Ứng dụng của thiết bị tạo chân không rất phổ biến trong công nghiệp ngày nay nhưng thật không may, chân không vẫn còn một chút bí ẩn. Mục tiêu của bài viết này là cung cấp câu trả lời cho các câu hỏi thường gặp nhất khi sử dụng chân không để sản xuất hoặc di chuyển (pick and place) một sản phẩm.

Hệ thống bơm hút chân không

1) Chân không là gì?

Chân không là thuật ngữ được sử dụng để mô tả vùng áp suất dưới áp suất khí quyển hoặc khu vực xung quanh:

1 Khí quyển @ mực nước biển = 14,7 PSIA = 0 PSIG = 29,92 Hg

Khi nói về chân không, hãy nhớ rằng nó ngược lại với áp lực; chân không cao có nghĩa là áp suất thấp.

2) Đo chân không như thế nào?

Người ta biểu thị chân không dưới đơn vị đo áp suất. Áp suất chân không có thể được biểu thị bằng giá trị đo hoặc khí quyển. Một nguyên tắc đơn giản là các giá trị đo bắt đầu từ 0 trong khi các giá trị tuyệt đối kết thúc bằng 0. Ở Mỹ, cách phổ biến nhất mà chân không được tham chiếu là bằng inch thủy ngân, thước đo (siêu tốc Hgv):

Khí áp kế loại cơ

29,92: Hgv (thước đo) = 0 H Hga (tuyệt đối)

0 leo Hgv = 14,7 PSIA

0 leo Hga = 0 PSIA

Đối với các ứng dụng quy trình chạy ở mức chân không cao hơn (hoặc sâu hơn), chân không thường được biểu thị theo tỷ lệ tuyệt đối vì mức áp suất cần phải được đọc theo mức tăng nhỏ hơn. Torr hoặc milimét thủy ngân (mmHga) được sử dụng phổ biến nhất, cả hai đều cung cấp cùng cách đọc hoặc chỉ dẫn:

1 Torr = 1 mmHga

760 Torr = 760 mmHga = 0 Hay Hgv = 29,92 Cấm Hga = 14,7 PSIA

3) Chức năng của bơm chân không là gì?

Chức năng chính của bơm chân không là:

Xử lý rò rỉ không khí và / hoặc không ngưng tụ vào hệ thống chân không để duy trì mức chân không cụ thể.
Để sơ tán một thể tích hoặc không gian từ áp suất ban đầu xuống áp suất thấp hơn.
Một sự kết hợp của trên.

4) Máy bơm chân không được xếp hạng như thế nào?

Tùy thuộc vào nhà sản xuất máy bơm, máy bơm chân không thường được xếp hạng trong ACFM hoặc SCFM. ACFM hoặc feet khối thực tế mỗi phút đo thể tích không khí ở một áp suất nhất định trong điều kiện chân không thực tế (nghĩa là không khí mở rộng). SCFM hoặc feet khối tiêu chuẩn mỗi phút đo thể tích không khí ở áp suất nhất định ở điều kiện khí quyển (nghĩa là không khí không giãn nở).

Theo kết quả của phép đo, các giá trị ACFM sẽ luôn lớn hơn các mức SCFM ngoại trừ ở áp suất khí quyển nơi chúng giống nhau (còn gọi là công suất danh nghĩa). Để so sánh chính xác hiệu suất bơm chân không, công suất được quảng cáo phải được chuyển đổi thành ACFM hoặc SCFM, điều này có thể dễ dàng thực hiện bằng cách thiết lập tỷ lệ của một thể tích ở mức chân không cụ thể bằng cách sử dụng phương trình sau:

Tỷ lệ âm lượng = P1 / P2 trong đó: P1 = 29,92 Hga

P2 = Mức chân không, tối Hga

Ví dụ: giả sử một máy bơm có xếp hạng 5 SCFM @ 20 Lọ Hgv. Làm thế nào để chúng tôi xác định ACFM? Đầu tiên, chuyển đổi số đọc thành tuyệt đối:

