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优化使用真空技术的考量因素

  真空技术在食品及其他产品包装中发挥着巨大作用。从真空包装到管状袋、泡罩包装和热成型包装等,都需要用到真空。如果没有真空,将无法处理和运输纸箱,或操作自动装托盘和拣配系统。很多灌装机也使用真空来给产品进料或处理包装(拾取和贴装)。与压缩空气技术相比,很多用户觉得真空技术十分晦涩难懂。这就是真空泵经常被误操作或者造成其输出过剩的原因。这将导致客户对处理结果不满意、流程易中断、能耗过大或运行成本过高等问题。为了帮助您尽可能高效地使用真空技术,以达到优化流程、降低运行成本的目标,请您参考以下 考量因素。

  1. 了解真空物理学的相关知识

  真空泵和真空系统的主要目的是将空气从一个密闭系统中抽出,以形成真空。这意味着所产生的压力值低于大气压力或环境压力。

  

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  图 1:以毫巴(mbar)和百分比为单位的真空度示例。

  在包装技术中,可以利用真空来进行抽吸、抽空、成型、压制、夹持、移动、填充和运输操作。所使用的真空度取决于具体的应用领域,但务必控制在 1 到 900 毫巴 [mbar](绝对值)范围内。假设大气压力(气压)为 1,000 mbar,相对应的真空度应在 10% 至 99.9% 之间(图 1)。除了通过真空泵实现对应的真空度(称为“极限压力”)外,真空泵的抽气速率是另一个关键变量。抽气速率表示真空泵在一定时间内能够抽吸的空气量。抽气速率通常以“立方米/小时 [m3/h]”为单位。这两个技术参数是相互关联的。这种关系可用所谓的“抽气速率曲线”来描述(图 2)。

  

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  图 2:典型的抽气速率曲线:抽气速率随着压力的降低而降低。

  2. 选择理想的真空发生器

  真空技术有多种类型。下列机械真空泵或鼓风机主要应用于包装技术领域(图 3):

  

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  图 3:不同真空泵的比较及其在包装中的潜在用途。

  干式旋片真空泵

  干式旋片真空泵是各种包装工艺的理想选择。该泵的最大真空度能够达到 100 mbar。但是,抽气速率不应超过 40 m3/h,因为此类大型真空泵叶片更易磨损,抽气速率过高将会大幅增加维修工作量及相关成本。

  油润滑旋片真空泵

  油润滑旋片真空泵的真空度可达到 0.1 mbar。此类真空泵是真空包装行业的标配设备,也可以用于整个工业领域的诸多其他应用。旋片真空泵的抽气速率范围为 3 至 1,600 m3/h。工作液在内部回路中循环输送。

  干式爪式真空泵

  干式爪式真空泵无需在压缩腔室中使用工作液。此类真空泵采用非接触式工作原理,因此几乎免维护。其极限压力最高可达 40 mbar,转速可在 20 到 80 Hz 间进行调节,这使得它们适用于根据需求变化改变输出要求的工艺。一般抽气速率在 40 至 1000 m3/h 之间。

  干式螺杆真空泵

  干式螺杆真空泵也不需要工作液来压缩抽出的空气。它们可以达到 0.1 mbar 及以下的真空度。由于大多数应用都需要真空泵在较高的压力下运行,螺杆真空泵通常作为配备额外罗茨泵的旋片真空泵的替代方案,只应用于较大型的真空包装机。5. 侧流风机

  侧流风机的显著特征之一便是高抽气速率。由于侧流风机只实现了低压差,使其最大真空度只能达到 500 mbar。因此,它们非常适用于需要高抽气速率和低真空度的应用领域。虽然侧流风机免维护,但如果在接近其性能极限的情况下使用,将会导致其能源效率较低。3. 真空供给的规格

  对于用户而言,准确地了解其具体工艺,熟知其所需的真空度和抽气速率是十分重要的。否则,往往会选择规格过大的真空泵,导致不必要的能源和运行成本。在加工参数不断变化的情况下,我们建议您选择可按需求变化进行调整的真空泵,这种真空泵可以持续保持所需的真空度,或者保证稳定的抽气速率。

  4. 选择中央或本地真空供给

  选择为整个工厂或多个真空用户提供集中式真空供给还是分散式真空供给(每台机器都配备专属真空泵),会对您的采购和运行成本产生决定性影响。因此,谨慎权衡您的选择尤为重要。 安装到机器内部或邻近机器的单台真空泵比集中式真空供给更便宜,主要的原因是无需采购和安装管道系统的费用。然而,必须注意的重点是,中央真空供给系统所使用的真空泵的数量要远少于分散式真空供给解决方案。得益于更低的维护和能耗成本,运行成本也会减少。并且中央真空供给系统可以安装在包装或生产区域外。因此不会在您的工作站产生噪音或积聚热量。配备控制面板的中央真空供给系统还可以根据驱动需求轻松满足输出要求,并且可以在更大的输出范围内运行。 所以,请您咨询真空专家后再决定是否使用中央真空供给。

  5. 利用真空罐或缓冲罐提高效率

  单台真空泵上的真空罐,甚至是大型真空供给系统的真空罐都可以节约大量能耗。 可以将其安装在真空泵或真空系统与使用真空的设备之间。通过一个简单的控制装置,即可将真空罐中的真空维持在一个特定水平。一旦达到这个水平,真空泵就会自动关闭或切换到怠速模式。如果真空罐中的压力上升并超过规定值,则真空泵重新启动。如果没有这个真空罐,真空泵将会始终保持满功率运行,这就意味着它将消耗更多的能源。使用带变速驱动装置的真空泵可以进一步提升节能效果。

  6. 考虑能耗成本

  真空发生器的能耗成本不能根据电机额定功率来计算,因为这只能片面地反映实际功耗。电机额定功率及其他工作系数规格增加了不确定性。虽然这种规格形式符合美国 NEMA 标准,但事实上确实低于实际运行时的功率消耗。 除此之外,在不同的压力范围内,不同类型的真空技术所消耗的电量也不尽相同。在 0.1 到 10 mbar 的真空度下,油润滑旋片真空泵只需要规定额定能耗的 40% 到 60%。只有知道整个压力曲线的轴功率以及包装工艺的压力条件,才能直接比较能耗。值得信赖的真空泵和系统制造商能够为客户计算出预期能耗。

  7. 计算总成本

  在购买真空技术时,您不应该仅通过比较不同真空泵和不同制造商的投资和能耗成本来做出决定。您应该关注的是较长时期内的预期总成本。像能耗成本一样,运行成本也会有很大差异。重要的是要考虑到维护工作和由此产生的停机时间、备件成本以及工作液的采购和处理。

 
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