10 факторов для оптимального использования вакуумной технологии

Вакуумные технологии играют значительную роль в сфере упаковки пищевых и других продуктов. Вакуум необходим для решения самых разных задач: от вакуумной упаковки до применения трубчатых мешков, блистеров и упаковки методом термоформования. Без вакуума невозможно обрабатывать и транспортировать картонные коробки, автоматизировать процессы укладки продукции на палеты или комплектования заказов. В разнообразных раздаточных машинах для подачи продукта или выполнения упаковочных операций (захвата и размещения продукции) также используется вакуум.

В отличие от технологий сжатого воздуха вакуумные технологии воспринимаются многими пользователями как достаточно сложные и не совсем понятные решения. Именно поэтому вакуумные насосы часто используются некорректно либо эксплуатируются в режиме необоснованно завышенной производительности. В результате система не обеспечивает требуемых показателей, в работе возникают сбои, повышается расход электроэнергии и увеличиваются эксплуатационные затраты. Ниже описаны 10 факторов, которые сводятся в единый перечень инструкций и рекомендаций, позволяющих максимально эффективно использовать вакуумную технологию, оптимизировать технологические процессы и сократить эксплуатационные расходы.

1. Физический смысл вакуума

Основное назначение вакуумных насосов и вакуумных систем заключается в удалении воздуха из закрытой системы с целью генерации вакуума. При этом в такой системе создается давление, уровень которого ниже уровня атмосферного давления или давления окружающей среды.

В упаковочных системах вакуум применяется для удаления воздуха, откачивания, формования, прессования, удержания, заполнения и транспортировки. Уровень вакуума зависит от требований системы, но всегда находится в диапазоне от 1 до 900 mbar (abs.). Для атмосферного давления (давления воздуха) 1000 mbar этот уровень вакуума будет составлять от 10 до 99,9 % (рис. 1).

Наряду с создаваемым уровнем вакуума (предельным остаточным давлением) другим важным параметром вакуумного насоса является скорость откачки. Скорость откачки показывает, какое количество воздуха вакуумный насос способен откачать за определенный период времени. Стандартная единица измерения скорости откачки — кубический метр в час (m³/h). Оба технических параметра связаны друг с другом. Взаимосвязь этих параметров выражается в виде так называемого графика скорости откачки (рис. 2).

2. Выбор идеального вакуумного генератора

Существует ряд вакуумных технологий разного типа. Перечисленные ниже механические вакуумные насосы или воздуходувки в основном используются в упаковочных системах (рис. 3):

1. Сухие пластинчато-роторные вакуумные насосы
Сухие пластинчато-роторные вакуумные насосы — превосходное решение для упаковочных процессов разных типов. Эти насосы способны генерировать вакуум на уровне максимум 100 mbar. При этом скорость откачки не должна превышать 40 m³/h, поскольку лопасти крупных вакуумных насосов этого типа подвергаются более интенсивному износу, что приводит к чрезмерному увеличению объема работ по техническому обслуживанию и повышению затрат.

2. Масляные пластинчато-роторные вакуумные насосы
Масляные пластинчато-роторные вакуумные насосы генерируют вакуум на уровне 0,1 mbar. Эти вакуумные насосы стандартно применяются при вакуумной упаковке, и их можно использовать также во многих других отраслевых системах. Пластинчато-роторные вакуумные насосы обеспечивают скорость откачки в диапазоне от 3 до 1600 m³/h. Рабочая жидкость (масло) циркулирует во внутреннем контуре.

3. Сухие кулачковые вакуумные насосы
В камере сжатия сухого кулачкового вакуумного насоса не требуются масло или другие рабочие жидкости. Сухие бесконтактные насосы практически не требуют технического обслуживания. Эти насосы генерируют предельное остаточное давление до 40 mbar, а частота вращения насоса может регулироваться в пределах от 20 до 80 Hz; благодаря этим особенностям такие насосы можно использовать в технологических процессах с переменной производительностью на основе спроса. Как правило, скорость откачки составляет от 40 до 1000 m³/h.