Từ ACFM đến SCFM

P2 = 29,92 Lg Hgv – 20 Đọ Hgv = 9,92 Lát Hga Sau đó chia P1 cho P2: Tỷ lệ của một khối lượng = 29,92 / 9,92 = 3

Để chuyển đổi sang ACFM nhân xếp hạng SCFM @ P2 theo tỷ lệ của một âm lượng: ACFM = 5 x 3 = 15

Bảng: Để chuyển đổi từ ACFM sang SCFM, hãy chia mức ACFM cho tỷ lệ của một âm lượng. Xem dưới đây cho một biểu đồ tỷ lệ phổ biến.

5) Tôi cần mức độ chân không nào cho ứng dụng của mình?

Hầu hết các ứng dụng chân không công nghiệp đều yêu cầu mức chân không trong phạm vi 10 – 25 Hgv. Đối với một số ứng dụng quy trình và sản xuất, phạm vi hoạt động cao hơn, thường là từ 26 – 28 Lọ Hgv (50 – 100 Torr).

Quá thường xuyên, việc chỉ định mức chân không cao hơn mức cần thiết dẫn đến vốn bơm chân không cao hơn và chi phí vận hành, không phải là hiệu suất / sản xuất / thông lượng cao hơn. Theo nguyên tắc thông thường, mức chân không cần thiết cho một quy trình nhất định phải là mức được yêu cầu để thực hiện hiệu quả công việc trên máy tính được yêu cầu (cộng với hệ số an toàn).

Ví dụ, với một ứng dụng yêu cầu mức chân không là 20 LÊ Hgv và có tốc độ rò rỉ không đổi 5 SCFM ở áp suất khí quyển, công suất đầu vào được tính toán ở bơm chân không để duy trì mức chân không sẽ là 15 ACFM (5 SCFM x Ratio của 3). Nếu sử dụng bơm chân không kiểu cánh quạt quay, điều này sẽ chuyển thành kích thước động cơ khoảng 1,5 HP.

Tuy nhiên, nếu chỉ định mức chân không cao hơn (giả sử 25 Lg Hgv) với cùng tốc độ rò rỉ 5 SCFM, kích thước của bơm sẽ tăng khi công suất đầu vào tính toán ở bơm chân không tăng gấp đôi về thể tích lên 30,5 ACFM (5 SCFM x Tỷ lệ 6.1) để duy trì mức chân không cao hơn. Điều này bây giờ có nghĩa là máy bơm cánh quạt quay tương tự sẽ cần một động cơ 5.0 HP để đáp ứng yêu cầu công suất tăng ở mức chân không cao hơn. Chi phí cao hơn sẽ luôn được nhận ra khi cao hơn mức chân không cần thiết được chỉ định.

6) Làm thế nào để tôi biết nên sử dụng kiểu bơm nào?

Trong thị trường ngày nay, có rất nhiều kiểu dáng và loại bơm chân không khác nhau. Chất lỏng cơ học hoặc động cơ chạy bằng động cơ, quay hoặc chuyển động, không dầu hoặc bôi trơn; có nhiều sự lựa chọn để lựa chọn

Bước đầu tiên trong việc lựa chọn máy bơm chân không phù hợp với quy trình là đảm bảo rằng máy bơm được thiết kế để hoạt động ở mức chân không hoặc phạm vi chân không cần thiết. Ví dụ, máy bơm được thiết kế dành riêng cho dịch vụ chân không cao không bao giờ được áp dụng hoặc vận hành trên các ứng dụng trong phạm vi chân không thô (vì chúng không được thiết kế để xử lý lưu lượng khí lớn hơn ở mức chân không thấp hơn).

