В компании Nipro PharmaPackaging, Германия, эжекторы piCOMPACT® и силиконовые вакуумные присоски с сильфоном Piab обеспечивают бесперебойность производства. Эта область применения с 32 500 циклами в день, 24 часами в сутки без выходных отличается наибольшим количеством циклов в единицу времени — идеальные условия для испытаний на функциональность и срок службы любого вакуумного эжектора.
Как это часто бывает в фармацевтической промышленности, надежность и эффективность являются ключевым фактором. Это также характерно и для производства одноразовых стеклянных шприцев с канюлями для фасовки, например, инъекций инсулина и инъекций для лечения тромбозов на дому.
По этой причине в компании Nipro в Мюннерштадте, Германия, на двух производственных линиях ранее использовавшиеся одноступенчатые эжекторы были заменены вакуумными насосами piCOMPACT®. В основе их работы лежит многоступенчатая вакуумная технология COAX® компании Piab, которая сводит к минимуму потребление энергии и обеспечивает безопасную и быструю фиксацию груза благодаря мощному начальному потоку вакуума. Таким образом, четыре вакуумных насоса piCOMPACT® на каждую систему в Nipro, непрерывно эксплуатируемые с февраля 2020 года, обеспечивают значительно более высокую стабильность производственного процесса и, как следствие, сокращение отходов и перерывов в работе из-за простоев оборудования при замене насосов.
В насосах с многоступенчатыми эжекторами сжатый воздух поступает в насос и подается через систему сопел эжектора и камеры различных размеров, которые служат «усилителем давления». В каждом отверстии камеры создается разное вакуумное давление из-за разного диаметра сопла эжектора. Существует также общая камера, в которой вакуумное давление больше из-за комбинирования значений давления во всех других камерах. Атмосферное давление вне системы устремляется внутрь, пытаясь создать равновесие, что обеспечивает эффективный поток вакуума.
Более высокий уровень вакуумного давления в общей камере заставляет резиновые диафрагмы или заслонки закрывать отверстия камеры. Единственные негерметичные камеры — это первые вакуумные камеры, где достигаются самые глубокие уровни вакуума. Смесь сжатого воздуха, используемого для создания низкого давления и потока вакуума, выходит через выхлопную систему. Этот процесс завершается за миллисекунды и постоянно повторяется при повышении и понижении уровня вакуума.
Многоступенчатые эжекторы обеспечивают оптимальное использование энергии, хранимой в сжатом воздухе, используя специально разработанные сопла для подачи воздуха и серии эжекторов постепенно увеличивающегося размера, которые позволяют потоку сжатого воздуха расширяться на контролируемых стадиях. В результате типичное соотношение расхода сжатого воздуха и вакуума составляет 1:3. То есть на каждый 1 куб. фут/мин сжатого воздуха приходится 3 куб. фут/мин потока вакуума.
Выбранный эжектор играет решающую роль в любой роботизированной системе, поскольку он оказывает большое влияние на производительность, скорость и время работы системы. Одной из наиболее важных характеристик является эффективность эжектора. Скорость (время цикла) во многом определяется тем, насколько быстро эжектор сможет создать безопасный уровень вакуума. При транспортировке негерметичных материалов с существенными отклонениями (например, круглые или изогнутые поверхности, например в шприцах) пропускная способность при более глубоких уровнях вакуума не менее важна для поддержания высокой надежности. Начальная пропускная способность особенно важна в высокоскоростных машинах для обеспечения плотного быстрого захвата при использовании присоски с сильфоном. Многоступенчатые эжекторы на 30–50 % эффективнее по сравнению с соответствующими одноступенчатыми эжекторами при одинаковом потреблении энергии. Единственным компромиссом при использовании технологии многоступенчатого эжектора является немного удлиненный модуль эжектора. При использовании одноступенчатого эжектора для достижения той же производительности необходимо компенсировать это соплом эжектора большего размера. В результате увеличиваются затраты (больше потребляемой энергии и клапаны большего размера). Кроме того, во время этого процесса возникает более высокий уровень шума и выделяется больше тепла.
