Vákuumtechnikai tudástár

"Amit nem tudsz egyszerűen elmagyarázni, azt nem is érted egészen."         

Albert Einstein

Mi is az a vákuum?

A vákuum alatt általánosságban azt a nyomástartományt értjük, amely a környezeti nyomásnál alacsonyabb értékű.
Relatív vákuumérték:
A vákuumtechnikában a relatív vákuumérték alatt a környezeti nyomáshoz viszonyított relatív nyomáskülönbséget értjük. A relatív vákuumértékek mindig negatív előjelűek. Ennek az a magyarázata, hogy a környezeti nyomást tekintjük 0-nak és ehhez viszonyítva fejezzük ki a vákuum értékét.
Abszolút vákuumérték:
Tudományos környezetben a vákuumértéket abszolút értékben értelmezik. Referencia értékként az abszolút 0 nyomást vesszük, amelynél teljesen légmentes környezetet feltételezünk. A vákuum abszolút értéken mindig pozitív előjelű.

 

Nyomás és magasság - hogyan függnek össze?

A légköri nyomás (környezeti nyomás) értéke attól függően változik, hogy milyen magasságban mérjük. Mint azt a mellékelt ábra is mutatja, a légnyomás értéke tengerszinten 1013 mbar. A tengerszint feletti 600m-es magasságban ez az érték már csak 938 mbar. 2000m-es magasságnál az érték 763 mbar-ra csökken le. Ezt a nyomáskülönbséget figyelembe kell venni a vákuumtechnikai rendszerek tervezésénél. A tengerszinttől felfelé emelkedve csökken az elérhető nyomáskülönbség és ezáltal a vákuumos megfogó rendszerek tartóereje is.

 

Hogyan válthatók át a gyakoribb vákuum / nyomás mértékegységek?

 

Miért tartja meg a munkadarabot a vákuumos megfogó?

Tulajdonképpen nem a vákuumos megfogókorong az, ami magához szívja a munkadarabot.
A munkadarabot a környezeti légnyomás nyomja hozzá a megfogóhoz. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a környezetben uralkodó légnyomás magasabb, mint a munkadarab és a megfogó között fennálló nyomás. A nyomáskülönbséget
egy, a megfogóhoz csatlakoztatott vákuumszivattyú (vagy vákuumejektor) hozza létre. A megfogó tartóereje annál nagyobb, minél nagyobb a nyomáskülönbség.

 

Hogyan működik a vákuumejektor?

A vákuumejektor egy egyszerű felépítésű, kis tömegű és a teljesítményéhez mérten kis fizikai mérettel rendelkező vákuumgenerátor. A vákuum előállításához egy ejektor esetében elektromos áram helyett sűrített levegőre van szükség. Az ejektorok a Venturi-elv alapján működnek.
A mellékelt kép szemléletesen mutatja be a működést:
(A) Az ejektor bemeneti csatlakozója. Itt lép be a sűrített levegő (általában 4-6 bar). A sűrített levegő áthalad az ejektor fúvókáján (B), ahol a légáramlás felgyorsul és a levegő összesűrítődik. A fúvókán történő áthaladást követően a levegő újra kitágul melynek folytán vákuum jön létre. A vákuumcsatlakozón (D) keresztül az ejektor levegőt szív be. A beszívott levegő a kimeneten (C) keresztül távozik a rendszerből (a kimenetre általában egy hangtompító egység van felszerelve).

Előnyei egy vákuumszivattyúval szemben:
-kedvezőbb az ára
-nem tartalmaz kopó alkatrészeket
-rövid ciklusidők valósíthatók meg a használatával
-nem igényel karbantartást
Hátrányai:
-sűrített levegő szükséges a működéséhez, aminek az
előállítása sok helyen problémás és költséges
-nem használhatók ott, ahol nagy vákuumértékre
van szükség (magasabb mint -900 mbar)

 

Hogyan működik az olajkenésű forgólapátos vákuumszivattyú?

