En introduktion till vakuumteknik

Vad är ett vakuum?

Ordet vakuum härstammar från latin för ”tomt utrymme”, men i den verkliga världen finns det inget sådant. Till och med områdets vakuum innehåller små mängder materia och ett perfekt vakuum existerar bara i teorin. För alla praktiska ändamål är vakuum tillståndet för en rymdvolym med signifikant undertryck jämfört med atmosfären. Ett konstgjort vakuum skapas genom att avlägsna materia, normalt luftmolekyler, från ett begränsat utrymme.

Vad är ett lågt, medelstort eller högt vakuum?

I ett vakuumsystem är mindre mer. Eftersom ett vakuum skapas genom att minimera mängden luftmolekyler i en sluten miljö betyder färre molekyler en högre grad av vakuum. När luft avlägsnas uppnår du en mängd negativt tryck i förhållande till andelen avlägsnade molekyler. Beroende på kraven för en specifik applikation varierar metoderna för att skapa ett vakuum mycket.

Mätt i mbar-tryck delas olika typer av vakuumnivåer upp i följande intervall:

• Lågt vakuum – Atmosfäriskt tryck till 1 mbar. Används i många applikationer inklusive industriell hanteringsteknik. I denna intervall kallas vakuumnivån ofta som en procentsats, t.ex. 80% vakuum.
• Medium vakuum – 1 till 10 ^-3 (0,001) mbar. Används i t.ex. frystorkning av livsmedel, avgasning av stål, produktion av glödlampor.
• Högvakuum (HV) – 10 ^-3 till 10 ^-8 mbar. Används i t.ex. elektronrörtillverkning, smältning av metaller.
• Ultrahögt vakuum (UHV) – 10 ^-8 till 10 ^-11 mbar. Används i t.ex. metallbeläggning, smältning av elektronstrålar.

För att nå högre tryckintervall ökar komplexiteten och energikostnaden exponentiellt. Medan många av de vanligaste applikationerna ligger inom det låga området, kräver en hel del tillverkningsprocesser och vetenskapliga användningsområden de högre intervallen. Alla områden utanför det låga området blir allt svårare att mäta.

Hur man skapar ett vakuum

Vakuumnivån som krävs i olika industriella applikationer varierar mycket, och detsamma gäller för utrustningen som används för att generera den. Emellertid är en mängd olika pumpar – i vissa fall arbetar i flera steg – alltid involverade i att skapa och underhålla ett vakuumsystem. Några exempel på olika typer av vakuumpumpar:

• Kryopumpar : Industrier som arbetar i det ultrahöga vakuumområdet, såsom tillverkning av optisk film eller halvledare, använder kryogena pumpar som ”fångar” molekyler på en extremt kall yta. Kryopumpar används också ofta i vetenskapliga forskningsområden som partikelacceleratorer och rymdsimuleringskammare.
• Rotpumpar : Vid metallpurification och olika typer av beläggningstillämpningar kan rotpumpar med fler steg användas. Dessa pumpar komprimerar gas mellan motroterande lober för att nå de medelstora eller höga vakuumområdena.
• Skruvpumpar : Vid frystorkande livsmedel används ofta skruvpumpar som använder asymmetriskt roterande skruvar för att påskynda sublimering under torkningsprocessen.
• Roterande vingpumpar : Sist men inte minst är roterande vingpumpar, som använder rotorer för kontinuerlig komprimering och frånluft, de vanligaste vakuumpumparna. Rotationsbladspumpar används universellt i låg- och medelvakuumområden för bland många andra applikationer, vakuumlyftteknik.

Mekaniken för vakuumlyftning

Vakuumlyftteknik fungerar i lågvakuumområdet, som kan mätas med hjälp av mekaniska mätare i millimeter eller tum kvicksilver (mmHg eller inHg) och / eller kilopascal (kPa). Dessa enheter är alltid negativa och betecknas med ett minus (-) på mätaren.

