Venturi-järjestelmä ja alipainepumput

Miten Venturi-järjestelmä toimii?

Venturi-järjestelmä vähentää painetta, kun neste virtaa putken supistetun osan (tai kuristimen) läpi. Giovanni Battista Venturi teki vuonna 1797 kokeita virtauksesta kartionmuotoisessa putkessa ja rakensi ensimmäisen suljettuihin putkiin tarkoitetun virtausmittarin, jota kutsuttiin ”Venturiputkeksi”. Venturin alipaine luodaan pumpulla, jonka läpi kulkee paineilmaa, mutta pumpussa ei ole liikkuvia osia. Paineilma kulkee alkuperäisen kammion läpi, sitten pienemmän portaalin, joka avautuu toiseen suurempaan kammioon, joka on kuin ensimmäinen.

Ensimmäisessä mittausputkessa (1) staattinen paine on korkeampi kuin toisessa (2), ja nesteen nopeus kohdassa ”1” on alhaisempi kuin kohdassa ”2”, koska poikkileikkauspinta-ala kohdassa ”1” on suurempi kuin kohdassa ”2”.https://en.wikipedia.org/wiki/Venturi_effect

Kaasuputken ahtauttaminen putkessa, jonka läpi nestettä virtaa, johtaa alhaisempaan paineeseen. Tämä periaate on maalaisjärjen vastainen. Miksi paine laskee? Minne neste menee, jos reitti on ahdettu? Kun neste alkaa virrata, sen nopeus putken aukon ympärillä kasvaa merkittävästi poikkileikkauksen rajoituksen vuoksi. Esimerkkinä tästä on putken läpi virtaava vesi. Vesi on neste, joka ei puristu helposti. Kun vesi virtaa putken supistuneen alueen läpi, vesi virtaa nopeammin. Saman vesimäärän on kuljettava saman tilan läpi nopeammin. Mitä pienempi putken supistunut alue on alkuperäiseen säteeseen verrattuna, sitä nopeampi nesteen nopeus on.

Mitä nopeammin liikkuva neste, sitä pienempi paine (eli Bernoulien periaate) ja mitä suurempi nopeus, sitä suurempi ero mitatussa paine-erossa. Äkilliset rajoitukset synnyttävät nesteeseen voimakasta turbulenssia. Korkeammille virtausnopeuksille soveltuvien suuttimien lisääminen nesteisiin, joissa on hankaavia hiukkasia, vähentää turbulenssia ja aiheuttaa vähemmän painehäviöitä. Turbulenssin väheneminen on suurempaa Venturi-suuttimilla ja putkilla, joissa rajoitus syntyy pidemmistä, kartiomaisista supistuksista putken seinämässä.

Huomautus: Mitä pidempi putken poisto-osa on, sitä voimakkaampi on alipainevaikutus.

Kaikki Venturi-järjestelmät, mukaan lukien mittarit, mittarit, suuttimet, suulakkeet, suulakelevyt, kuristimet ja putket, voidaan toimittaa eri halkaisijakokoisilla rajoituksilla, jotta painehäviö ja syntyvä paine-ero voidaan optimoida prosessin olosuhteisiin ja sovelluksiin. ”Nestedynamiikassa kokoonpuristumattoman nesteen nopeuden on kasvettava sen kulkiessa ahtauman läpi massan jatkuvuuden periaatteen mukaisesti, kun taas sen staattisen paineen on pienennyttävä mekaanisen energian säilymisen periaatteen mukaisesti” (Wikipedia, Venturi-ilmiö, Haettu 18. syyskuuta 2018). Näin ollen nesteen kineettisen energian ja nopeuden lisääntyminen sen virratessa ahtauman läpi tasapainottuu paineen laskulla.