4. Сухие винтовые вакуумные насосы
Для сжатия откачиваемого воздуха с помощью сухих винтовых вакуумных насосов также не требуются рабочие жидкости. Эти насосы обеспечивают уровень вакуума 0,1 mbar и ниже. Поскольку в большинстве процессов применяется значительно более высокое давление, винтовые вакуумные насосы используются, как правило, только в крупных вакуум-упаковочных машинах в качестве альтернативы пластинчато-роторным вакуумным насосам с дополнительным двухроторным бустерным вакуумным насосом Рутса.

5. Вихревые воздуходувки
Одним из отличительных свойств вихревой воздуходувки является высокая скорость откачки. Поскольку такие воздуходувки обеспечивают низкий перепад давления, они способны генерировать вакуум не более 500 mbar. Поэтому они являются оптимальным решением для систем, требующих высокой скорости откачки при низком уровне вакуума. Хотя вихревые воздуходувки не требуют технического обслуживания, их энергоэффективность снижается по мере приближения к предельной производительности.

3. Определение параметров подачи вакуума

Пользователь должен хорошо понимать конкретный технологический процесс и знать, какие значения вакуума и скорости откачки требуются для данного процесса. Непонимание процесса часто приводит к тому, что пользователь выбирает вакуумный насос с завышенными характеристиками; в результате неоправданно повышается объем потребляемой энергии и увеличиваются эксплуатационные расходы. В сценариях с изменяющимися параметрами процесса мы рекомендуем вакуумные насосы, которыми можно управлять по запросу и которые поддерживают требуемый уровень вакуума либо обеспечивают необходимую скорость откачки. Рекомендуем также обратиться за консультацией к специалисту по вакуумному оборудованию. Busch Vacuum Solutions предлагает специальные услуги по аудиту вакуумной системы, в ходе которого наши специалисты изучают существующий технологический процесс и выделяют точки потенциального улучшения показателей процесса.

4. Выбор между системами с центральной или локальной подачей вакуума

Выбор в пользу одной из двух систем — системы центральной подачи вакуума для всей установки или нескольких потребителей вакуума и децентрализованной системы подачи вакуума, в которой каждый станок оснащается собственным вакуумным насосом, — может решающим образом повлиять на затраты на закупку оборудования и на эксплуатационные расходы. Поэтому крайне важно до принятия решения взвесить все «за» и «против». Отдельные вакуумные насосы, устанавливаемые на каждый станок или вблизи него, обходятся дешевле, чем центральная подача вакуума; в значительной степени это связано с тем, что пользователю не приходится расходовать средства на приобретение и монтаж системы трубопроводов. Однако важно понимать, что в системе центральной подачи вакуума используется меньше вакуумных насосов, чем в децентрализованной системе. Снижение эксплуатационных расходов обусловлено низкими затратами на техническое обслуживание и электроэнергию. Более того, систему центральной подачи вакуума можно разместить за пределами производственной или упаковочной зоны. Это означает, что источники шума и тепла будут удалены от ваших рабочих станций. Центральная подача вакуума с блоком управления позволяет также без труда поддерживать нужную производительность, что определяется текущими потребностями и спросом, и отличается широким диапазоном регулирования производительности. Чтобы определить целесообразность использования центральной подачи вакуума в конкретном случае, рекомендуем обратиться за консультацией к специалисту по вакуумному оборудованию. Компания Busch Vacuum Solutions обладает огромным опытом разработки и производства центральных вакуумных систем и готова предложить индивидуальное решение каждому заказчику.

5. Повышение КПД за счет использования вакуумных контейнеров или буферов

Вакуумные контейнеры на отдельных вакуумных насосах и даже в более крупных системах подачи вакуума могут сэкономить огромное количество энергии. Их можно устанавливать между вакуумным насосом или вакуумной системой и потребителями. Благодаря простому механизму управления вакуум в контейнере поддерживается на заданном уровне. После достижения этого уровня вакуумный насос автоматически выключается или переключается в режим ожидания. Когда давление в контейнере повышается сверх заданного уровня, вакуумный насос снова включается. Без такого вакуумного контейнера на входе системы вакуумный насос постоянно работал бы с полной мощностью, а значит, и объем потребляемой энергии был бы высок. При использовании вакуумного насоса с частотно-регулируемым приводом объем потребляемой энергии сокращается дополнительно. Busch Vacuum Solutions предлагает комплектные устройства с регулируемыми вакуумными насосами и вакуумными контейнерами в стандартной комплектации, а также индивидуальные вакуумные системы с контейнерами на входе.

