Pompa podciśnienia

Czy zdarzyło Ci się zastanawiać, skąd nowoczesne linie produkcyjne biorą próżnię do podnoszenia produktów, pakowania czy formowania? Pompa podciśnienia (nazywana też pompą próżniową) to urządzenie, które pozwala wytworzyć podciśnienie – ciśnienie niższe od atmosferycznego – i tym samym zasysać obiekty lub gazy. W automatyce przemysłowej podciśnienie odgrywa rolę równie ważną jak sprężone powietrze. Dzięki niemu działają przyssawki próżniowe, systemy pakujące, plotery CNC z mocowaniem detali i dziesiątki innych aplikacji. W tym artykule wyjaśniamy, jak działa pompa podciśnienia, jakie są źródła podciśnienia w przemyśle oraz jak dobrać odpowiednie rozwiązanie do swoich potrzeb – od klasycznej pompy po eżektor czy dmuchawę bocznokanałową. Dowiesz się również, na co zwrócić uwagę przy eksploatacji tych urządzeń i jak Astra Automatic może pomóc w doborze optymalnego systemu próżniowego.

Zasada działania pompy podciśnienia

Pompa podciśnienia to urządzenie, które usuwa część gazu ze szczelnie zamkniętej przestrzeni, obniżając ciśnienie wewnątrz niej. W efekcie powstaje siła ssąca – podciśnienie – zdolna przyciągać przedmioty lub zasysać płyny i gazy. W odróżnieniu od kompresora (sprężarki) działającego odwrotnie – zwiększającego ciśnienie – pompa próżniowa „wyciąga” cząsteczki powietrza na zewnątrz układu. Klasyczna mechaniczna pompa podciśnienia składa się z komory roboczej i elementów ruchomych (wirników, łopatek, tłoków itp.), które cyklicznie zwiększają objętość gazu i wypychają go poza układ. W ten sposób wewnątrz instalacji utrzymuje się stała próżnia robocza – na tyle duża, by spełnić wymagania procesu. Przykładowo, pompy łopatkowe (wirnikowe) z łopatkami węglowymi potrafią osiągać ciśnienie rzędu 0,1 mbar (czyli 99,99% próżni), podczas gdy proste pompy membranowe czy suchobieżne – kilkadziesiąt mbar. W praktyce przemysłowej typowy poziom podciśnienia wykorzystywany np. przy chwytaniu elementów to ok. -0,6…-0,9 bar (60–90% próżni), co zapewnia już pewny chwyt większości obiektów.

Co ważne, pompa podciśnienia nie „zasysa” niczego sama z siebie, dopóki nie zapewnimy jej dopływu medium. Oznacza to, że aby podnieść np. arkusz blachy przyssawką, pompa musi być połączona z przyssawką szczelnymi przewodami – po uruchomieniu pompy powietrze spod przyssawki jest usuwane, tworząc podciśnienie zdolne do uniesienia blachy. Gdy pompę wyłączymy lub dopływ powietrza zostanie otwarty zaworem, podciśnienie zanika. Z tego powodu w układach próżniowych często stosuje się zawory i czujniki podciśnienia, aby odpowiednio sterować pracą pompy i monitorować poziom próżni. Przykładowo czujnik wykrywa spadek podciśnienia poniżej zadanej wartości i załącza pompę lub alarmuje o nieszczelnością. Dzięki temu proces pozostaje bezpieczny i energooszczędny – pompa pracuje tylko wtedy, gdy jest potrzebna.

Pompa podciśnienia: Źródła podciśnienia w przemyśle

Warto wiedzieć, że nie zawsze potrzebujemy klasycznej pompy próżniowej z silnikiem elektrycznym, aby wytworzyć podciśnienie. W przemyśle spotyka się kilka rodzajów urządzeń generujących próżnię, z których każde ma swoje zalety w określonych zastosowaniach. Do najpopularniejszych należą:

• Mechaniczne pompy próżniowe – tradycyjne pompy napędzane silnikiem elektrycznym. W tej grupie mieszczą się pompy łopatkowe (olejowe i tzw. suche), pompy śrubowe, membranowe, tłokowe czy turbomolekularne (do bardzo wysokiej próżni). Zapewniają najwyższy stopień podciśnienia (nawet ułamki milibara) i ciągłą pracę przy stosunkowo wysokiej wydajności ssania. Wymagają jednak zasilania elektrycznego, regularnej obsługi (np. wymiany oleju, łopatek, uszczelnień) i generują ciepło oraz hałas. Są niezastąpione tam, gdzie potrzebna jest wysoka lub ultrawysoka próżnia (np. w przetwórstwie spożywczym przy liofilizacji czy w elektronice próżniowej).
• Dmuchawy bocznokanałowe – inaczej turbiny bocznokanałowe lub wentylatory próżniowe. To urządzenia przypominające wyglądem i działaniem turbinę powietrzną. Wirnik z łopatkami rozpędza przepływające powietrze, tworząc różnicę ciśnień między wlotem a wylotem. Dmuchawy te mogą pracować jako ssące (podciśnieniowe) lub tłoczące – w zależności od podłączenia. Ich zaletą jest prosta, bezolejowa konstrukcja i możliwość wytwarzania dość znacznego przepływu powietrza przy umiarkowanym podciśnieniu. Typowe dmuchawy bocznokanałowe osiągają próżnię maksymalnie rzędu ok. -300 mbar do -500 mbar (30–50% próżni). Wykorzystuje się je tam, gdzie potrzebne jest jednocześnie ssanie i tłoczenie powietrza o dużym wydatku, ale niekoniecznie bardzo głębokiej próżni – np. w odkurzaczach przemysłowych, transporcie pneumatycznym materiałów sypkich, podciśnieniowych stołach CNC czy maszynach drukarskich. Zaletą dmuchaw jest trwałość i brak skomplikowanego serwisu (brak oleju, prosty silnik), jednak wadą – ograniczony stopień podciśnienia. Gdy potrzebna jest większa próżnia, często zamiast dmuchawy trzeba zastosować klasyczną pompę lub eżektor.
• Eżektory (pompy eżektorowe) – to zupełnie odmienna koncepcja generowania podciśnienia przy użyciu sprężonego powietrza. Eżektor (zwany też inżektorem) nie ma silnika ani części ruchomych – jest to specjalna dysza (zwężka Venturiego), przez którą przepływa strumień sprężonego powietrza. W wyniku efektu Venturiego powietrze to rozpędza się w zwężeniu, wywołując miejscowy spadek ciśnienia, zasysający powietrze z otoczenia. Mówiąc prościej: podłączając eżektor do instalacji sprężonego powietrza, na jego drugim przyłączu uzyskasz podciśnienie zdolne wciągać powietrze (lub inny gaz) z układu. Eżektory są często stosowane w układach chwytaków podciśnieniowych, pakowania, przenoszenia – wszędzie tam, gdzie dostępne jest sprężone powietrze i chcemy uniknąć dodatkowych silników. Mogą one osiągać próżnię nawet rzędu -850 mbar (85% próżni) przy odpowiednim ciśnieniu zasilania, co śmiało konkuruje z pompami mechanicznymi w wielu zastosowaniach. Ich zalety to kompaktowość, bardzo mała masa, niski koszt jednostkowy i bezawaryjność (brak elementów mechanicznych). Wadą jest zużycie sprężonego powietrza – eżektor musi stale pobierać powietrze z sieci pneumatycznej, co przy wielu punktach ssących może generować spore koszty eksploatacji. Istnieją jednak eżektory oszczędne (z zaworami sterującymi dopływem powietrza) oraz rozwiązania zmagazynowania próżni, jak akumulator podciśnienia, które pozwalają ograniczyć ten problem. Ciekawostka: w ofercie dostępne są miniaturowe eżektory montowane tuż przy przyssawkach – przykładem jest seria mini pompy podciśnienia, które ważą zaledwie kilkadziesiąt gramów i mogą być instalowane bezpośrednio na ramieniu robota lub za przyssawką. Dzięki zasilaniu sprężonym powietrzem taka mini pompa wygeneruje lokalnie podciśnienie bez potrzeby prowadzenia długich węży do centralnej pompy. Rozwiązanie to upraszcza układ i minimalizuje straty ciśnienia – podciśnienie powstaje dokładnie tam, gdzie jest potrzebne.