Huomioitavaa: kokoonpuristuvan nesteen massavirta kasvaa, kun virtaussuuntaan kohdistuva paine kasvaa, mikä kasvattaa nesteen tiheyttä ahtauman läpi (vaikka nopeus pysyy vakiona). Tämä on de Lavalin suuttimen toimintaperiaate. Lähteen lämpötilan nostaminen kasvattaa myös paikallista äänennopeutta, jolloin massavirtausta voidaan kasvattaa, mutta vain jos suuttimen pinta-alaa kasvatetaan kompensoimaan tiheyden pienenemistä.

Venturi-järjestelmä koostuu:

• Venturi-tyhjiökytkin tai Nex Flow Ring Vac
• Letku tai putki
• Minimi 2,5 CFM @ 90 PSI

Venturi-järjestelmä lisää minkä tahansa ilmakompressorin imutehoa. Venturi-imurin konfiguroimiseksi kytke kompressori toiseen päähän, siirrä kytkin tyhjiöasentoon ja kytke toinen pää tyhjiölaitteeseen.

Pääkomponentti on Venturi-putki. Kun neste virtaa halkaisijaltaan muuttuvan putken pituuden läpi. Kohtuuttoman aerodynaamisen vastuksen välttämiseksi Venturiputken sisääntulokartio on tyypillisesti 30 astetta ja ulostulokartio 5 astetta. (Wikipedia, Haettu 18. syyskuuta 2018).

Tarvikkeet

• Pikakytkentä-/liitäntäsuuttimen liitos
• Paine- tai alipainemittarit sen seuraamiseksi, kuinka paljon alipainetta järjestelmässä syntyy
• Tyhjiöpumppu, jolla voidaan kerätä materiaalia ja käyttää sitten Venturi-järjestelmää materiaalin siirtämiseen pidemmälle

Venturi-tyhjiöjärjestelmän edut

Venturi-tyhjiöjärjestelmän parhaat edut ovat, että se:

• Luo korkean alipaineen ja vahvistetun virtauksen luodakseen voimakkaan kuljetusvoiman, joka siirtää mitä tahansa materiaalia helposti.
• Vähentää energiakustannuksia pienemmällä ilmankulutuksella ja käyttää vähemmän painetta.
• Vähentää todennäköisyyttä saastuttaa ilmavirtausta, koska suoran läpiviennin muotoilu estää tukkeutumisen.
• Kevyt ja kannettava; Yksinkertainen kokoonpano, joka on helpompi valmistaa ja edullisempi hankkia. Kootaan nopeasti ja helposti ja kiinnitetään olemassa olevaan kokoonpanoon. Ei sisällä venttiilejä eikä vaadi suodattimia.
• Konfiguroitavissa: Vakio-, kierre- (NPT tai BSP) tai laippaliitäntä
• Saatavana laaja valikoima materiaaleja: Anodisoitu/kovaksi anodisoitu alumiini, ruostumaton teräs 304/316L ja teflon. Rakennettu kestämään: materiaalit on käsitelty tuotteen pitkäikäisyyden varmistamiseksi elinkaaren aikana
• Ylittää monivaiheiset pumput 2-7 kertaa
• Ei sähkö- tai räjähdysvaaraa

Venturi-järjestelmän käyttökohteet

Venturi-putkia käytetään prosesseissa, joissa pysyvää painehäviötä ei voida sietää, ja joissa tarvitaan maksimaalista tarkkuutta erittäin viskoosien nesteiden tapauksessa. Niitä käytetään myös sovelluksissa, joissa ne korvaavat sähkökäyttöiset tyhjiöpumput:

