Kérdés: Hogyan számítható ki a „Cv-érték” és az átfolyási sebesség, amelyekre nagysebességű neumás szortírozáshoz van szükség?

A modern automatizált szortírozó rendszerekben – például a hulladékfeldolgozó üzemekben, élelmiszer-feldolgozó létesítményekben, logisztikai csomagoló központokban és gyógyszeripari gyártóüzemekben – a sebesség a meghatározó mérőszám. A levegős fúvókák vagy a kompakt neumás hengerek ezredmásodpercek alatt kell, hogy kinyíljanak és visszahúzódjanak, hogy hibás termékeket lökjenek ki a nagysebességű szállítószalagokról.

Ha túl kis méretű mágnesszelepet választunk, az aktuátor nem kap elegendő tömörített levegőt időben, így lassan mozog, és elmulasztja a céltárgyat. Fordítva: egy túl nagy méretű szelep pazarolja a tömörített levegőt, növeli az energiafogyasztást és felesleges fizikai területet foglal el. A tökéletes szinkronizáció eléréséhez a pneumatikus mérnököknek ki kell számítaniuk a szükséges átfolyási sebességet és a szelep Cv-értékét (átfolyási tényezőjét). Az alábbiakban az AIRWORK mérnöki csapata részletes, lépésről lépésre vezető útmutatót nyújt ezekhez a kritikus méretezési számításokhoz.

1. Mi a Cv-érték, és miért fontos?

A Cv-érték, vagy átfolyási tényező egy ipari szabvány szerinti mérőszám, amely a szelep átfolyási kapacitását jelzi. Definíció szerint egy 1,0-os Cv-érték azt jelenti, hogy a szelep percenként 1,0 US-gallon vizet enged át 1,0 psi nyomáscsökkenés mellett. A pneumatikában ezt a folyadékokra vonatkozó szabványt matematikai átszámítási képletek segítségével alkalmazzuk a összenyomható folyadékokra (pl. levegőre).

Alapvetően a Cv-érték azt mutatja meg, hogy mennyi ellenállást fejt ki egy szelephenger a átáramló levegőnek. Minél magasabb a Cv-érték, annál nagyobb a belső átjáró, annál kisebb a folyamatrezisztencia, és annál gyorsabb a henger mozgása.

2. Méretezés – 1. lépés: A henger térfogatának és levegőfogyasztásának kiszámítása

A szükséges térfogatáram meghatározásához először a feltöltendő munkahengert kell vizsgálnunk. Tegyük fel, hogy egy nagysebességű rendezőhengerrel dolgozunk az alábbi paraméterekkel:

• Henger átmérője (D): 20 milliméter (0,02 méter)
• Henger lökethossza (L): 50 milliméter (0,05 méter)
• Kívánt lökethossz ideje (t): 0,05 másodperc (50 milliszekundum)
• Működési nyomás (P1): 0,5 MPa (5,0 bar, vagy kb. 72,5 psi)

Először számítsuk ki a henger kamra belső térfogatát (V) a kinyúlás során:

• Pisztolyfelület (A) = 3,1416 × (átmérő sugara négyzete)
• A = 3,1416 × (10 mm × 10 mm) = 314,16 négyzetmilliméter (0,000314 négyzetméter)
• Kamratérfogat (V) = Terület × Ütés = 314,16 mm × 50 mm = 15 708 köbmilliméter (0,0157 liter)

Mivel a sűrített levegő összenyomható, ezt a fizikai henger térfogatát át kell alakítanunk szabad levegő térfogatává (V_free) a szokásos légnyomáson:

• V_free = V × (Abszolút munkanyomás / Abszolút légnyomás)
• Abszolút munkanyomás = 0,5 MPa + 0,1 MPa (légnyomás) = 0,6 MPa (6,0 bar)
• Abszolút légnyomás = 0,1 MPa (1,0 bar)
• Arány = 6,0 / 1,0 = 6
• V_free = 0,0157 liter × 6 = 0,0942 normál liter (NL) levegő ütésenként.

