Cách đọc mức chân không và thời điểm bơm hoạt động: Logic đo lường và điều khiển chân không cho thiết bị làm mát chân không

Đường cong chân không trên bảng điều khiển không phải là vật trang trí để khách hàng nhìn—nó là cây gậy chỉ huy của toàn bộ cụm làm mát chân không: khi nào bơm hoạt động, khi nào bơm giảm tải, khi nào van mở, khi nào van đóng—tất cả đều phụ thuộc vào nó. Kết luận trước tiên: áp suất trước hết quyết định nhiệt độ sản phẩm có thể được kéo xuống thấp đến mức nào, sau đó quyết định trình tự hoạt động của cụm bơm; và chỉ số áp suất thấp trong giai đoạn hút chân không và áp suất tuyệt đối trong quá trình tuần hoàn bình thường bên trong buồng chênh lệch hai bậc độ lớn—một bộ đồng hồ đo chân không không thể đo chính xác cả hai.

Trước tiên, cần phân biệt các loại thiết bị. Thiết bị tiền làm mát chân không cho rau quả xử lý nông sản ở nhiệt độ phòng (đầu vào 25–30°C), trong khi thiết bị làm mát nhanh chân không cho thực phẩm xử lý thực phẩm nóng (đầu vào 80–90°C). Cả hai đều dựa vào việc giảm áp suất bên trong buồng để nước sôi ở nhiệt độ thấp, và sự bay hơi mang theo ẩn nhiệt. Dưới đây, điều này được giải thích theo ba lớp: “áp suất tương ứng với cái gì, ai đọc nó, ai điều khiển nó.”

1. Áp suất quyết định nhiệt độ cuối cùng: áp suất thực sự tương ứng với điểm sôi của nước

Áp suất bên trong buồng quyết định nhiệt độ nước có thể được kéo xuống thấp đến mức nào—áp suất càng thấp, điểm sôi càng thấp. Đây là dữ liệu tính chất vật lý tiêu chuẩn, không phải ước tính kinh nghiệm:

Áp suất buồng	Điểm sôi tương ứng của nước
4.250 Pa	30°C
2.340 Pa	20°C
1.230 Pa	10°C
870 Pa	5°C
610 Pa	0°C

Để kéo sản phẩm xuống khoảng 0°C, áp suất buồng phải được đưa đến khoảng 600 Pa; nếu khách hàng chỉ cần 10°C, 1,2 kPa là đủ, và bơm không cần phải duy trì ở mức hút tối đa. “Chân không tối đa” trên nhãn thiết bị chính xác là giới hạn dưới này. Ngược lại, khi khách hàng chỉ định yêu cầu nhiệt độ cuối cùng, điểm áp suất tương ứng đã được cố định.

2. Mức chân không mục tiêu của ba dòng sản phẩm khác nhau một bậc độ lớn

Dòng sản phẩm	Chân không mục tiêu	Mô tả
Tiền làm mát chân không rau quả	≤600 Pa (một số model ≤400 Pa)	Từ buồng nhỏ và vừa 8 m³ đến buồng lớn 45 m³ trở lên, tất cả đều nằm trong dải này
Làm mát nhanh chân không thực phẩm	≤600 Pa	Toàn bộ dòng sử dụng cùng dải
Sấy thăng hoa chân không	<10 Pa (một số ≤5 / ≤7 Pa, một vài model ≤20 Pa)	Thấp hơn hơn 60 lần so với tiền làm mát/làm mát nhanh

Tiền làm mát và làm mát nhanh duy trì trong dải 600 Pa, trong khi sấy thăng hoa phải vào dải 10 Pa. Cụm bơm ở hai bên không phải là cùng một thứ, đây cũng là lý do tại sao một thiết bị khó có thể xử lý cả hai loại quy trình cùng lúc.

3. Một bộ đồng hồ đo chân không không thể đo chính xác qua hai bậc độ lớn

Có ít nhất hai dải áp suất cách xa nhau trên thiết bị làm mát chân không:

• Giai đoạn hút chân không và giai đoạn duy trì: từ áp suất khí quyển xuống đến vài trăm pascal; giai đoạn này yêu cầu số đọc chính xác đến mức pascal;
• Điều kiện tuần hoàn bình thường bên trong buồng: tiền làm mát/làm mát nhanh hoạt động gần chân không, nhưng đối với các vật liệu dễ bị tổn thương do đông lạnh như hoa cắt cành và quả mọng, giới hạn dưới của áp suất tuyệt đối bên trong buồng phải được giữ ở khoảng 800 Pa; dưới giá trị này có nguy cơ tổn thương do đông lạnh, và giai đoạn này cũng yêu cầu số đọc ở mức pascal;
• Phần áp suất khí quyển trong đường ống: một số van và mạch điều khiển hoạt động trong dải 50–60 kPa.