Az olajkenésű vákuumszivattyúk egy hengeres szivattyúházból
egy, a házban excentrikusan elhelyezett lapáttartó hornyokkal
ellátott rotorból és rotorlapátokból állnak.
Ehhez kapcsolódik a kenőolaj keringető rendszer és a villany-
motor.
A 3. ábrán látható, hogy a rotor lapátjai a ház felső részéhez
vannak közelebb és a ház aljától esnek távolabb. A rotor a két
házfedél között foglal helyet. A ház el van látva bemeneti és
kimeneti nyílásokkal.
Működés közben a rotor lapáttartó hornyaiban elhelyezett
lapátok a centrifugális erő hatására a szivattyúház falához
préselődnek
és így több részre osztják a sűrítőkamrát. A tömítettséget a szivattyúház és a lapátok között egy vékony olajfilm biztosítja. A levegő a szívócsatornán áramlik be a szivattyúházba. A kiáramló csatorna irányába szűkül a kamra légtere és így a bezárt levegő összesűrítődik a kimenetnél. A kimenő levegővel együtt a szivattyúház faláról a lapátok által lehúzott olaj is távozik. Mielőtt a levegő a környezetbe jutna, egy olajleválasztó szűrőn halad át, ahol az olaj szinte teljes egészében leválasztódik és visszakerül a szivattyú kenési rendszerébe.

 

Hogyan működik az oldalcsatornás vákuumszivattyú?

A soklamellás járókeréknek köszönhetően az oldalcsatornás vákuumszivattyú gyakorlatilag lüktetésmentes szívott levegőt
termel. Ezáltal az ipar legkülönfélébb területein alkalmazható, különböző feladatokra. Az oldalcsatornás szivattyú munkatere kör alakú gyűrűkből áll, amelyek a szivattyúház felső és alsó részén, valamint a járókerék
mindkét oldalán helyezkednek el. Ha a járókerék forog, a levegő kifelé áramlik és a centrifugális erő hatására sűrűsödik.

A levegő beáramlik az oldalcsatornába és a következő kamrába kerül. Ez a folyamat többször megismétlődik és ezáltal a levegő fokozatosan besűrítődik.

 

Hogyan működik egy vízgyűrűs vákuumszivattyú?

A vízgyűrűs vákuumszivattyúk rendelkeznek egy járókerékkel, amelynek a lapátai a középpontos agyhoz csatlakoznak. A járókerék egy hengeres házban foglal helyet excentrikus elhelyezéssel.
Az 1. ábrán látható, hogy a járókerék lapátai a ház felső részéhez vannak közelebb és a ház aljától esnek távolabb. A járókerék két házfedél között foglal helyet, amelyek el vannak látva bemeneti és
kimeneti nyílásokkal.
A szivattyúnak folyadékra van szüksége ahhoz, hogy vákuumot tudjon létre hozni. A folyadék látja el a tömítőközeg szerepét. A megfelelő működéshez a szivattyút csak részben kell feltölteni vízzel (tipikusan a szivattyúház középvonaláig).
Nyugalmi állapotban a lapátok egy része (amelyek alul
helyezkednek el) a vízbe merül.
A vákuumszivattyú bekapcsolásakor (2. ábra) a járókerék lapátai a szivattyúház oldalához csapják ki a vizet a kialakuló centrifugális erő hatására. Ennek következtében a házban kialakul egy vízgyűrű. A járókerék excentrikus elhelyezkedésének köszönhetően a lapátok egy része teljes mértékben a víz alá merül, míg az ellentétes oldali lapátok éppen csak érintkeznek a vízgyűrűvel.
Egy üres (vízmentes) tér alakul ki a folyadék és a lapátok között, amelyet cellának nevezünk.
Megfigyelhető, hogy a szivattyú felső részétől az óramutató járásával ellentétes irányba haladva a cellák mérete folyamatosan növekszik. Itt helyezkedik el a vákuumszivattyú szívó oldali nyílása. Miután a járókerék elhagyja a bemeneti nyílás helyét és halad a kimeneti nyílás felé, a cellák mérete csökkenni kezd. Ez a sűrítés lépése. Amikor a járókerék eléri a kimeneti nyílást, a beszívott közeg akkor áll a legmagasabb nyomás alatt. A kimeneti nyíláson keresztül ekkor távozik a beszívott közeg és vele együtt egy kis mennyiségű víz.
Habár az illusztrációkon a vízgyűrű alakja szabályosnak látszik, a
valóságban a folyadékban erős turbulencia alakul ki. Ez okozza a működés közbeni kis mennyiségű víz távozását a beszívott közeggel együtt.
A jellemző végvákuum érték a vízgyűrűs szivattyúk esetében 70-100 mbar (abs).

