Въпрос: Как се изчисляват стойността 'Cv' и необходимият пневматичен разход за високоскоростно пневматично сортиране?

В съвременните автоматизирани системи за сортиране, като тези, използвани в заводи за рециклиране, производство на храни, логистика и опаковка, както и в фармацевтично производство, скоростта е ключовият показател. Въздушните дюзи или компактните пневматични цилиндри трябва да се активират и да се връщат обратно за милисекунди, за да изхвърлят дефектни продукти от високоскоростни конвейерни ленти.

Ако изберете соленоиден клапан, който е твърде малък, актуаторът няма да получи достатъчен обем компресиран въздух навреме, което ще доведе до бавно движение и пропускане на целевия обект. Обратно, изборът на прекалено голям клапан води до загуба на компресиран въздух, увеличава енергийните разходи и заема излишно физическо пространство. За постигане на идеална синхронизация пневматичните инженери трябва да изчислят необходимата скорост на потока и cv стойността на клапана (коефициент на протока). По-долу инженерният екип на AIRWORK предоставя подробно поетапно ръководство за тези критични изчисления за подбор.

1. Какво представлява Cv стойността и защо е важна?

Cv стойността, или коефициентът на протока, е стандартна в отрасъла мярка, която характеризира пропускателната способност на клапан. По дефиниция Cv стойност 1,0 означава, че клапанът пропуска 1,0 американски галон вода за минута при перепад на налягането от 1,0 psi през клапана. В пневматиката адаптираме този стандарт, базиран на течности, към свиваеми течности (въздух), като използваме математически формули за преобразуване.

По същество, стойността Cv ви показва колко голямо съпротивление ще окаже разпределителната плоча на клапана на преминаващия въздух. По-високата стойност на Cv означава по-голям вътрешен канал, по-ниско ограничение на потока и по-бързо движение на цилиндъра.

2. Стъпка за определяне на размерите: Изчисляване на обема на цилиндъра и консумацията на въздух

За да се определи необходимата скорост на потока, първо трябва да разгледаме изпълнителното устройство, което се опитваме да напълним. Да предположим бързосортиращ цилиндър със следните параметри:

• Диаметър на цилиндъра (D): 20 мм (0,02 м)
• Ход на цилиндъра (L): 50 мм (0,05 м)
• Желано време за ход (t): 0,05 секунди (50 мс)
• Работно налягане (P1): 0,5 MPa (5,0 bar или приблизително 72,5 psi)

Първо изчислете вътрешния обем на цилиндровата камера (V) при изтягане:

• Площ на буталото (A) = 3,1416 × (квадрата на радиуса на диаметъра)
• A = 3,1416 × (10 мм × 10 мм) = 314,16 кв. мм (0,000314 кв. м)
• Обем на камерата (V) = Площ × Ход = 314,16 мм × 50 мм = 15 708 кубични милиметра (0,0157 литра)

Тъй като компресираният въздух е свиваем, трябва да преобразуваме този физически цилиндричен обем в обем свободен въздух (V_free) при стандартно атмосферно налягане:

• V_free = V × (Абсолютно работно налягане / Абсолютно атмосферно налягане)
• Абсолютно работно налягане = 0,5 MPa + 0,1 MPa (атмосферно налягане) = 0,6 MPa (6,0 bar)
• Абсолютно атмосферно налягане = 0,1 MPa (1,0 bar)
• Съотношение = 6,0 / 1,0 = 6
• V_free = 0,0157 литра × 6 = 0,0942 нормални литра (NL) въздух на ход.

3. Стъпка за избор на размер: Определяне на необходимата обемна скорост на потока (Q)

Сега трябва да вземем предвид времевия лимит. Цилиндърът трябва да се изтегли напълно за 0,05 секунди (t = 0,05 s). Скоростта на потока (Q) е обемът на необходимия свободен въздух, разделен на разрешеното време:

• Q = V_free / t
• Q = 0,0942 литра / 0,05 секунди = 1,884 литра в секунда
• За да се преобразува тази стойност в стандартни литри в минута (SLPM или NL/min), умножете я по 60:
• Q = 1,884 × 60 = 113,04 стандартни литра в минута (NL/min)