3. Méretezési lépés 2: A szükséges térfogatáram (Q) meghatározása

Most figyelembe kell vennünk az időkorlátot. A hengernek teljesen ki kell nyúlnia 0,05 másodpercen belül (t = 0,05 s). Az áramlási sebesség (Q) a szükséges szabad levegő térfogata osztva az engedélyezett idővel:

• Q = V_free / t
• Q = 0,0942 liter / 0,05 másodperc = 1,884 liter/másodperc
• A Standard liter per perc (SLPM vagy NL/perc) érték kiszámításához szorozzuk meg 60-nal:
• Q = 1,884 × 60 = 113,04 Standard liter per perc (NL/perc)

Az NL/perc értéket Standard köbláb per perc (SCFM) egységre, amely a nyugati piacokon gyakori B2B egység, úgy alakíthatjuk át, hogy elosztjuk 28,316-tal:

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

Ez az átlagos térfogatáram az aktív ütem során szükséges. Azonban nagysebességű alkalmazások esetén biztonsági tényezőt (1,5–2,0 közötti értéket) kell alkalmaznunk a kezdeti nyomáscsökkenés, a csővezeték súrlódása és a szelep vezérelt működésének késleltetése miatt. Használjunk 1,5-ös biztonsági tényezőt:

• Szükséges tervezési térfogatáram (Q_design) = 4,0 SCFM × 1,5 = 6,0 SCFM (vagy kb. 170 NL/perc)

4. Méretezési lépés 3: A szükséges Cv érték kiszámítása

Miután meghatároztuk a tervezési átfolyási sebességet (Q_design), kiszámíthatjuk a szükséges szelepcsatorna-értéket (Cv). A levegő áramlására vonatkozó ipari szabványos képlet (amikor a nyomáscsökkenés alkritikus, azaz a kilépő nyomás nagyobb, mint a bemenő nyomás 53%-a) a következő:

• Cv = Q_design / (22,48 × √(Delta P × P2))

Ahol:

• Q_design = térfogatáram SCFM-ben (6,0 SCFM)
• Delta P = A szelepen megengedett nyomáscsökkenés psi-ben. A maximális hatásfok érdekében általában a bemenő nyomás 10%-os nyomáscsökkenésére tervezzük. A 72,5 psi 10%-a = 7,25 psi.
• P2 = Abszolút kilépő nyomás psi-ben (bemenő abszolút nyomás mínusz Delta P). A bemenő abszolút nyomás = 72,5 psi + 14,7 psi (légnyomás) = 87,2 psi. P2 = 87,2 psi − 7,25 psi = 79,95 psi.

Most helyettesítsük be az értékeket:

• Delta P × P2 = 7,25 × 79,95 = 579,6
• √579,6 = 24,07
• Nevező = 22,48 × 24,07 = 541,1
• Cv = 6,0 / 541,1 = 0,011

Ez az egyirányú áramlásra vonatkozó minimálisan szükséges Cv-érték. A gyakorlatban a csővezeték súrlódása és a csatlakozók miatt a B2B tervezők általában lényegesen magasabb Cv-értékű szelepet választanak, általában 0,15 és 0,3 közötti értékkel, hogy biztosítsák a rendszer abszolút precíz működését és biztonsági tartalékát.

5. A megfelelő AIRWORK szelep kiválasztása

Miután kiszámította a szükséges Cv-értéket, konzultálhat műszaki adatlapjainkkal. Az alábbiakban rövid összefoglalót adunk AIRWORK sorozatunk szelepeiről:

• 100-as sorozat (M5/M6 csatlakozók): Cv-tartomány 0,2–0,4. Tökéletesen alkalmas miniaturizált, nagysebességű szortírozó hengerekhez (hengerátmérő 10–20 mm).
• 200-as sorozat (1/8 vagy 1/4 hüvelykes csatlakozók): Cv-tartomány 0,7–0,89. A legnépszerűbb választás szokásos csomagolóberendezésekhez.
• 300-as sorozat (3/8 hüvelykes csatlakozók): Cv-tartomány 1,4–1,68. Nehéz szortírozó karokhoz és tömeges anyagok irányításához használják.

Az AIRWORK (JZPNU) előnye

A Zhejiang Jinzhi Pneumatic Technology Co., Ltd. (JZPNU) vállalatnál jól tudjuk, hogy a számítások pontossága csak annyira jó, amennyire megbízhatóak a fizikai alkatrészek. AIRWORK márkájú szelepeinket úgy terveztük, hogy extrém pontossággal érjék el a megadott Cv-értékeket:

• Tükröző felületű furatok: Az alacsonyabb belső súrlódás lehetővé teszi, hogy a szelepszár azonnal kinyíljon, és teljes átfolyást érjen el 10 milliszekundumon belül.
• Egységes gyártási tűrések: A legmodernebb CNC megmunkáló berendezéseket üzemeltetjük, hogy minden szeleptest pontosan megfeleljen műszaki átfolyási diagramjainknak, így fizikai rendszerei pontosan úgy viselkednek, ahogy elméleti számításaik szerint kellene.

Az ilyen számítások elvégzésével és egy megfelelő, nagyátfolyású AIRWORK mágneses szelepek kiválasztásával a B2B mérnökök garantálhatják a hibátlan, nagysebességű rendezési teljesítményt, csökkentve a selejt elkerülését és optimalizálva a sűrített levegő hatékonyságát.