Hình dạng của đường cong hiệu suất của bơm liên quan đến mức chân không cần thiết cũng là một điều cần cân nhắc. Không bao giờ chọn một máy bơm trong đó mức chân không cần thiết rơi vào hoặc vượt qua đường cong đầu gối của đường cong, vì hiệu suất của bơm tại thời điểm đó bị giảm. (Lưu ý rằng hình dạng của đường cong và vị trí của đầu gối của đường cong phụ thuộc vào công nghệ bơm đã chọn.)

Tiếp theo xem xét tình trạng của luồng khí đến. Ví dụ, trong nấu chân không, một lượng lớn hơi nước được loại bỏ trong chân không để giảm độ ẩm trong sản phẩm. Không khí bão hòa cao này sẽ nhanh chóng làm bẩn kiểu bơm dầu bôi trơn vì hơi có thể ngưng tụ trước hoặc trong chính bơm. Tuy nhiên, một máy bơm vòng chất lỏng kín nước, cũng hoạt động như một bình ngưng, sẽ không chịu bất kỳ tác động xấu nào – hiệu suất của nó thực sự sẽ được tăng cường nhờ hơi ngưng tụ.

Cuối cùng, hãy xem xét tổng chi phí sở hữu một máy bơm chân không, không chỉ giá mua ban đầu của nó. Bơm chân không có mức hiệu suất khác nhau (ACFM / kW) tùy thuộc vào thiết kế và công nghệ bơm. Quá thường xuyên, máy bơm rẻ nhất để mua hóa ra là máy bơm đắt nhất để sở hữu, lâu dài.

7) Tôi nên sử dụng máy bơm riêng lẻ hay hệ thống bơm trung tâm ?

Đối với các công ty có nhiều máy sử dụng máy bơm chân không, câu hỏi thường được đặt ra, tôi có nên ở lại với các máy bơm riêng lẻ hay tôi nên chuyển sang hệ thống chân không trung tâm?

Hoặc là phương pháp có ưu điểm và nhược điểm của nó. Máy bơm cá nhân, thường được đặt trên hoặc gần máy, ít tốn kém hơn khi mua so với hệ thống trung tâm. Vị trí của họ tại máy cũng giúp loại bỏ sự cần thiết của hệ thống đường ống chân không rộng của nhà máy để kết nối tất cả các điểm sử dụng chân không với hệ thống trung tâm.

Các máy bơm riêng lẻ có thể yêu cầu bảo trì nhiều hơn các hệ thống trung tâm (vì có nhiều máy bơm hơn để phục vụ). Ngoài ra, tiếng ồn, nhiệt, dầu hoặc khói phát ra từ (các) máy bơm có thể gây ra tình huống không mong muốn cho công nhân trên các máy đó.

Các hệ thống trung tâm, khi được áp dụng đúng cách, có thể cung cấp cho tất cả các yêu cầu chân không hiện tại và tương lai. Khi được cung cấp dưới dạng hệ thống song công, các máy bơm riêng lẻ có thể được định kích thước để liên tục cung cấp 100% công suất nhà máy cần thiết (với 100% dự phòng) hoặc để cung cấp 100% công suất tải cực đại (trong đó mỗi máy bơm chiếm 60% tổng tải) và nơi mà các máy bơm chạy trên mạng theo yêu cầu, họ cung cấp năng lượng và tiết kiệm chi phí vận hành. Các hệ thống trung tâm cũng có thể được cung cấp trong một cấu hình có thể mở rộng, nơi các máy bơm / điều khiển bổ sung có thể dễ dàng được tích hợp khi nhu cầu trong tương lai tăng lên.

Máy hút chân không

8) Điều gì về việc sử dụng máy thu hoặc bình chứa chân không?

Một quan niệm sai lầm phổ biến với chân không là việc bổ sung máy thu hoặc bể chứa sẽ giúp tăng hiệu suất của máy / máy bơm / hệ thống. Điều này tất nhiên không phải lúc nào cũng đúng 100% vì nó phụ thuộc vào một số yếu tố và cân nhắc kích thước.