Zastosowania pomp próżniowych

Technika próżniowa znajduje zastosowanie w niemal każdej gałęzi przemysłu. Oto najczęstsze obszary zastosowań, w których pompy podciśnienia odgrywają kluczową rolę:

• Chwytanie i przenoszenie przedmiotów – roboty wyposażone w przyssawki próżniowe wykorzystują podciśnienie do podnoszenia szkła, płytek ceramicznych, elementów elektronicznych, opakowań czy arkuszy blachy. Pompa lub eżektor wytwarzają próżnię, która „przykleja” przedmiot do przyssawki. Takie systemy stosuje się m.in. przy montażu szyb samochodowych, przenoszeniu tafli szkła, układaniu płytek czy pakowaniu kartonów. Bez niezawodnego źródła podciśnienia robot mógłby upuścić detal, dlatego często dodaje się czujniki monitorujące chwyt oraz akumulatory próżniowe na wypadek awarii zasilania.
• Pakowanie próżniowe i przetwórstwo żywności – pompy podciśnieniowe są sercem maszyn pakujących w folie i worki próżniowe. Odsysają powietrze z opakowania przed jego zamknięciem, co wydłuża świeżość produktów spożywczych. W przemyśle mięsnym, serowarskim czy gotowych dań wykorzystuje się centralne pompy próżniowe obsługujące wiele stanowisk pakujących jednocześnie. W procesach takich jak liofilizacja (suszenie sublimacyjne) pompy muszą osiągać bardzo głęboką próżnię – rzędu kilku mbar – by umożliwić odparowanie wody z zamrożonych produktów.
• Obróbka CNC i formowanie – stoły podciśnieniowe w obrabiarkach CNC unieruchamiają obrabiane elementy za pomocą ssania. Dzięki temu można mocować delikatne lub nietypowe kształty detali bez tradycyjnych imadeł. Pompa podciśnienia utrzymuje stały poziom próżni w stoliku, a po obróbce detal jest zwalniany przez dopuszczenie powietrza. Podobnie w termoformierkach (formujących np. opakowania z folii) vacuum formuje rozgrzany materiał do kształtu foremki. Szybkość uzyskania podciśnienia przekłada się tu na krótszy czas cyklu produkcyjnego.
• Odciągi, transport i inne – podciśnienie służy do odciągania pyłów, oparów i gazów w instalacjach filtracyjnych (np. wyciągi spawalnicze mogą wykorzystywać wentylatory próżniowe). W przemyśle drukarskim pompy ssące oddzielają i podają pojedyncze arkusze papieru lub utrzymują je na cylindrach maszyn. W aplikacjach laboratoryjnych i chemicznych pompy próżniowe napędzają destylatory próżniowe, suszarki, aparaturę badawczą – często wymagając odporności na agresywne media (stosuje się wtedy np. pompy membranowe teflonowe). Jak widać, wachlarz zastosowań jest bardzo szeroki, a każda branża stawia nieco inne wymagania co do wydajności i poziomu próżni.

Jak wybrać odpowiednie rozwiązanie podciśnieniowe?

Skoro istnieje wiele metod generowania próżni, pojawia się pytanie: którą wybrać w danej sytuacji? Decyzja zależy od kilku czynników: wymaganego poziomu podciśnienia, natężenia przepływu (ilości zasysanego gazu), dostępnej infrastruktury (np. sprężonego powietrza) oraz wymogów eksploatacyjnych. Oto kilka wskazówek:

