ベンチュリ原理真空: 仕組み、限界、いつ選択するか

カートンエレクターはサイクルの途中で真空を失い、ラインが詰まります。メンテナンスチームが真空ポンプを引っ張ると、ベーンが摩耗し、床にオイルミストの膜があり、6 回中約 1.5 秒間実際に吸引を必要とするデューティサイクルを発見しました。そのパターン、つまり短い保持時間と適度な真空レベルによる断続的な吸引は、まさにベンチュリ原理が属するものです。

これが短い答えです。約 -60 kPa より深くする必要がない間欠的で分散的な吸引の場合、通常はベンチュリ真空発生器がよりシンプルでクリーンで長寿命の選択肢です。真空を数分間連続して保持する場合、-80 kPa 未満のレベル、または多くのステーションに供給する中央ヘッダーの場合、ロータリー ベーン ポンプやルーツ真空ユニットなどの機械式真空源を使用すると、通常、10 年間にわたって所有するコストが安くなります。この記事の残りの部分では、これらの分割線がどこから来るのか、そして注文する前に実数でテストする方法を示します。

わかりやすい工学用語でのベンチュリ原理

狭くなるチャネルに流体を強制的に通すと、同じ質量が毎秒小さな断面積を通過しなければなりません。速度が上昇し、静圧が低下します。これが動作形式におけるベルヌーイの関係であり、真空発生器の内部ではそれが製品全体です。スロートの低圧ゾーンがサイド ポートを通じて空気を引き込むものです。

圧縮空気は、たとえば 0.5 MPa、約 5 バールゲージでノズルに入ります。ノズルはその圧力を速度に変換し、スロートで流れが詰まるため、供給圧力がある点を超えると吸引力の向上が停止します。得られるパフォーマンスは 2 つの要素によって決まります。1 つは空気消費量と利用可能な吸引流量を設定するノズル直径で、もう 1 つはディフューザー プロファイルで、ユニットが維持できる最大真空度を設定します。

5 bar 空気での優れたエジェクタの一般的な数値: 1 段ユニットは約 -40 ～ -60 kPa に達しますが、2 つまたは 3 つの直列ノズルを備えた多段ユニットはおよそ -80 ～ -90 kPa に達します。 -90 kPa を下回ると、有効な吸入流量を駆動するには圧力差が少なすぎるため、ベンチュリ原理は実用的ではなくなります。

ベンチュリ真空と機械真空: 直接の比較

選択ミスの多くは、エジェクタの購入価格とポンプの購入価格を比較し、そこで立ち止まってしまうことにあります。有用な比較では、総コストに対するデューティ サイクルを設定します。以下の表は、顧客からベンチュリ発電機で十分かどうか尋ねられた場合に使用するバージョンです。

表を一方向に読んでみると、エジェクタは応答時間、可動部品、汚れたガスや湿ったガスに対する耐性で優れていますが、機械式機械は連続稼働と真空単位当たりのエネルギーコストで優れています。

ベンチュリ真空発生器が活躍する場所

• 断続的な取り扱い。 各サイクルの一部で真空を必要とするピックアンドプレースヘッド、カートンエレクター、バッグオープナー、およびラベルアプリケーター。
• 分散型インストール。 発生器は吸盤に取り付けられるため、長い真空ラインが漏れたり、圧力降下を補償したりする必要がありません。
• 湿った場所、ほこりの多い場所、腐食性ガスのある場所。 適切な本体材質を使用すると、ガス経路にベーンやベアリングが摩耗することはありません。
• 危険区域。 圧縮空気が仕事を行うため、吸引点に電気モーターや開閉装置はありません。
• 高速で繰り返しのサイクリング。 応答はミリ秒単位で測定され、高速インデックスラインに適しています。

メンテナンス プロファイルも同じリストに従います。消耗品はフィルター、サイレンサー、場合によってはノズルだけであり、ノズルの交換には数分かかります。

ベンチュリ原理が不足している部分とその代償

圧縮空気は、ほとんどのプラントで最も高価なユーティリティです。 7 bar で 1 立方メートルの圧縮空気を生成するには、通常、分配損失が発生する前に約 0.1 kWh の電力が消費されます。エジェクタは、その空気エネルギーのごく一部のみを有用な真空仕事に変換します。 300 Nl/min の吸引流を供給する発電機は、通電される毎秒 200 ～ 400 Nl/min の圧縮空気を吸い込む可能性があります。

継続勤務は第 2 の罠です。 100% 稼働しているエジェクタは毎秒圧縮空気を消費しますが、同じ吸引能力の機械式ポンプは稼働時間当たりのコストがはるかに安いモータで稼働します。デューティが約 50% を超えると、エネルギーの比較は通常 1 ～ 2 年以内に逆転します。

到達真空度は 3 番目の限界であり、騒音は 4 番目の限界です。エジェクターは通常、1 メートルで 70 ～ 90 dB(A) に達し、背圧を加えるマフラーが静かに吸入流を奪うため、穴の開いたプラグではなく、適切なサイズのサイレンサーが必要です。