6. Преимущества работы с нашими специалистами по вакуумному оборудованию

Каждая из вакуумных технологий или конфигураций обладает определенными преимуществами и недостатками. Чтобы выбрать оптимальную вакуумную систему, необходимо хорошо знать особенности вакуумных технологий и понимать технологические процессы заказчиков. Именно поэтому мы рекомендуем обращаться за помощью к нашим специалистам по вакуумному оборудованию. Busch Vacuum Solutions располагает глобальной сетью специалистов по вакуумному оборудованию, которые фокусируются на конкретных сферах применения и рынках. Используя широчайший комплексный ассортимент решений в области вакуумных технологий, наши специалисты готовы предложить оптимальное решение для каждой отдельной системы.

7. Обстоятельства, связанные с расходами на электроэнергию

Расходы на электроэнергию, обусловленные эксплуатацией вакуумных генераторов, невозможно рассчитать на основании номинальной мощности двигателя, поскольку в этом случае мы получаем весьма приближенные величины фактически потребляемой энергии. Сведения о номинальной мощности двигателя и дополнительные характеристики, такие как коэффициент, зависящий от условий эксплуатации, только запутывают дело. Стандарт NEMA (США) допускает использовать такой формат, однако в этом случае мы получаем заниженные показатели потребления энергии в сравнении с фактическими величинами. Кроме этого, для разных вакуумных технологий характерны различные уровни потребляемой энергии в разных диапазонах давления. В диапазоне уровней вакуума от 0,1 до 10 mbar масляный пластинчато-роторный вакуумный насос развивает всего 40–60 процентов номинальной мощности. Прямое сравнение объемов потребляемой энергии возможно только в том случае, если известна мощность на валу во всем диапазоне давлений, а также характер изменения давления в упаковочном процессе. Признанные производители вакуумных насосов и систем способны рассчитать ожидаемый объем потребляемой энергии для своих заказчиков.

8. Вычисление общей стоимости

Чтобы выбрать оптимальное решение, перед закупкой вакуумной системы недостаточно просто сравнить объем инвестиций и затраты на электроэнергию для разных вакуумных насосов и разных производителей. Необходимо также оценить ожидаемую общую стоимость системы в продолжительной перспективе. Как и затраты на электроэнергию, эксплуатационные расходы могут варьироваться в достаточно широком диапазоне. Важно учитывать объем работ по техническому обслуживанию и соответствующее время простоя, затраты на запасные части, а также расходы на приобретение и утилизацию рабочих жидкостей.

9. Доступность сервисных центров и запасных частей

Как правило, надежность упаковочного процесса напрямую зависит от безопасности в эксплуатации вакуумного насоса или вакуумной системы. Поэтому важно выбрать заслуживающего доверия поставщика, который может быстро и квалифицированно выполнить сервисное обслуживание на вашем объекте, а также своевременно поставить запасные части. Busch Vacuum Solutions располагает широчайшей глобальной сетью сервисных центров, которые круглосуточно осуществляют обслуживание в экстренных ситуациях.

10. Взгляд в будущее: Индустрия 4.0

Современные вакуумные насосы отличаются удобством технического обслуживания — все детали насоса легко доступны. Busch также предлагает контрактные услуги по фиксированной цене и несет ответственность за безопасность в эксплуатации вакуумных насосов и вакуумных систем. Таким образом, оператор получает определенные гарантии и не нуждается в собственной команде технических специалистов сервисной службы. Сегодня Busch предлагает вакуумные насосы, оснащаемые интеллектуальными датчиками, которые в реальном времени формируют сообщения о необходимости технического обслуживания для оператора или технического специалиста сервисной службы. Более того, мы предлагаем комплекты для модификации (Retrofit Kit), которые можно использовать для подготовки существующих вакуумных насосов к переходу на стандарт Индустрия 4.0.