de ventuze, pierderi (cauzate de furtunuri, coturi, fitinguri, supape, filtre etc.) sunt eliminate.
- atunci când este implementată o strategie adecvată de proiectare a sistemului, acesta va profita de capacitatea generatorului de vid Venturi situat în apropierea procesului de a reacționa rapid și de a trage rapid vidul necesar, apoi va opri alimentarea cu aer ori de câte ori este posibil.
- folosind generatoarele de vid Venturi de ultimă generație (cu aer comprimat de joasă presiune, oprirea automată a alimentării cu aer, dimensiuni reduse și alegeri mai bune ale Cupei pentru a utiliza cel mai mic nivel de vid posibil), trecerea la un sistem central de vid este rareori o alegere eficientă în ceea ce privește utilizarea aerului comprimat, utilizarea energiei și îmbunătățirea productivității.
aplicarea corectă a tehnologiei de vid pentru a Reduce costurile cu energia
recent dezvoltat coaxial în mai multe etape poate fi aplicat în mod corespunzător la o presiune mai mică a aerului comprimat, rezultând o utilizare mai mică a aerului comprimat pentru a genera un nivel similar de vid. Pompele coaxiale sunt adesea interschimbabile cu un corp, permițând o schimbare ușoară și economică a performanței pentru a se potrivi unor situații noi (adică presiunea de intrare, ratele de evacuare etc.).
majoritatea timpului de evacuare este de la 12″ Hg și vid mai profund. Creșterea nivelului de vid de la 18″ la 27 ” Hg este de 10 ori mai mare. Prin urmare, utilizați un nivel de vid mai mic cu cupe mai mari ori de câte ori este posibil. Selectarea corectă a cupei este foarte critică pentru a optimiza costurile de operare și productivitatea, iar noua tehnologie a cupei de vid continuă să extindă oportunitățile.
Figura 4: Cupele mai mari la niveluri mai mici de vid vor reduce costurile de energie și vor crește forța de reținere. Mai puțină forță pe cupă = viață mai lungă.
|
figura 5: Generator de vid venturi cu pornire/oprire automată
|
de fiecare dată când trebuie să rulați un generator de vid, acesta utilizează aer comprimat. În schimb, odată ce se atinge vidul complet, este foarte eficient din punct de vedere energetic să opriți conducta de aer la vid și, cu o supapă adecvată, să țineți vidul fără a utiliza aer. Unele materiale poroase nu vor permite acest lucru, dar multe materiale o fac.
de multe ori aceste comenzi sunt printr-un program software PLC furnizat de producătorul mașinii. Există, de asemenea, generatoare de vid cu comenzile automate complet integrate cu carcasa generatorului.
există o eroare foarte frecventă pe care o descoperim în timpul analizei complete a sistemului de plante. Personalului instalației i se spune să oprească generatorul de vid atunci când nu este necesar — astfel încât să închidă linia de vid la proces, iar aerul comprimat continuă să sufle. Găsim acest lucru evident peste 40 la sută din timp în situații cum ar fi: mașini noi de producție tocmai livrate; mașini de producție mai vechi ale căror sisteme au fost modernizate; și sisteme de generare Venturi cu aer nou instalate pe mașini de producție mai vechi. Ironia finală este că, în multe cazuri, găsim controlul de oprire pe linia de aer pe unele și linia de vid a altora pe aceeași mașină.
Figura 6: opriți alimentarea cu aer, nu conducta de vid.
studiu de caz: comenzi automate pentru Paletizatoare robotizate
la un audit recent al fabricii, au fost revizuite un set de șase paletizatoare, la sfârșitul liniilor de ambalare. Fiecare Paletizator are un braț robotizat cu șase ventuze și două generatoare de vid Venturi, ambele funcționând și desenând 6 cfm la 60 psig.
un program software a pus brațul robotic să ridice foaia de alunecare din lateral și să țină până când semnalul de pe palet este activat. Foaia de alunecare a fost apoi așezată și eliberată, iar aerul a fost oprit. Brațul robotic s-a dus imediat la stivă și a ridicat o altă foaie de alunecare, ținându-l până la următorul semnal de eliberare.
rezultatul a fost o medie de peste o oră de menținere și mișcare cu aerul comprimat pe 52 de secunde și o medie de 9,3 secunde de mișcare cu aerul oprit. Durata medie a ciclului a fost de 61,3 secunde.