Giữa 600 Pa và 50–60 kPa có sự chênh lệch hai bậc độ lớn. Sử dụng đồng hồ đo phức hợp dải rộng để đọc 600 Pa, kim chỉ bị ép vào một vạch chia nhỏ ở phía xa bên trái của mặt số, và sai số đủ để bao phủ toàn bộ cửa sổ điều khiển; sử dụng đồng hồ đo dải 0–20 kPa để đọc điều kiện áp suất khí quyển, đồng hồ bị đẩy trực tiếp vượt quá dải đo.

Cách tiếp cận là chọn đồng hồ đo theo phân đoạn dải theo bậc độ lớn: phần áp suất thấp (hút chân không, duy trì, giới hạn dưới tổn thương do đông lạnh) sử dụng dải 0–22,2 kPa, và phần áp suất khí quyển sử dụng dải 0–105 kPa. Chọn cùng nhà sản xuất và cùng dòng model để cơ sở đọc nhất quán và dễ so sánh. Khi khắc phục sự cố tại chỗ tại sao mức chân không liên tục dao động, “điểm đo nằm trong vùng nhiễu động của luồng khí” cũng là một trong những nguyên nhân—đồng hồ đo nên được lắp trên đoạn ống thẳng có luồng khí ổn định.

4. Ai đọc, ai ra lệnh

Bản thân hệ thống điều khiển chân không có thông số độ chính xác: sai số đo chân không cao ±0,1%, độ ổn định dài hạn ±0,2% toàn thang/năm, với đồng hồ đo chân không và module chân không phù hợp. Trên đó là lớp điều khiển:

• Cách tiếp cận của máy sấy thăng hoa rất trực tiếp—đồng hồ đo chân không sử dụng đồng hồ đo chân không tiếp xúc điện, tự động điều khiển khởi động/dừng của bơm Roots theo giá trị chân không đặt trước. Khi áp suất đạt điểm đặt, bản thân đồng hồ gửi tín hiệu chuyển mạch ra, không cần người theo dõi.
• Một phương án điều khiển hoàn chỉnh hơn là PLC: các model nhỏ sử dụng PLC tiết kiệm với màn hình cảm ứng 7 inch, trong khi các model sản xuất tầm trung nâng cấp lên cấp S7-1200 với màn hình 10 inch, với bảo vệ an toàn bao gồm ba đường: chân không, nhiệt độ và hệ thống lạnh. Tín hiệu áp suất vào PLC, và PLC sau đó xác định khởi động/dừng bơm và hành động van.

Nói cách khác, đồng hồ đo áp suất vừa là mắt vừa là tay: nó đồng thời là cảm biến và nguồn kích hoạt cho logic thực thi.

5. Ba logic cứng của trình tự cụm bơm

1. Bơm Roots không thể hút chân không một mình. Nó là bơm tăng áp và dựa vào chênh lệch áp suất qua nó để đẩy khí đến tầng tiếp theo. Trình tự đúng là trước tiên sử dụng bơm cánh gạt hoặc bơm vòng nước để hút hệ thống xuống dưới 1 kPa, sau đó tự động khởi động bơm Roots. Nếu áp suất hỗ trợ chưa được giảm, bơm Roots quay nhưng không làm việc—ngưỡng 1 kPa này là ranh giới phân chia giữa máy sấy thăng hoa và máy tiền làm mát/làm mát nhanh về mặt cụm bơm.

2. Máy làm mát nhanh được chia thành hai giai đoạn. Giai đoạn đầu sử dụng bơm vòng nước, có thể chịu được hơi nước nhiệt độ cao, độ ẩm cao; sau khi nhiệt độ buồng đã giảm, bơm cánh gạt (hoặc bơm trục vít khô) sau đó được sử dụng phối hợp với hệ thống lạnh. Việc chuyển đổi giữa hai giai đoạn được thực hiện bằng van bi khí nén.