• Wysoki stopień próżni, ciągła praca: Jeśli potrzebujesz bardzo głębokiego podciśnienia (poniżej ~200 mbar abs, czyli ponad 80% próżni) lub dużego przepływu przy jednoczesnym wysokim podciśnieniu – klasyczna pompa mechaniczna będzie najlepszym wyborem. Sprawdzi się też tam, gdzie brak sprężonego powietrza. Pompy łopatkowe czy śrubowe zapewnią stabilne -0,9 bar i więcej, co jest niezbędne np. w pakowaniu próżniowym czy aplikacjach centralnego systemu próżni w fabryce. Trzeba pamiętać o zasilaniu elektrycznym o odpowiedniej mocy oraz przewidzieć miejsce na pompę (są zwykle większe niż eżektory) i jej serwis.
• Średnie podciśnienie, duży przepływ: Gdy potrzeba przemieszczać duże ilości powietrza przy umiarkowanej próżni (do około -0,3…-0,5 bar), świetnym wyborem może być dmuchawa bocznokanałowa. Takie rozwiązanie jest korzystne np. do odkurzania, transportu pneumatycznego ziarna, odbierania lekkich odpadów czy utrzymywania arkuszy papieru na stole. Dmuchawa zapewni czysty, bezolejowy przepływ i wymaga jedynie zasilania elektrycznego. Pamiętaj jednak, że nie zastąpi w pełni pompy próżniowej, jeśli Twoja aplikacja wymaga wyższego podciśnienia – wtedy może służyć jedynie jako wstępna sprężarka, a do uzyskania głębszej próżni i tak dołącza się pompę.
• Decentralizacja i elastyczność: W systemach z wieloma punktami chwytającymi (np. kilkadziesiąt przyssawek na dużym manipulatorze) warto rozważyć eżektory Venturiego zamiast jednej dużej pompy. Rozproszone eżektory można umieścić blisko odbiorników próżni (przyssawek), co zminimalizuje straty ciśnienia w przewodach i zapewni szybsze działanie. Jeśli masz już instalację sprężonego powietrza, implementacja eżektorów jest prosta – wystarczy dołożyć odpowiednie dysze i zawory sterujące. Pamiętaj o bilansie sprężonego powietrza: duża liczba eżektorów oznacza większe zapotrzebowanie na powietrze z kompresora. Przy kilkunastu i więcej eżektorach opłaca się przeanalizować koszty – czasem lepiej zastosować pompy elektryczne o lepszej sprawności energetycznej na dłuższą metę.
• Awarie i bezpieczeństwo pracy: Jeżeli podciśnienie utrzymuje ciężkie ładunki nad ziemią (np. szyby, płyty kamienne) albo proces nie może zostać przerwany nawet na sekundę, zadbaj o układy zabezpieczające. Mogą to być dodatkowe zbiorniki – akumulatory próżniowe – z zaworami zwrotnymi, które podtrzymają podciśnienie w razie awarii pompy lub chwilowego spadku ciśnienia zasilania. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie dwóch pomp równolegle (jedna pracuje, druga w trybie stand-by) lub wykorzystanie elektrozaworów odcinających dopływ powietrza przy zaniku zasilania, by próżnia nie uciekła z układu. Takie środki bezpieczeństwa są standardem np. przy podnośnikach szyb czy chwytakach do ciężkich tafli – zwiększają bezpieczeństwo ludzi i sprzętu.

Oferta Astra Automatic w zakresie podciśnienia

Mając ponad 26 lat doświadczenia w pneumatyce i automatyce, Astra Automatic kompleksowo wspiera klientów w dziedzinie techniki próżniowej. Nasze portfolio obejmuje zarówno tradycyjne elementy układów podciśnieniowych, jak i nowoczesne rozwiązania Venturiego. Oferujemy m.in.:

• Doradztwo i projektowanie systemów próżniowych: Dobierzemy optymalną metodę generowania podciśnienia do Twojej aplikacji – od doboru typu pompy (łopatkowej, membranowej itp.) po zaprojektowanie układu rurociągów, zaworów i zbiorników podciśnienia. Stawiamy na energooszczędność i bezpieczeństwo, dlatego sugerujemy sprawdzone konfiguracje i komponenty renomowanych marek.
• Komponenty techniki próżniowej: W naszej ofercie znajdziesz pompy podciśnienia, eżektory jednopoziomowe i wielostopniowe, przyssawki próżniowe o różnych kształtach i materiałach, czujniki podciśnienia (zarówno analogowe, jak i cyfrowe z interfejsem IO-Link), a także kompletne akcesoria: filtry próżniowe, zawory zwrotne, elektrozawory do sterowania próżnią oraz dmuchawy bocznokanałowe do zadań specjalnych. Portfolio Astra Automatic obejmuje zarówno kompaktowe elementy do małych aplikacji, jak i wydajne urządzenia dla dużych instalacji centralnych.
• Integracja i serwis: Zapewniamy wsparcie we wdrożeniu zakupionych komponentów – od montażu po konfigurację czujników i sterowników. Prowadzimy serwis gwarancyjny i pogwarancyjny pomp podciśnienia oraz dostarczamy części zamienne (łopatki, uszczelnienia, membrany, oleje itp.). Jeśli Twój układ próżniowy wymaga modernizacji lub rozbudowy, nasi specjaliści zaproponują ulepszenia poprawiające wydajność i niezawodność pracy.

Dzięki tak kompleksowej ofercie możemy śmiało powiedzieć: dostarczamy wszystko, co potrzebne od przyssawki aż po pompę – aby Twój układ podciśnieniowy działał bez zarzutu. Jeżeli stoisz przed wyborem rozwiązania próżniowego lub masz pytania dotyczące eksploatacji, skontaktuj się z nami. Astra Automatic z przyjemnością podzieli się wiedzą i dobierze sprzęt skrojony pod Twoje wymagania.

FAQ: Pompa podciśnienia