Chân không giới hạn của bơm không dầu chỉ 90 kPa, vì sao vẫn hút giữ được phôi

Trên bảng chọn kiểu, V3, V8, V10, V16 đều ghi chân không giới hạn 90 kPa. Không ít người thấy con số này trước tiên sẽ nghi ngờ: chưa tới một áp suất khí quyển, liệu có hút giữ được vật không. Giác hút trên dây chuyền lắp ráp điện tử, đầu lấy và đặt của máy đóng gói dạng băng, đầu cuối của tay máy, rất nhiều động tác lại chính do dòng bơm này thực hiện. Vấn đề không nằm ở bơm, mà ở cách tính lực hút.

90 kPa là độ chân không, không phải đã hút đi 90% không khí

90 kPa trong bảng là độ chân không so với áp suất khí quyển. Quy đổi theo áp suất khí quyển tiêu chuẩn 101.3 kPa, áp suất tại cửa bơm khoảng 11 kPa. Trang sản phẩm đồng thời ghi “độ chân không sử dụng 85 kPa”, nghĩa là khi chạy liên tục, cửa bơm duy trì khoảng 16 kPa áp suất . Hai số chênh nhau 5 kPa, phần chênh chính là tổn thất áp suất đường ống và rò rỉ ở giác hút — giá trị giới hạn danh định chỉ đọc được khi bịt kín cửa nạp khí.

Lực tác dụng lên giác hút chỉ liên quan đến chênh áp và diện tích chịu lực:

F = ΔP × A

Giác hút φ50 có diện tích 19.63 cm²; ở độ chân không 60 kPa, chênh áp tính theo 60 kPa, F = 0.001963 m² × 60000 Pa ≈ 118 N, khoảng 12 kgf. Đây là giá trị lý thuyết; dưới đây liệt kê theo đường kính:

Đường kính giác hút	Diện tích hiệu dụng	Ở độ chân không 60 kPa	Ở độ chân không 85 kPa
φ20	3.14 cm²	18.8 N / 1.9 kgf	26.7 N / 2.7 kgf
φ30	7.07 cm²	42.4 N / 4.3 kgf	60.1 N / 6.1 kgf
φ40	12.57 cm²	75.4 N / 7.7 kgf	106.8 N / 10.9 kgf
φ50	19.63 cm²	117.8 N / 12.0 kgf	166.9 N / 17.0 kgf
φ80	50.27 cm²	301.6 N / 30.7 kgf	427.3 N / 43.6 kgf
φ100	78.54 cm²	471.2 N / 48.0 kgf	667.6 N / 68.1 kgf

Cùng bảng này tính theo 85 kPa, giá trị nhân với 1.42. Chênh áp tăng gấp đôi thì lực tăng gấp đôi, không liên quan trực tiếp đến công suất của bơm.

Hệ số an toàn: giá trị lý thuyết phải chia đôi

Giác hút không phải vật thể cứng; bề mặt phôi có màng dầu, có vân, có biến dạng, mép làm kín cũng không thể áp khít toàn bộ. Trong thiết kế kỹ thuật, hệ số được chọn theo hướng hút: hút hướng lên, không gia tốc, lấy 2 lần; hút bên, có gia tốc hoặc bề mặt phôi nhám, lấy trên 3 lần.

Ví dụ: tấm nhôm 2 kg, 4 giác hút φ30, độ chân không 60 kPa. Mỗi chiếc 4.3 kgf, tổng 17.2 kgf; với hệ số 2 lần, cho phép 8.6 kgf, dư hơn 4 lần. Cùng phôi đó đổi sang 2 giác hút φ20, tổng 3.8 kgf, chia đôi chỉ còn 1.9 kgf, thấp hơn trọng lượng phôi — hiện tượng rơi phôi không thường xuyên chính là từ đây mà ra.