Для высокоскоростных систем, например когда время цикла <50–100 мс, скорость работы клапанов оказывает большое влияние на общее время цикла. Клапаны прямого действия исключают дополнительный объем для заполнения воздухом пилотных клапанов (обычно тарельчатого типа). Клапаны прямого действия повышают среднее время безотказной работы (MTBF - Mean Time Before Failure), поскольку в общей конструкции клапана задействовано меньше движущихся частей. Мощность клапана также определяет скорость.
Большинство клапанов, используемых в эжекторах компактного типа со встроенным управлением, рассчитаны на питание 24 В постоянного тока с небольшим допуском по напряжению. Нередко конечные пользователи испытывают трудности с контролем нагрузки на используемые ими источники питания. Довольно часто напряжение питания в сочетании с давлением сжатого воздуха выходят за пределы указанного допуска. Чтобы минимизировать время простоя, машиностроители и интеграторы роботов должны обращать пристальное внимание на допустимый диапазон напряжения питания при выборе устройства и/или проверять наличие других функций, допускающих колебания напряжения питания. Адаптивная ШИМ — это метод, который позволяет учитывать колебания напряжения питания.
«Кроме того, piCOMPACT® имеет гораздо больший рабочий диапазон и гораздо меньшую чувствительность к колебаниям сжатого воздуха по сравнению с одноступенчатыми вакуумными эжекторами, которые мы использовали до сих пор, — добавляет Дэниел Шмитт, инженер по проектам и оборудованию в Nipro PharmaPackaging, Германия, — Это особенно важно, потому что наше производство синхронизировано и не работает постоянно. Вакуумные эжекторы piCOMPACT® от Piab проработали у нас почти полтора года, за исключением праздников, и за это время без проблем прошли пятнадцать миллионов циклов».
Кроме того, эжекторы COAX® в два раза быстрее других эжекторов и обеспечивают в три раза больший поток, чем обычные вакуумные эжекторы при одинаковом потреблении воздуха. Насос может обеспечивать высокую производительность даже при низком или колеблющемся уровне давления подачи. Это было доказано в ходе независимых сравнительных испытаний в Институте станков и технологий формовки им. Фраунхофера в Дрездене, Германия. Испытания показали, что эжекторам Piab требуется значительно меньше сжатого воздуха для достижения той же производительности по сравнению с эжекторами других производителей. Соответственно, использование данных насосов снижает стоимость подачи сжатого воздуха.
В последней версии piCOMPACT®23 SMART базовая функция регулировки энергии автоматически отключает подачу энергии, когда вакуум больше не требуется в герметичной или полугерметичной системе. Уровень вакуума для отключения генератора и гистерезис (допустимое падение уровня вакуума перед запуском) полностью настраиваются пользователем. Эта функция позволяет сэкономить до 90–95 % расхода сжатого воздуха за один цикл подъема. Система энергосбережения сочетается с автоматическим определением уровня, функцией, которая автоматически устанавливает оптимизированные энергосберегающие уровни отключения и повторного запуска в каждом цикле в зависимости от реальных условий. Адаптивная широтно-импульсная модуляция снижает подаваемую мощность на клапаны, когда те находятся в положении фиксации, и повышает мощность до полноценного значения, когда необходимо переключить клапаны в целях достижения максимально быстрого времени отклика. Адаптивная часть допускает колебания напряжения, не позволяя им влиять на функциональность системы. Таким образом, адаптивная широтно-импульсная модуляция значительно снижает энергопотребление, создает более низкую температуру, повышает прочность установки и тем самым продлевает срок службы захватного устройства.
«Мы очень довольны переходом на вакуумные насосы piCOMPACT® от Piab. Если оценить общую стоимость владения и принять во внимание значительно более длительный срок службы и меньшее время простоя для замены, меньший объем брака из-за падающих шприцев и меньшее потребление сжатого воздуха, их эксплуатация в течение срока службы будет более экономичным и эффективным решением, чем предыдущее», — отмечает г-н Шмитт выгодность эжекторов Piab с финансовой точки зрения.
Хотите узнать больше? Свяжитесь с нами!
О группе Nipro Europe
Компании группы Nipro Europe входят в состав Nipro Corporation Japan, ведущей мировой фармацевтической компании, основанной в 1954 году. Компания Nipro, штат которой насчитывает более 29 000 сотрудников по всему миру, обслуживает отрасли медицинских технологий, фармацевтики и фармацевтической упаковки.