Kilopascal är särskilt användbart som en approximation av andelen vakuum. 50% vakuum är ungefär -50 kPa relativt atmosfärstryck. Flera ytterligare enheter och skalor används också i vakuummätningar, men procentuell skala är den mest användbara i lågt intervall eftersom det är allmänt förståeligt.

Vakuumsystemkomponenter

Vakuumsugkoppar och lyfttub (lyftslang)

En vanlig missuppfattning om sugkoppar och sugfötter är att insidan av koppen griper om lasten och drar den uppåt på grund av vakuumet. I verkligheten är det högre atmosfärstryck utanför koppen som utövar tryck nedåt mot föremålet som ger klämeffekten.

Av denna anledning har höjden på en vakuumkopp ingen som helst effekt på vakuumnivån eller dess lyftförmåga. Mängden yta som kommer i kontakt med lasten spelar dock roll. Det är därför du måste justera koppens yta så att den passar de avsedda belastningarna. Även om det kan vara möjligt att lyfta tunga föremål med en relativt liten kopp, måste du också ta hänsyn till friktionskraft när föremål förflyttas samt att man ska lägga till en säkerhetsmarginal.

Uppskattning av sugkoppens hållkraft

För att uppskatta det sugområde som behövs för att hålla en platt, icke-porös belastning med hjälp av ett lyftmonterat vakuumok, som TAWIs Skivlyft , detta är ett sätt att beräkna:

Håll- eller lyftkraften är ungefär 1 kg per 1 cm ² vid 100% vakuum (2,2 lbs. Per 0,155 tum ² ). Som vi redan har fastställt finns det inget sådant som ett 100% vakuum, men det är en användbar referenspunkt.

Vid faktisk användning kan du använda en hiss vid 60% vakuum. 60% av 1 kg är 0,6 kg, vilket innebär att vi kan lyfta 0,6 kg per 1 cm ² sugkopparea (1,32 lbs. Per 0,155 tum ² ). Dela sedan resultatet med en säkerhetsfaktor på 2, som vanligtvis används.

Exempel: En sugkopp med en diameter på 300 mm (11,8 tum) (706 cm ² eller 109,4in ² ) har en hållkraft på 212 kg (467 lbs. ) vid 60% vakuum och en säkerhetsfaktor på 2.

Uppskattning av lyfttubens kapacitet

Med vakuumlyft som användare för en separat lyftanordning för lyft och okmonterade sugfötter som fäster vid lasten, är en förenklad ungefärlig uppgift av sugfotens kontaktyta användbar. Situationen är annorlunda när både grepp och lyft utförs med hjälp av vakuumteknik, till exempel med TAWIs multifunktionella lyftare .

I ett tubassisterat vakuumlyftsystem arbetar själva tuben vid ett undertryck mellan 0–60% på grund av tubens flexibilitet. För att kompensera för detta måste sugfotsarean alltid vara större än arean på lyfttuben. Därför ser vi alltid till att sugfotsområdet är minst 2,5 gånger större än tubens yta.

Resultatet är att du garanterat aldrig tappar lasten innan den sänks ner till marken, och att du kan hålla 2,5 gånger så mycket som du kan lyfta. Med andra ord är sugkoppområdet, även om det fortfarande är viktigt, i detta fall sekundärt till lyftrörets område.

Att anpassa ett vakuumsystem

Bortsett från fristående system som TAWI Mobila orderplockare, anpassas ofta vakuumlyftsystem i hög grad för att uppfylla kraven i varje enskilt användningsfall. Några av de faktorer som avgör valet av komponenter är:

• Lyftobjektets vikt, form och yta.
• Förflyttningslängd för hantering.
• Krav på rotation eller lutning.
• Önskad hastighet eller cykeltid.

Ett brett utbud av sugfötter/-koppar, ok, kranar och skenor kan väljas och kombineras för en specifik applikation för att säkerställa optimal användning och användning.

