Dobór średnicy przewodu próżniowego – kalkulator l/min i czasu ewakuacji

Dlaczego zbyt mała średnica przewodu szkodzi próżni?

Przy tej samej wydajności mniejszy przekrój oznacza większą prędkość przepływu. W praktyce rosną straty w przewodzie i złączkach, dlatego na przyssawce lub w komorze może być dostępna mniejsza wydajność niż bezpośrednio na króćcu generatora.

SMC w aktualnej dokumentacji generatorów próżni zwraca uwagę, że zmniejszenie średnicy przewodu może obniżać przepływ ssania, przepływ wylotowy, a nawet osiągalny poziom próżni. Z tego powodu kalkulator nie traktuje obliczonego ID jako bezwzględnej wartości katalogowej.

Dla szybkiego układu pick-and-place przewód powinien być możliwie krótki, a jego średnica zgodna z zaleceniami dla konkretnego eżektora. Dla dużych generatorów różnica kilku milimetrów ID może mieć duży wpływ na rzeczywisty cykl.

Obliczanie minimalnej średnicy przewodu

Wydajność ssania jest zamieniana na przepływ objętościowy w m³/s. Dla wpisanej maksymalnej prędkości obliczeniowej wyznaczane jest minimalne pole przekroju, a następnie średnica kołowa. Jeżeli wynik wynosi np. 5,75 mm, kalkulator proponuje kolejny typowy próg 6 mm ID.

Wartość maksymalnej prędkości jest polem użytkownika, ponieważ nie istnieje jedna liczba właściwa dla wszystkich eżektorów i wszystkich poziomów próżni. Domyślne 45 m/s służy jako praktyczne kryterium porównawcze i daje wyniki zbliżone do średnic spotykanych w katalogach niewielkich generatorów.

Przykłady zaleceń producenta dla przewodów próżniowych

Schmalz dla kompaktowego eżektora o maksymalnym suction rate około 65,5–70 l/min podaje zalecaną średnicę wewnętrzną przewodu próżniowego 6 mm. Dla modelu około 123 l/min występuje 7 mm, a dla większego generatora około 227 l/min – 12 mm.

Te wartości pokazują, że sama średnica gwintu nie wystarcza do doboru przewodu. Producent łączy konkretny generator z zalecanym ID, a w części dokumentacji zaznacza również ograniczenie długości, np. do około 2 m dla podanej średnicy.

Objętość przewodu a czas ewakuacji

Przewód jest częścią objętości próżniowej. Wewnętrzna objętość rośnie proporcjonalnie do długości i do kwadratu średnicy. Dwa metry przewodu ID 6 mm mają około 0,057 l objętości. Przy komorze 10 l jest to niewiele, ale przy małej przyssawce lub komorze 0,1–0,3 l może być już zauważalnym udziałem.

Kalkulator wykorzystuje tę dodatkową objętość w modelu czasu ewakuacji opartym na stosunku ciśnień absolutnych. Pokazuje czas dla samej komory oraz czas po doliczeniu przewodu. Dzięki temu można ocenić kompromis: przewód musi mieć odpowiedni przekrój, ale nie warto bez potrzeby zwiększać długości układu.

Model czasu zakłada stałą efektywną wydajność ssania. W realnym eżektorze suction rate zwykle zmienia się wraz z poziomem próżni, dlatego dla krytycznych czasów cyklu należy sprawdzić wykres producenta.

Przykład – generator 70 l/min i przewód 6 mm

Dla 70 l/min i maksymalnej prędkości obliczeniowej 45 m/s minimalna średnica wynosi około 5,75 mm, więc praktycznym wyborem jest 6 mm ID. W takim przewodzie obliczeniowa prędkość wynosi około 41,3 m/s.

Przewód 6 mm o długości 2 m ma około 0,057 l objętości. Jeżeli komora ma 0,30 l, całkowita objętość rośnie do około 0,357 l. Przy ewakuacji od atmosfery do 60 kPa podciśnienia i współczynniku 1,3 model daje około 0,356 s zamiast około 0,300 s dla samej komory.

Jeżeli zadany czas wynosi 0,40 s, dla takiej całkowitej objętości potrzeba około 62,4 l/min. Generator 70 l/min ma więc w uproszczonym modelu zapas czasowy.

Dla ucznia technikum i studenta

To dobry przykład połączenia równania ciągłości z geometrią przewodu i równaniem ewakuacji gazu. Z zależności Q = A·v wynika, że przy stałym przepływie zmniejszenie średnicy bardzo szybko zwiększa prędkość, ponieważ pole przekroju zależy od kwadratu średnicy.

Z kolei objętość przewodu jest równa polu przekroju razy długość. Większa średnica zwiększa objętość, ale jednocześnie obniża prędkość i opory. Dlatego projektowanie instalacji próżniowej jest kompromisem, a nie wyborem „im mniejszy przewód, tym lepiej”.

W praktycznym projekcie warto rozdzielić trzy pytania: czy generator ma wystarczający suction rate, czy przewód nie ogranicza przepływu oraz czy całkowita objętość pozwala osiągnąć wymagany czas cyklu.

Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Ciekawostka

Przewód o dwa razy większej średnicy ma cztery razy większe pole przekroju i cztery razy większą objętość na metr długości. Przy tym samym przepływie prędkość spada czterokrotnie. Dlatego niewielka zmiana ID potrafi mocno zmienić warunki przepływu.

Powiązane kalkulatory pneumatyczne

Po doborze przewodu możesz sprawdzić czas ewakuacji próżni, policzyć nieszczelność i wymaganą wydajność ssania albo dobrać średnicę przyssawki próżniowej.

Źródła techniczne

Schmalz – dane eżektorów i zalecane średnice przewodów próżniowych: SBP-C 15 oraz SCPS-L.

SMC – dokumentacja ZHV dotycząca wpływu średnicy przewodu na suction flow i osiągalne podciśnienie: ZHV Series.