За да се преобразуват NL/min в стандартни кубични фута в минута (SCFM) – често използвана B2B единица на западните пазари – разделете на 28,316:

• Q = 113,04 / 28,316 = 3,99 SCFM (приблизително 4,0 SCFM)

Това е средният разход, необходим по време на активния ход. В обаче при високоскоростни приложения трябва да се приложи коефициент на сигурност от 1,5 до 2,0, за да се компенсират началните загуби на налягане, триенето по тръбопроводите и закъснението при управляването на клапаните. Ще използваме коефициент на сигурност 1,5:

• Изискваният проектен разход (Q_design) = 4,0 SCFM × 1,5 = 6,0 SCFM (или приблизително 170 NL/min)

4. Стъпка за подбор №3: Изчисляване на необходимата стойност Cv

След като е определен проектният разход на въздух (Q_design), можем да изчислим необходимата стойност Cv за клапана. Стандартната индустриална формула за притока на въздух през клапан (при подкритичен перепад на налягането, т.е. когато изходното налягане е по-голямо от 53 % от входното налягане) е:

• Cv = Q_design / (22,48 x Квадратен корен от (Delta P x P2))

Където:

• Q_design = Разход в SCFM (6,0 SCFM)
• Delta P = Допустимият перепад на налягането през клапана в psi. За максимална ефективност обикновено проектираме перепад на налягането равен на 10 % от входното налягане. 10 % от 72,5 psi = 7,25 psi.
• P2 = Абсолютното изходно налягане в psi (Абсолютно входно налягане минус Delta P). Абсолютното входно налягане = 72,5 psi + 14,7 psi (атмосферно налягане) = 87,2 psi. P2 = 87,2 psi – 7,25 psi = 79,95 psi.

Сега заместваме стойностите:

• Delta P x P2 = 7,25 x 79,95 = 579,6
• Квадратен корен от 579,6 = 24,07
• Знаменател = 22,48 x 24,07 = 541,1
• Cv = 6,0 / 541,1 = 0,011

Това е минималната необходима стойност Cv за еднопосочна работа. На практика поради триенето в тръбите и фитингите проектираните от B2B избират клапан със стойност Cv, която е значително по-висока – обикновено между 0,15 и 0,3, за да се гарантира безупречна работа на системата и безопасен запас.

5. Избор на подходящия клапан AIRWORK

След като сте изчислили необходимата стойност Cv, можете да консултирате нашите технически данни. По-долу е бърз справочник за клапаните от серията AIRWORK:

• серия 100 (портове M5/M6): диапазон на Cv от 0,2 до 0,4. Идеални за миниатюрни високоскоростни сортиращи цилиндри (диаметър на цилиндъра 10 мм до 20 мм).
• серия 200 (портове 1/8 инч или 1/4 инч): диапазон на Cv от 0,7 до 0,89. Най-популярният избор за стандартни опаковъчни машини.
• серия 300 (портове 3/8 инч): диапазон на Cv от 1,4 до 1,68. Използват се за тежки сортиращи ръце и за пренасочване на голямо количество материали.

Преимуществото AIRWORK (JZPNU)

В Zhejiang Jinzhi Pneumatic Technology Co., Ltd. (JZPNU) осъзнаваме, че изчисленията са толкова точни, колкото и физическите компоненти. Клапаните на нашата марка AIRWORK са проектирани така, че да отговарят на заявената си пропускателна способност Cv с изключителна точност:

• Цилиндрични канали с огледно финиш: Намаляването на вътрешното триене позволява клапанната плъзгачка да се отваря мигновено, постигайки пълна подача за по-малко от 10 мс.
• Постоянни производствени допуски: Използваме съвременно оборудване за CNC обработка, за да гарантираме, че всеки корпус на клапан точно съответства на нашите технически графики за подаване, което осигурява, че вашите физически системи работят точно както предвиждат теоретичните ви изчисления.

Чрез извършване на тези изчисления и избор на подходящ клапан AIRWORK с електромагнитно задвижване и висока пропускателна способност инженерите B2B могат да гарантират безупречна производителност при високоскоростно сортиране, намалявайки броя на пропуснатите дефектни изделия и оптимизирайки ефективността на компресиран въздух.