Đối với một số ứng dụng nhất định, như ép nóng chân không, máy thu thực sự thực hiện công việc bằng cách nhanh chóng sơ tán khối lượng khuôn sau khi van điều khiển được cấp điện. Bơm chân không trong các ứng dụng này chỉ đơn giản được sử dụng để sơ tán bể giữa các chu kỳ hình thành, không đặc biệt để thực hiện sơ tán khuôn.

Đối với nhiều ứng dụng, chỉ cần thêm một bộ thu sẽ chỉ thêm vào khối lượng chung của hệ thống chân không và thực sự có thể cản trở hiệu suất. Vì không có hiệu ứng lưu trữ được nhận ra (ngược lại với khí nén), nên việc sử dụng âm lượng máy thu thường chỉ giới hạn ở những ứng dụng yêu cầu sơ tán âm lượng hoặc trong đó máy thu được sử dụng như một phần của chân không trung tâm hệ thống, hoạt động như một chấn lưu để giúp ổn định mức chân không (khi nhu cầu chân không thay đổi).

9. Tại sao áp suất giảm có tác động đáng kể đến các hệ thống chân không?

Khi nói đến việc thiết kế hệ thống chân không, giảm áp có thể có tác động đáng kể đến kích thước, hiệu quả và chi phí của hệ thống chân không – nhưng tại sao? Không giống như hệ thống nước hoặc khí nén, chân không có giới hạn tự nhiên về mức độ hoạt động của máy bơm mà một máy bơm chân không nhất định có thể làm được (hoạt động như sự khác biệt giữa mức áp suất ở đầu vào bơm so với khí thải của bơm) nên áp suất hệ thống giảm xuống nhỏ vì 1 mm (1 Torr) có thể có tác động đến thiết kế hệ thống tùy thuộc vào áp suất vận hành cần thiết.

Hãy xem xét rằng khi nó hoạt động, một máy bơm chân không điển hình sẽ hút không khí ở cửa vào dưới áp suất khí quyển (chân không), nén nó, và sau đó xả khí ở khí thải của bơm ở, hoặc cao hơn một chút, áp suất khí quyển (14,7 PSIA ở mực nước biển) . Với độ chân không thấp nhất có thể đạt được là 0 PSIA, chênh lệch áp suất tối đa (hoặc công việc) mà bơm chân không có thể cung cấp là 14,7 PSIA ở mực nước biển (hoặc áp suất khí quyển ở bất cứ nơi nào máy bơm được lắp đặt). Do đó, giới hạn nén bơm chân không là 1 khí quyển.

Trong một hệ thống khí nén thông thường, máy nén không có giới hạn như vậy. Điều này có nghĩa là việc giảm áp suất trong hệ thống đường ống thường có thể được khắc phục bằng cách đơn giản là tăng áp suất tại điểm cung cấp để tăng mức áp suất tại điểm sử dụng. Tùy thuộc vào mức độ chân không cần thiết và mức giảm áp suất trong hệ thống, cách tiếp cận tương tự có thể không thể thực hiện được với chân không.

10. Áp suất giảm là gì?

Sụt áp (ΔP) là mất áp suất do lực ma sát tác dụng lên một chất lỏng chảy trong đường ống. Các lực ma sát này bao gồm chính các thành ống và đặc điểm của kiến ​​trúc đường ống (khuỷu tay, van, mở rộng / co thắt, v.v.).

Đối với một lưu lượng nhất định, đường kính của ống càng nhỏ và số lượng chướng ngại vật càng lớn thì áp suất giảm càng lớn. Vì vậy, một lần nữa, tại sao điều này rất quan trọng đối với kích thước / thiết kế hệ thống chân không?