• Kaasun tuuletus
• Liikkuvat metalliosat koneiden karkeassa ympäristössä:
  • Hopperin lastaus; Muovipelletit ruiskuvalua varten
  • Koristeen poisto
  • Täyttöoperaatiot
  • Materiaalin siirto
  • Hiekkapuhallus
• Kaasun kuljettaminen siirtojohdon tai pesurin läpi: Liikuttaa märkää ja kuivaa materiaalia tai nestettä putkiston läpi
• Energian siirto: Kuljettaa liuottimia ja kemikaaleja, esim. öljyä ja kaasua, höyryä
• Muunna tavallinen ilmakompressori imukoneeksi, jolla tuotteet kiinnitetään tasaisella imulla alustan kiinnittämiseksi pintaan. Ilmakompressorin käyttäminen puristusvoimana estää myös reikien tekemisen työpintaan.
• Mittaa nesteen nopeutta mittaamalla paineen muutoksia laitteen eri osissa:
  • Mittaa polttoaineen tai palamispaineita suihku- tai rakettimoottoreissa
  • Mittaa pieniä ja suuria vesi- ja jätevesivirtauksia
• Metrologiassa (mittaustiede) paine-erolle kalibroituja mittareita.
• Vesi-imurit, jotka tuottavat osittaisen tyhjiön käyttämällä hanan vedenpaineen liike-energiaa
• Kytke tyhjiöpussi tyhjiömuovattujen laminaattien valmistukseen
• Tehokkaisiin teollisuussovelluksiin tarkoitetut tyhjiömuovaustoiminnot
• Tyhjiömuovauslaitteet, jotka hajustavat hajuvettä tai ruiskuttavat maalia (esim.esim. ruiskupistoolista).

TUOTTEET

Mikä on tyhjiöpumppu?

Tyhjiöpumppu on laite, jonka keksi Otto von Guericke vuonna 1650. Se poistaa ilma- ja kaasumolekyylejä suljetusta tai suljetusta tilasta, jolloin syntyy osittainen tyhjiö. Joskus tyhjiöpumput poistavat kaasua alueelta, jolloin jäljelle jää osittainen tyhjiö, tai poistavat vettä alueelta toiselle, kuten sumppupumppu tekee kellarissa.

Tyhjiöpumpun teho mitataan pumpun nopeudella tai virtauksen tilavuudella sisääntulossa tilavuutena aikayksikköä kohden. Pumppausnopeus vaihtelee kunkin pumpputyypin ja sen käyttämän kaasun/nesteen/nesteen välillä. Toinen suorituskykyyn vaikuttava tekijä on säiliöstä ulos pumpattujen molekyylien määrä aikayksikköä kohti eli läpimeno.

Tyhjiön imu aiheutuu ilmanpaine-erosta. Sähköllä toimiva puhallin pienentää painetta koneen sisällä. Tämän jälkeen ilmanpaine työntää ilmaa maton läpi suuttimeen niin, että pöly kirjaimellisesti työntyy pussiin.

Tyhjiöpumpun komponentit ovat:

• Imeytys: Mitä suurempi imuluokka, sitä tehokkaampi imuri.
• Tuloteho: Tehonkulutus ilmoitetaan watteina. Tulotehon nimellisteho ei kerro puhdistimen tehosta, vaan ainoastaan sen kuluttaman sähkön määrästä
• Tuloteho: Tulotehon määrä muunnetaan ilmavirraksi puhdistusletkun päässä. Ilmavirta ilmoitetaan usein ilmavatteina (watteina).

Miten tyhjiöpumppu toimii?

Pyörivä akseli poistaa suljetussa tilassa ilma- ja kaasumolekyylejä. Tämä toiminta vähentää asteittain ilman tiheyttä tilassa, jolloin syntyy tyhjiö. Kun paine kotelossa vähenee, uusien hiukkasten poistaminen vaikeutuu. Tyhjiöpumpun tuottama energiamäärä riippuu poistetun kaasun tilavuudesta ja tuotetusta paine-erosta sisä- ja ulkoilman välillä.

Tyhjiöpumppujen käyttämät kaksi tekniikkaa ovat kaasun siirto tai talteenotto.

Tyhjiöpumput kohdentavat työntövoiman tyhjiöpuolelta ulospuhalluspuolelle kiihdyttääkseen kaasua.
Näissä ne liikuttavat kaasumolekyylejä kineettisellä vaikutuksella tai positiivisella syrjäytymisellä:

Kineettisen siirron pumput ohjaavat kaasun pumpun ulospuhalluspuolelta pumpun ulospuhalluspuolta päin suurnopeuksisten terien tai syötetyn kaasunpaineen avulla. Kineettisissä pumpuissa ei tyypillisesti ole suljettuja säiliöitä, mutta niillä voidaan saavuttaa suuria puristussuhteita alhaisilla paineilla.