Figura 7: Paletizatoare linie de ambalare cu oprire automată Venturi generator
datele de operare de bază incluse:
- ore de producție = 6.240 pe an
- amestec rata anuală de putere = $0,115/kWh
- două generatoare de vid cu o singură treaptă la 6 SCFM fiecare; debit complet la 60 PSIG pe Paletizator pentru un total de 12 SCFM fiecare unitate
- timp de pornire/oprire a aerului total = 52 secunde pornit + 9,3 secunde oprit = 61,3 secunde
- ore anuale de funcționare aer și aspirație pornit: 85% timp x 6,240 ore = 5,304 ore/an
- cfm medie: 52 secunde 60 secunde = 87% din fluxul de sarcină completă / 5.2 scfm fiecare supapă deschisă, sau 10.4 scfm pentru 2
- costul anual de operare a energiei electrice: 10.4 4 fiecare / SCFM = 2.6 CP pentru fiecare Paletizator, sau 2.6 CP x .746 ÷ .90 = 2.16 kW energie de intrare
- 2.16 kW x $0.115 / kWh x 5.304 ore/an = 1.318 USD/an pe unitate
- Total pentru șase unități = 7.908 USD/an
prima noastră sugestie către uzină a fost să schimbăm programul software, astfel încât profilul de Operare să fie activat doar 15% din timp și oprit 85% din timp. Acest lucru a oferit potențiale economii anuale de energie electrică de:
- 2,16 kW x 0,115 USD/kWh x 936 ore = 233 USD/an
- 1.085 USD/an economii de energie electrică pe unitate (6.510 USD/an pentru șase unități)
aceasta a fost doar imaginând economiile de costuri de energie electrică care merg imediat la linia de jos. Nu au existat cote pentru celelalte costuri de aer comprimat (de exemplu, întreținere, reparații, depreciere etc.). Răspunsul a fost imediat: „nimeni nu va atinge acel software. Această mașină a fost făcută în străinătate și nimeni de aici nu este instruit pe ea. Sfârșitul discuției.”
următoarea noastră sugestie a avut un pic mai mult muscatura. Înlocuiți generatoarele de vid Venturi actuale cu un sistem integrat de generator de vid cu un sistem de închidere automată încorporat. Acest tip de produs este un generator de vid Venturi ambalat cu componente accesorii pentru a opri automat alimentarea cu aer la atingerea vidului țintă și a reporni (dacă este necesar) pentru a menține vidul. Controlul automat complet este realizat în cadrul ansamblului generatorului de vid și nu există nicio cerință de modificare sau atingere a software-ului de control al mașinilor gazdă. Cu aceleași condiții de funcționare, avem acum următoarea analiză a costurilor energiei electrice de operare pentru utilizarea aerului comprimat:
- ore de producție de 6.240 pe an
- rata de putere de $0.115/kWh
- o oprire automată Venturi generator de vid cu un debit de sarcină completă = 10,4 scfm la 60 psig
- timp de aspirație: 85% din 6.240 ore / an = 5.304 ore/an
- Generator de aer comprimat pe timp de 0,7 secunde / 50 secunde / 0,12 minute = 0,72 Minute/oră
- 0,72 minute pe oră (0,72 60)=.012% ore
- 5,304 ore de producție de aspirație sau 5,304 x .012 = 64 Ore/An aer pe
debit mediu scfm
- flux de sarcină completă de 10,4 scfm
- flux real de .012 minut = 10.4 scfm x .012 pentru .125 scfm fiecare generator
- Total pentru șase unități = .750 scfm (x-x 4 cp/Putere de intrare cfm) pentru .187 hp medie (x .746 ÷ .9 ME) de 0.155 kW medie de intrare
- costul anual de energie electrică de operare șase unități
(0.187 kW x $0.115 / kWh x 64 ore) = $11.40/an
cererile au trecut de la un cost anual de exploatare a energiei electrice de $7,908/an pentru șase unități la $11.40/an pentru șase unități. Sau, de la un cost semnificativ la un cost aproape nesemnificativ prin trecerea la un generator de vid de tip mai adecvat pentru condiții, inclusiv cupe adecvate, bine sigilate.