Till exempel kan stora lådor och kartonger lyftas med hjälp av en tubassisterad lyft som vår multifunktionella lyftare, med ett handtag och sugkopp av lämpligt storlek. Om belastningarna har en porös eller ojämn yta, vilket är vanligt när det kommer till säckar, kan en gummikjol läggas runt sugkopparna för att maximera kontaktytan samtidigt som det kompenserar för luftläckage med ett högre flöde från vakuumpumpen.

Skivor kan kräva anpassade ok, roterande verktyg och eventuell vertikal transportering med hjälp utav skensystem eller pelarsvängkranar, som alla passar bra för våra skivlyftar.

Även om alla dessa system har samma grundläggande funktion för lyft och hantering, kommer konfigurationen och komponentvalet att vara ganska olika i varje användningsfall.

Slangar, kontakter och filter

För att slutföra vakuumsystemet måste du fästa slangar anpassade för vakuum med slangklämmor, tätningsringar och skruvförband. Att se till att alla dessa delar är perfekt monterade och förseglade är viktigt för att säkerställa säker drift av alla trycksatta system. Dessa komponenter måste anpassas till det enskilda systemet, med särskild försiktighet i fråga om toleranser och hållbarhet.

Ett eller flera filter används också för att skydda vakuumpumpen från damm och andra föroreningar som kan förkorta dess livslängd eller föra till driftsfel.

Vakuumpumpar

Vakuumpumpar som används i vakuumlyftsystem är normalt luftförskjutningspumpar, även kända som luftöverföringspumpar. Grundprincipen för en deplacementpump är att dra luft in i en expanderande volym via en inloppsventil, komprimera den till en mindre volym och sedan mata ut den komprimerade luften tillbaka till atmosfären.

Funktionsprincipen för alla luftförskjutningspumpar är densamma, men typen som används i vakuumlyftsystem är vanligtvis torrgående (oljefria) roterande lamellpumpar. Som namnet antyder använder dessa pumpar en intern rotor med flera lameller som tar in, komprimerar och avluftar luften kontinuerligt.

Det finns flera fördelar med denna pumptyp. Den är kompakt i storlek, kräver begränsat underhåll jämfört med andra sorter, och den kan arbeta med konstant sughastighet.

Fördelar med vakuumlyftsystem

Många aspekter gör att vakuumlyft sticker ut jämfört med alternativen. Några av de viktigaste fördelarna är:

Ökad produktivitet – Operatörens fysiska förmåga är aldrig ett problem. Vem som helst kan tränas i att använda en vakuumlyftare eller en lyftanordning med gripverktyg för att säkert kunna och lyfta tunga laster utan att förlora energi. Resultatet kan ge betydligt effektivare arbetsflöden som inte gör anställda utmattade i samma utsträckning.

Ergonomisk hälsa – Eftersom det krävs mycket liten ansträngning för lyft och hantering, minskas fysisk belastning avsevärt tillsammans med risken för arbetsplatsrelaterade skador. Förutom att hålla personalen friskare och lyckligare, bör detta också leda till färre sjukdagar som annars kan förhindra ökad produktivitet.

Arbetskraftsflexibilitet – Eftersom vem som helst kan använda en vakuumlyft har företaget mycket större flexibilitet när det gäller rekrytering och arbetsrotation. De effektiva arbetsflödena är också mindre arbetskrävande, vilket möjliggör en mindre arbetskraft.

Förhindrar skador – Jämfört med olika typer av mekaniska lyft minskar vakuumlyftning typiskt risken för materialskador, såsom repor eller deformation.

Säkerhet – Vakuumlyftsystem är i sig säkra av flera skäl. En är att lyft inte alls kan initieras om vakuumsystemet inte fungerar. Och vid kritiska problem som strömavbrott kommer en säkerhetsventil att säkerställa att lasten inte omedelbart tappas.

Om du har ytterligare frågor om hur våra vakuumlyftsystem fungerar och på vilka sätt de kan skräddarsys efter dina specifika behov och arbetsflöden, tveka inte att kontakta oss för en gratis konsultation.