 
 

Hogyan működik egy körmös (Claw) vákuumszivattyú?

A körmös szivattyúk olajmentesen, és érintkezésmentesen működnek. A két körmös kialakítású rotor fizikai kontaktus nélkül, egymással szemben, egymással ellentétes irányban forog a szivattyúházban. A rotorok együttfutását egy szinkronizált meghajtóegység biztosítja, így a rotorok mindig azonos pozícióban találkoznak egymással.

Ezzel a technológiával magas hatásfok érhető el alacsony teljesítményfelvétel mellett. A rendszer hűtését beépített léghűtéssel oldják meg.

Miért jó és hol érdemes kialakítani központi vákuumrendszert?

A hő, zaj és környezeti körülmények legalább olyan hatással vannak a munka végzésére és a személyzetre, mint az energia és működési költségek a vállalkozásra.
Például, ha egy nyomdában több önálló vákuumszivattyú és légsűrítő üzemel (az egyes gépekhez rendelve), akkor a környezetükben tapasztalható mindennemű zavaró tényezők hatványozódnak.

A problémák együttes jelentkezése

Hőtermelés:
Az egyedi szivattyúk hőkibocsátása nagymértékben megemelheti a helyiségben a hőmérsékletet és ezáltal növeli a légkondicionáló rendszer terhelését is. Emellett hátrányosan befolyásolhatja a dolgozók komfortérzetét.
Zajszint:
A szivattyúk és légsűrítők által kibocsátott zaj megnöveli a zajszintet és ez pszichikai terhelést jelenthet a személyzet számára.
Terhelési problémák:
Csúcsteljesítmény eléréséhez gyakran plusz gépek bevetésére van szükség. Ezek viszont nem működnek gazdaságosan. Ilyen esetben, ha egy gép meghibásodik, akkor az egész vonalon leáll a termelés.
Magas üzemeltetési és energia költségek:
Az egyedi gépek karbantartása nagyon időigényes (egy-egy teljes karbantartás hosszabb időt vehet igénybe). A nem teljesen kihasznált eszközök üzemeltetése pedig jelentős mértékben meg tudja emelni az energiaszámlát.

A központi rendszerek kiépítésével a fenti problémák jelentős része kiküszöbölhető.
A nagy teljesítményű Becker vákuumszivattyúkkal megvalósított központi rendszer gazdaságos beruházás. A tiszta, csendes munkahely emeli a dolgozók komfortérzetét, a pénzügyi osztály pedig örül a csökkenő költségeknek.
A központi rendszer egy önálló, zárt helyiségben kerül elhelyezésre. A vákuumszivattyúk vagy sűrítők a gerincvezetékre csatlakoznak. A termelő gépeknél leágazások vannak kialakítva. A levegő szükségletet minden egyes gépnél szabályzó szelep, szűrő stb. biztosítja. Ezért az egyes gépek egyéni levegőszükségletük szerint tudnak működni, függetlenül a központi rendszer önszabályozásától.

A mellékelt ábra tartalmazza egy központi vákuumellátó rendszer főbb alkotóelemeit. Ez az ábra egy egyszerű, egy vákuumszivattyús rendszert szemléltet, de léteznek sokkal összetettebb, a vákuumelvétel mértékétől függően több vákuumszivattyú ki/beléptetését lehetővé tevő rendszerek is.

 
mbdesign_br.png