Positiivinen syrjäytyssiirto vangitsee kaasun ja siirtää sitä pumpun läpi. Ne on usein suunniteltu monivaiheisiksi yhteiselle vetoakselille. Eristetty tilavuus puristetaan pienemmäksi tilavuudeksi korkeammassa paineessa ja poistetaan ilmakehään (tai seuraavaan pumppuun). On tavallista, että kahta siirtopumppua käytetään sarjassa suuremman alipaineen ja virtausnopeuden aikaansaamiseksi. Poistettu kaasu on ilmakehän paineen yläpuolella, kun pumpusta poistuu sama määrä kaasumolekyylejä kuin sinne tulee. Puristussuhde on pakopaine ulostulossa mitattuna suhteessa alimpaan sisäänmenossa saavutettuun paineeseen.

Sieppauspumput sieppaavat kaasumolekyylit tyhjiöjärjestelmässä oleville pinnoille. Tämä pumppu toimii pienemmillä virtausnopeuksilla kuin siirtopumput, mutta se voi tuottaa erittäin voimakkaan tyhjiön. Sieppauspumput toimivat kryogeenisen kondensaation, ionireaktion tai kemiallisen reaktion avulla, eikä niissä ole liikkuvia osia. Ne voivat tuottaa öljyttömän tyhjiön.

Mekaanisissa tyhjiöpumpuissa on yleensä sähkömoottori voimanlähteenä, mutta ne voivat vaihtoehtoisesti luottaa polttomoottoriin, ja ne imevät ilmaa suljetusta tilavuudesta ja päästävät sen ilmakehään. Pyörivä tyhjiöpumppu on suosituin mekaaninen pumppu. Yksittäiset roottorit on sijoitettu akselin ympärille ja ne pyörivät suurella nopeudella. Ilma vangitaan ja siirretään imuaukon läpi ja sen taakse syntyy tyhjiö.

Tyhjiöpumpputyypit

Pumppuja voidaan pitää joko märkä- tai kuivapumppuina riippuen siitä, joutuuko kaasu pumppauksen aikana kosketuksiin öljyn tai veden kanssa vai ei. Märkä pumppu käyttää öljyä tai vettä voiteluun ja/tai tiivistämiseen, ja tämä neste voi saastuttaa pyyhityn (pumpattavan) kaasun. Kuivissa pumpuissa ei ole nestettä. Niissä on tiiviit tilat pumpun pyörivien ja staattisten osien välillä, ja niissä käytetään kuivia polymeeritiivisteitä (PTFE) tai kalvoa erottamaan pumppausmekanismi pyyhkäistystä kaasusta. Kuivapumput vähentävät järjestelmän saastumisriskiä ja öljyn hävittämistä märkäpumppuihin verrattuna.

Huomautus: Tyhjiöpumppuja ei ole helppo muuttaa märkäpumpuista kuivapumpuiksi muuttamalla pumpun tyyliä. Kammio ja putkisto voivat saastua, jos ne ovat märkiä. Siksi kaikki märät pumput on puhdistettava tai vaihdettava perusteellisesti, muuten ne saastuttavat kaasun käytön aikana.