Ví dụ, hãy để tưởng tượng một quy trình sử dụng máy sấy chân không và yêu cầu công suất 100 ACFM ở 10 Torr (tại máy sấy) và hệ thống chân không được chọn sẽ phù hợp chính xác với yêu cầu này. Bây giờ, hãy để nói rằng lượng không gian sàn hợp lý duy nhất có sẵn để lắp đặt hệ thống chân không nằm ở phía bên kia của cơ sở sẽ yêu cầu lắp đặt hệ thống đường ống chuyên dụng. Tuy nhiên, sau khi lắp đặt hệ thống chân không và đường ống, xác định rằng sẽ giảm áp suất 2 Torr và tốt nhất là hệ thống chân không có thể cung cấp tại máy sấy sẽ là 12 Torr. Bằng cách chọn một hệ thống chân không dựa trên yêu cầu công suất tại máy sấy và không tính toán sự giảm áp suất trong hệ thống được kết nối, điều này sẽ dẫn đến một hệ thống quá nhỏ có nghĩa là thời gian sấy lâu hơn, giảm sản lượng và / hoặc độ ẩm dư thừa trong sản phẩm.

Trong trường hợp này, một hệ thống chân không có xếp hạng công suất 125 ACFM @ 8 torr (tại hệ thống) sẽ được yêu cầu để đảm bảo cung cấp 10 Torr tại máy sấy. Ở đây, việc giảm áp suất 2 Torr dẫn đến một hệ thống cần lớn hơn 25% so với suy nghĩ ban đầu, làm tăng cả chi phí vốn ban đầu cho thiết bị cũng như tổng chi phí sở hữu lâu dài.

11. Giảm áp suất như thế nào?

Vì vậy, bây giờ chúng ta đã biết tác động của một lượng nhỏ áp suất giảm xuống kích thước hệ thống chân không, những gì có thể được thực hiện từ quan điểm thiết kế để loại bỏ nó? Câu trả lời tương đối trực quan.

Hãy bắt đầu với một sự hiểu biết rằng việc loại bỏ hoàn toàn việc giảm áp suất hoặc thiết kế để giảm áp suất bằng 0 sẽ không thực tế hoặc khả thi đối với đại đa số các hệ thống lắp đặt chân không công nghiệp. Đối với hầu hết các cài đặt này, trong đó mức chân không yêu cầu là 25 Torr trở lên, được thiết kế với thông số kỹ thuật sau, thường rất khả thi và khả thi về mặt kinh tế.

P <10% Pb (thang đo tuyệt đối)

Tiếp theo, bất cứ khi nào khả thi, hãy xác định vị trí của hệ thống càng gần với quy trình hoặc điểm sử dụng càng tốt để giảm thiểu cả chiều dài của đường ống và số lượng phụ kiện, khuỷu tay, van, v.v. Trong nhiều cài đặt, điều này nói dễ hơn nhiều so với sàn không gian thường ở mức cao (đặc biệt là trong các cơ sở hiện có), vì vậy nên áp dụng một cách tiếp cận thực tế.

Đối với các công trình lắp đặt cách hệ thống hoặc máy bơm chân không dưới 50 feet, sử dụng bộ diamater ống có cùng kích thước với đầu vào bơm thường được chấp nhận. Một lần nữa, tối thiểu hóa việc sử dụng các phụ kiện, khuỷu tay, v.v., được khuyến nghị để không thêm vào chiều dài tuyến tính tổng thể của hệ thống đường ống.

Như với hầu hết các quyết định, lựa chọn kích thước đường ống cuối cùng sẽ đi xuống hai điều; hiệu quả và chi phí. Ống phải có kích thước đủ để đáp ứng các yêu cầu tại điểm sử dụng, nếu không chất lượng sản phẩm và thời gian lô có thể bị tổn hại. Đường ống quá nhỏ có thể yêu cầu mua một máy bơm chân không lớn hơn cần thiết, như đã nêu trong ví dụ trước. Mặt khác, đường ống quá khổ có thể có nghĩa là thêm vốn và chi phí lắp đặt.

Tham khảo: blowervacuumbestpractices.com
Dịch và minh họa: Good Motor Vietnam

0932.95.15.81