3. Xả khí trước khi dừng bơm. Van đóng ngắt xả khí điện từ được lắp trên đường ống bơm chân không: khi bơm ngừng làm việc, nó tự động đóng đường chân không và đồng thời cho không khí vào bơm, ngăn dầu bơm chân không bị hút ngược vào đường chân không dưới áp suất âm. Nếu bỏ qua bước này, dầu bơm sẽ vào đường ống quy trình.

Các phụ kiện cũng được xác định theo logic áp suất: van bướm chân không được lắp trên đường chân không giữa buồng sấy và bình ngưng để dễ mở và đóng bất cứ lúc nào; ống mềm gân được sử dụng giữa bơm và đường ống để cách ly rung động; đường kính đầu vào bơm theo bơm, DN32 cho model nhỏ, DN50–DN65 trở lên cho model tầm trung.

6. Cách khắc phục sự cố chân không bất thường

Triệu chứng	Kiểm tra gì trước tiên
Chân không không thể kéo xuống	Rò rỉ gioăng cửa hoặc mặt bích, dầu bơm bị nhũ tương hóa, van trên đường ống chưa mở hoàn toàn
Kéo xuống quá chậm	Tốc độ hút của bơm không khớp với thể tích buồng (xảy ra thường xuyên hơn các nguyên nhân khác), đường ống quá hẹp, tích tụ nước hoặc sương giá trong bẫy ẩm
Bơm Roots không khởi động	Chân không hỗ trợ chưa đạt 1 kPa, giá trị đặt của đồng hồ tiếp xúc điện bị trôi, nước làm mát bơm Roots bị gián đoạn
Chân không dao động qua lại	Rò rỉ bên trong van xả khí hoặc van bướm, điểm đo nằm trong vùng nhiễu động của luồng khí

7. Ghi nhớ ba câu

Áp suất không chỉ là một con số—nó là giới hạn trên của nhiệt độ sản phẩm có thể được kéo xuống thấp đến mức nào. Sấy thăng hoa sử dụng ngưỡng 1 kPa để đưa bơm Roots vào, trong khi tiền làm mát và làm mát nhanh chỉ cần duy trì trong dải 600 Pa. Trước khi dừng bơm, trước tiên để van xả khí cho không khí vào bơm.

FAQ

Đối với thiết bị tiền làm mát, chân không càng thấp càng tốt phải không? Không. Áp suất chỉ cần đủ thấp để đạt điểm sôi tương ứng với nhiệt độ cuối cùng; xuống dưới giá trị yêu cầu của quy trình tương đương với việc tăng tải bơm một cách không cần thiết. Đối với các vật liệu dễ bị tổn thương do đông lạnh như hoa cắt cành và quả mọng, giới hạn dưới khoảng 800 Pa cũng phải được duy trì.

Tại sao đồng hồ đo chân không nên được cung cấp hai đơn vị? Giai đoạn hút chân không/duy trì ở mức pascal, trong khi phần áp suất khí quyển của đường ống ở dải 50–60 kPa, chênh lệch hai bậc độ lớn. Một đồng hồ đo duy nhất sẽ hoặc không chính xác trong giai đoạn áp suất thấp hoặc bị đẩy vượt dải bởi điều kiện áp suất khí quyển.

Tại sao bơm Roots luôn khởi động muộn? Nó hoạt động bằng chênh lệch áp suất và phải đợi cho đến khi bơm hỗ trợ đã hút hệ thống xuống dưới 1 kPa. Khởi động muộn là logic bình thường, không phải lỗi; nếu nó không bao giờ khởi động, trước tiên kiểm tra chân không hỗ trợ, giá trị đặt của đồng hồ tiếp xúc điện và nước làm mát bơm Roots.

Để xem cấu hình tiêu chuẩn của các model cụ thể trong từng dòng sản phẩm, tham khảo ba dòng sản phẩm: thiết bị tiền làm mát chân không rau quả, thiết bị làm mát nhanh chân không thực phẩm, và máy sấy thăng hoa chân không; các bài viết khác về vận hành thiết bị và thông số bảo trì được tập hợp trong Thư viện Kỹ thuật. Nếu bạn cần tính toán mức chân không và cấu hình bơm theo thể tích buồng và nhiệt độ cuối cùng mục tiêu của bạn, bạn có thể liên hệ với chúng tôi trực tiếp.