Soorten vacuümpompen
Soorten vacuümpompen
Vacuüm wordt gebruikt in een groot aantal industriële productieprocessen, zoals verpakken, bottelen, drogen, ontgassen, verzamelen en plaatsen, om er maar een paar te noemen. Een industriële vacuümpomp wordt gebruikt voor het creëren, verbeteren en handhaven van vacuüm in deze processen. Er zijn vele soorten industriële vacuümtechnologieën beschikbaar en in dit artikel worden die technologieën besproken. Om te begrijpen welk type vacuüm het meest geschikt is voor jou en je toepassing, is het cruciaal om de kenmerken, voordelen en werkingsprincipes van elk type technologie te begrijpen. In dit artikel bespreken we de meest voorkomende typen industriële vacuümpompen, hoe ze werken en voor welke toepassingen ze het meest geschikt zijn.
Werkingsprincipe van een industriële vacuümpomp
Het basisprincipe van een industriële vacuümpomp blijft hetzelfde, ongeacht het type technologie.
Vacuümpompen verwijderen luchtmoleculen (en andere gassen) uit de vacuümkamer (of de uitlaatzijde in het geval van een in serie geschakelde hogere vacuümpomp). Naarmate de druk in de kamer afneemt, wordt het steeds moeilijker om extra moleculen te verwijderen. Daarom moet een industrieel vacuümsysteem (Fig. 1) kunnen werken over een deel van een buitengewoon groot drukbereik, meestal variërend van 1 tot 10-6 Torr / 1,3 tot 13,3 mBar druk. In onderzoek en wetenschappelijke toepassingen wordt dit uitgebreid tot 10-9 Torr of lager. Om dit te bereiken worden in een standaard vacuümsysteem verschillende soorten pompen gebruikt die elk een deel van het drukbereik bestrijken en soms in serie werken.Drukbereiken van industriële vacuümsystemen
Industriële vacuümsystemen kunnen worden ingedeeld in de volgende groepen drukbereiken:
- Ruw/laag vacuüm: 1000 tot 1 mbar / 760 tot 0,75 Torr
- Fijn/middelgroot vacuüm: 1 tot 10-3 mbar / 0,75 tot 7,5-3 Torr
- Hoog vacuüm: 10-3 tot 10-7 mbar / 7,5-3 tot 7,5-7 Torr
- Ultrahoog vacuüm: 10-7 tot 10-11 mbar / 7,5-7 tot 7,5-11 Torr
- Extreem hoog vacuüm: < 10-11 mbar / < 7,5-11 Torr
De verschillende soorten pompen voor deze vacuümbereiken kunnen worden onderverdeeld in primaire (backing) pompen, drukverhogingspompen en secundaire (hoogvacuüm) pompen: Hoge, zeer hoge en ultrahoge vacuümdrukbereiken.
Er zijn twee basiscategorieën vacuümpompen: Pompen voor gastransport en invang- of vangpompen (Figuur 1).
Er zijn twee basiscategorieën vacuümpompen: Pompen voor gastransport en invang- of vangpompen (Figuur 1).
.png?format=pjpeg&width=100&quality=10)
Pompen voor gastransfer
Transferpompen verplaatsen gasmoleculen door impulsuitwisseling (kinetische actie) of positieve verplaatsing. Hetzelfde aantal gasmoleculen wordt uit de pomp afgevoerd als er in gaat en het gas is iets boven de atmosferische druk wanneer het wordt afgevoerd. De compressieverhouding is de verhouding tussen de uitlaatdruk (uitlaat) en de laagst verkregen druk (inlaat).
Kinetische transferpompen
Kinetische transferpompen gebruiken bladen met hoge snelheid of geïntroduceerde damp om gas naar de uitlaat te leiden, waarbij ze werken volgens het principe van momentumoverdracht. Deze pomptypes kunnen hoge compressieverhoudingen bereiken bij lage drukken, maar hebben meestal geen afgesloten volumes.
Positieve verplaatsing
Pompen die werken door een volume gas mechanisch op te vangen en door de pomp te verplaatsen, staan bekend als verdringerpompen. Vaak ontworpen in meerdere fasen op een enkele aandrijfas, wordt het geïsoleerde volume samengeperst tot een kleiner volume bij een hogere druk, en ten slotte wordt het samengeperste gas uitgestoten naar de atmosfeer of naar de volgende pomp. Voor een hoger vacuüm en debiet worden vaak twee transferpompen in serie gebruikt.