Tốc độ hút quyết định mất bao lâu để hút giữ, không quyết định có hút giữ được hay không

Lực hút đủ hay không là vấn đề chênh áp; hút nhanh hay không là vấn đề tốc độ hút. V8 có tốc độ hút 6.8 m³/h (50 Hz), tức 1.89 L/s. Phía thiết bị có một bình đệm 20 L, hút từ áp suất thường đến 40 kPa áp suất :

t = V / S × ln(P₁/P₂) = 20 / 1.89 × ln(101.3 / 40) ≈ 9.8 s

9.8 s này chỉ tính việc hút khí, chưa tính rò rỉ trước khi phôi áp khít. Cùng điều kiện đổi sang V16 (16 m³/h, 4.44 L/s), dung tích bình 50 L, khoảng 10.5 s. Nhịp yêu cầu hút giữ trong 3 s; việc tăng kích cỡ bơm thường không hiệu quả bằng thu nhỏ bình đệm: dung tích bình từ 20 L giảm xuống 5 L, thời gian hút khí của V8 giảm còn khoảng 2.5 s.

Khả năng duy trì phụ thuộc lượng rò khí, không phụ thuộc chân không giới hạn

Vật xốp (bìa carton, xốp, vải, vật thiêu kết), đầu nối ống mềm, khớp quay đều rò. V8 có tốc độ hút danh nghĩa 133 L/min; nếu hệ thống rò 20 L/min ở chênh áp 60 kPa, tốc độ hút hiệu dụng còn 113 L/min, điểm áp suất vẫn giữ được, chỉ là bơm chạy đầy tải lâu dài, nhiệt độ tăng và tiếng ồn cũng tăng theo. Khi lượng rò khí gần tốc độ hút danh nghĩa, bơm không giữ được điểm đặt, biểu hiện là giác hút rơi phôi chập chờn.

Khi nào 90 kPa thực sự không đủ

Ba loại điều kiện làm việc:

Một là hút chân không yêu cầu áp suất trong khoang thấp hơn 10 kPa, ví dụ đóng gói chân không, tẩm, khử bọt; độ chân không 90 kPa về mặt vật lý không đạt tới; Hai là làm cấp trước cho mạ phủ, xử lý nhiệt, cần mức 0.1 mbar, phải dùng bơm cánh gạt kín dầu, V0025A có chân không giới hạn 0.5 mbar, V0040A đến V0100 là 0.1 mbar; Ba là trạm đầu xa có đường ống dài, nhiều khuỷu, tổn thất áp suất lấy mất mười mấy kPa; khi đó tính đường kính ống trước, chưa chắc cần đổi bơm.

Ba câu hỏi khi chọn kiểu

Giữ phôi cần chênh áp bao nhiêu. Tính ngược từ trọng lượng phôi, số lượng giác hút, hệ số an toàn, rồi quyết định tính theo 60 kPa hay 85 kPa.
Cần tạo chân không trong bao nhiêu giây. t = V/S·ln(P₁/P₂); V phải gồm tổng dung tích của giác hút, ống mềm, bình đệm, đừng chỉ điền bình.
Lượng rò khí bao nhiêu. Với vật xốp đo thực tế; với tấm kim loại thông thường để dư theo 20 đến 30 L/min.

Trả lời xong ba câu, cơ bản có thể chọn cấp giữa V3 (3.4 m³/h), V8 (6.8 m³/h), V10 (10 m³/h), V16 (16 m³/h); nếu câu đầu trả lời là “cần áp suất dưới 10 kPa”, chuyển thẳng sang bơm kín dầu sẽ gọn hơn.

Một số kiểu máy không phù hợp với khu vực 60 Hz, tốc độ hút cũng thay đổi theo tốc độ quay (V8 là 6.8/8.6 m³/h, V10 là 10/12 m³/h, V16 là 16/18.2 m³/h, đều là 50/60 Hz); trước khi đặt hàng cho dự án ở nước ngoài, vui lòng xác nhận với bên chúng tôi về cấu hình điện áp và tần số.