Primary/Booster/Secondary	Nimi	Pumpputyyppi
Primary (taustapumppu) pumput	Öljytiivisteinen pyörivän siipipyöräpumpun pumppu	Märkä. Kierukkapumppu
	Nesterengaspumppu
	Kalvopumppu	Kuiva Kierukkapumppu
	Kierukkapumppu
Tehostinpumput	Juuripumppu
	Kourapumppu
	Ruuvipumppu
Sekuntipumppu	Turbomolekulaarinen pumppu	Kiinteä kineettinen kuivasiirto
	Höyry. Diffuusiopumppu	Kostea kineettinen siirto
	Kryopumppu	Kuivapoistopumppu
	Sputteri-ionipumppu

Syyt tyhjiöpumpun käyttöön:

1. Tarjoa voimaa
2. Kerää pölyä
3. Poistaa aktiivisia ja reaktiivisia ainesosia
4. Poistaa loukkuun jääneitä ja liuenneita kaasuja
5. Vähentää lämmönsiirtoa
6. Lisää kaasumolekyylien ”keskimääräistä vapaata kulkua” niin, että paine muuttuu hyödylliseksi.

Keskimääräinen vapaa matka on matka, jonka molekyyli kulkee ennen törmäystä toiseen molekyyliin. Molekyyli voi kokea seuraavat virtaustyypit tyhjiössä:

1. Viskoosi virtaus, turbulenttinen: Valtava satunnainen liike, kun molekyylit yrittävät siirtyä mihin tahansa avoimeen tilaan, joka voi johtaa nopeampaan poistumiseen.
2. Viskoosi virtaus, laminaarinen: Muutaman minuutin kuluttua molekyylien kiire poistua loppuu ja ne alkavat siirtyä uloskäytävään hallitusti.
3. Molekyylivirtaus: Keskimääräinen vapaa matka pitenee putken halkaisijan sisällä, jolloin molekyylit virtaavat vapaasti. Kaasumolekyylit törmäävät todennäköisemmin putken (säiliön) seinämiin kuin toiseen molekyyliin. Paineen laskiessa myös johtokyky laskee, kunnes kaasuvirtaus muuttuu molekyylivirtaukseksi. Johtokyky on keskimääräisellä paineella virtaavan kaasun massan mitta putken pituusmetriä kohti.

Tyhjiöpumpun edut

• Kuljettaa suurta ilmamäärää/matalaa alipainetta
• Muuttaa paineen virtaukseksi (vaatii korkeamman paineen toimiakseen)
• Kerää likaa, pölyä ja roskia
• Säästää energiaa
• Kestävä

Vakuumipumpun käyttökohteet

• Lääketieteelliset prosessit, jotka vaativat imua, kuten terapia- tai massaspektrometrit
• Kemialliset ja farmaseuttiset sovellukset
• Tieteelliset analyysilaitteet, joilla analysoidaan kiinteitä, kaasu-, pinta-, nestemäisiä ja biologisia materiaaleja, kuten elektronimikroskooppi
• Prosessiteollisuudessa höyryjen tuulettamiseen, pölyn- ja lianpoistoon, laitteistojen voimanlähteisiin ja roskien tiivistämiseen:
  • Sokeritehtaat
  • Paperimassa & paperi
  • Sementti
  • Vakuumiputket
  • Sähkölamput
  • Puolijohteet
  • Lasipinnoite
• Lentoinstrumenttien hyroskoopit saavat virtansa tyhjiölähteestä sähkövian sattuessa.
• Viemärijärjestelmien käsittelylaitokset
• Poistavat vettä alueelta toiselle, kuten pumppu tekee kellarissa.

Venturi-järjestelmä VS alipainepumppu

Venturi-järjestelmää voidaan käyttää monissa samoissa sovelluksissa kuin alipainepumppua. Nex Flow’n Venturi-järjestelmän (Ring Vac) tärkein etu on, että yksiköt ovat kompakteja ja kestäviä, ne on helppo konfiguroida ja ne eivät vaadi huoltoa tyhjiöpumppuihin verrattuna. Kun ilmaa tuuletetaan jatkuvasti – valitsemalla matalapaineinen tyhjiöpumppu voidaan säästää energiakustannuksia. Kuitenkin – jos etsit materiaalien ajoittaista kuljettamista – paineilmakäyttöinen Ring Vac, jossa on pikakytkin päälle/pois, voi säästää energiakustannuksia paineilmaa käytettäessä.