ご注文前のサイズ確認と適合確認

1. 目標真空度はジェネレーターではなくカップで固定してください。ポートでのマイナス 50 kPa は、漏れやホースの損失によりワークピースでは -30 kPa になる可能性があります。
2. 排気する容積と許容時間を記載します。 0.5 L を 200 ミリ秒で -60 kPa まで移動することと、20 L を 5 秒で -40 kPa まで移動することは異なります。
3. 最悪の場合の供給圧力を見積もってください。カタログの吸気数値は通常 6 bar で測定されますが、シフトチェンジ中に 4.5 bar まで低下するヘッダーの吸気量は著しく低くなります。
4. 漏れに対する予算。多孔質または不均一なワークピースでは、エジェクタが対応できるサイズよりも多くの空気が漏れる可能性があります。
5. エアホースは短く太くしてください。長さ 10 m の 10 mm ホースでは、ノズルが回復するよりも供給圧力が高くなる可能性があります。

受け入れられるかどうかは、想定するのではなく、測定する必要があります。通常の最低供給圧力で機械を運転し、カップの校正済みゲージで真空度を測定し、PLC カウンターでサイクルの時間を測定します。サプライヤーの「静か」という謳い文句には数値が付けられていなければほとんど意味がないため、1 メートルの騒音も測定してください。

最終的な決定が機械的な真空源に移った場合、オープンな工場室にある回転ローブ機械は静かな隣ではないため、騒音制御は通常別個の項目になります。エンクロージャの選択は、夜勤明けの最初の苦情の後ではなく、機械と一緒に計画する方がはるかに簡単です。

ルーツブロワー用防音エンクロージャー 現在、工業製品ラインから発生する騒音を規制しようとする法律が数多くあります。さらに、多くの労働者が、... 製品を見る→

デューティサイクルが機械的な真空源を必要とする場合

業務によっては、圧縮空気に適さないものもあります。 20 のステーションに供給する中央ヘッダー、数分間真空を保持するプロセス、真空搬送ライン、またはシフト全体にわたって安定した真空を必要とする抄紙機には、モーターが回転している限り真空を生成する回転機械が必要です。

ルーツ真空ユニットは、その範囲の乾燥側で通常選択されます。タイミング ギアによって同期された 2 つの逆回転ローブは、相互に接触することなくガスを移動させ、ガス経路にオイルが存在しないため、入口が濾過されている限り、蒸気を含むプロセス エアに適します。同じ設計は、プロセスで単一の機械が単独で到達できるよりも深い真空が必要な場合の標準ブースター ステージです。

ルーツ真空ポンプ 流量：0.6～713.8m3/min 製品を見る→

ルーツ真空ポンプとロータリーベーンポンプの比較 実際の運用負荷の下では、私たちがよく答える質問です。簡単に言えば、ベーン ユニットは自らにより深い真空に達するのに対し、ルーツ ユニットはオイル交換スケジュールなしでより高いスループットとより多くの水分を処理します。

フェンス両側の2段階アプローチ

ステージングは機械に特有のものではありません。 2 段階エジェクターは、最初のノズルの下流に 2 番目のノズルを配置し、中間圧力を使用して流れにさらに勢いを加えます。これにより、単一ステージでは約 -55 kPa で失速するコンパクトなユニットが -80 kPa に達します。トレードオフは、同じ吸入流量の場合、圧縮空気消費量の約 2 倍となるため、より深いレベルが本当に必要な場合にのみ有益です。

メカニカル ステージングも同じ原理で機能します。直列の 2 つのロータリー ローブ ステージは、1 つのローター ペアよりも高い圧力比に達します。これが、単一ステージが熱限界に達する場所に 2 ステージ ユニットが登場する理由です。つまり、同じ設置面積でより大きな差圧が得られ、デューティ ポイントでの比出力が向上します。

2段シリーズルーツブロワ 流量：0.6 ～ 120m3/min 製品を見る→

3 つの数値と 1 つの計算で決定します。つまり、ワークピースで実際に必要な真空レベル、排気する必要がある体積、真空が維持されるサイクルの割合です。断続的で浅いものはベンチュリ原理を指します。回転する機械に向かって連続的で深いポイント。そして範囲の中間は、圧縮空気コストと電気コストのデューティサイクル比較で議論が決着するところです。

アプリケーションがそのラインのどちらの側に属するとしても、ハードウェアはカタログのフロー図だけではなく、メディア、環境、制御スキームに一致する必要があります。乾式ロータリーローブ機械が答えである場合、注文する前に、同じ業務でのサービス経験と照らし合わせて選択をチェックすることが有益です。 当社の製造背景 この製品には、水処理、空気圧搬送、真空作業用の 2 ローブ機械と、機械を稼働設備に変えるサイレンサー、制御キャビネット、冷却キットが含まれます。