Zoals eerder vermeld, worden verdringer-vacuümpompen gebruikt om lage vacuüms te creëren. Dit type vacuümpomp zet een holte uit en laat de gassen uit de afgesloten omgeving of kamer stromen. Daarna wordt de holte afgesloten, waardoor het naar de atmosfeer wordt afgevoerd. Het principe achter verdringer-vacuümpompen is het creëren van een vacuüm door het volume van een vat te vergroten. In een handmatige waterpomp bijvoorbeeld zet een mechanisme een kleine afgesloten holte uit om een diep vacuüm te creëren. Door de druk wordt er wat vloeistof uit de kamer in de kleine holte van de pomp geduwd. Daarna wordt de holte van de pomp afgesloten van de kamer, geopend naar de atmosfeer en vervolgens teruggedrukt tot een minuscuul formaat. Een ander voorbeeld van verdringingsvacuümpompen is als een middenrifspier de borstholte uitzet, waardoor het volume van de longen toeneemt. Deze expansie resulteert in het creëren van een gedeeltelijk vacuüm en het verlagen van de druk, die vervolgens wordt opgevuld door lucht die door de atmosferische druk naar binnen wordt geduwd. Voorbeelden van verdringingsvacuümpompen zijn vloeistofringvacuümpompen en rootsblowers die veel worden gebruikt in verschillende industrieën om vacuüm te creëren in kleine ruimtes.
Insluitpompen
Pompen die gasmoleculen opvangen op oppervlakken in het vacuümsysteem worden, zonder verrassing, afvang- of insluitpompen genoemd. Deze pompen werken met een lager debiet dan vacuümpompen zoals transferpompen, maar ze kunnen een extreem hoog vacuüm leveren, tot 10-12Torr. Capture pompen werken met cryogene condensatie, ionische reactie of chemische reactie en hebben geen bewegende delen, waardoor olievrij vacuüm ontstaat.
Pompen die werken op basis van chemische reacties werken effectiever omdat ze meestal in de container worden geplaatst waar vacuüm nodig is. Luchtmoleculen vormen een dunne film die wordt verwijderd wanneer de pomp in werking is en een chemische reactie veroorzaakt op de interne oppervlakken van de pomp. Intrapvacuümpompen worden samen met verdringerpompen en momentum transfer vacuümpompen gebruikt om ultrahoog vacuüm te creëren.
Natte of droge vacuümpompen - een overzicht
Vacuümpomptechnologieën worden beschouwd als nat (gesmeerd) of droog (olievrij of drooglopend), afhankelijk van het feit of het gas wel of niet wordt blootgesteld aan olie of water tijdens het compressieproces.
Natte pompen smeren en/of dichten zichzelf af met olie of water; deze vloeistof kan het verpompte (geveegde) gas verontreinigen. Droge vacuümpompen hebben geen vloeistof in het te verpompen gas en zijn afhankelijk van nauwkeurige spelingen tussen de roterende en statische delen van de pomp, droge polymeer (PTFE) afdichtingen of een membraan om het pompmechanisme van het gas te scheiden en een goede afdichting te garanderen.
Droog zijn echter niet helemaal olievrij, omdat er vaak olie of vet wordt gebruikt in de tandwielen en lagers van de pomp. Dit wordt gescheiden gehouden van de vacuümcompressiekant. Droge pompen verminderen het risico op vervuiling en olienevel. Ze hebben ook voordelen voor het milieu omdat ze geen olie hoeven af te voeren, zoals gesmeerde pompen.
Natte pompen smeren en/of dichten zichzelf af met olie of water; deze vloeistof kan het verpompte (geveegde) gas verontreinigen. Droge vacuümpompen hebben geen vloeistof in het te verpompen gas en zijn afhankelijk van nauwkeurige spelingen tussen de roterende en statische delen van de pomp, droge polymeer (PTFE) afdichtingen of een membraan om het pompmechanisme van het gas te scheiden en een goede afdichting te garanderen.
Droog zijn echter niet helemaal olievrij, omdat er vaak olie of vet wordt gebruikt in de tandwielen en lagers van de pomp. Dit wordt gescheiden gehouden van de vacuümcompressiekant. Droge pompen verminderen het risico op vervuiling en olienevel. Ze hebben ook voordelen voor het milieu omdat ze geen olie hoeven af te voeren, zoals gesmeerde pompen.
Centrifugaalpompen
Centrifugaalpompen zijn hydraulisch aangedreven machines die worden gekenmerkt door hun vermogen om energie over te brengen op vloeistoffen (in het bijzonder op vloeistoffen) door middel van een veld van centrifugaalkrachten. Hun belangrijkste doel is om vloeistoffen te transporteren door de druk te verhogen. Centrifugaalpompen kunnen verschillende structuren hebben, maar hun werkingsprincipe en vloeistofdynamische eigenschappen zijn altijd hetzelfde.
Vloeistofringvacuümpompen
Vloeistofringvacuümpompen zijn vergelijkbaar met een draaischoeppomp, met dit verschil dat de schoepen een integraal onderdeel zijn van de rotor en een roterende vloeistofring draaien om de compressiekamerafdichting te vormen. Ze hebben een inherent wrijvingsarm ontwerp, waarbij de rotor het enige bewegende onderdeel is. De schuifwrijving is beperkt tot de asafdichtingen. Vloeistofringpompen worden meestal aangedreven door een inductiemotor.
Vloeistofringsystemen kunnen zowel enkel- als meertraps zijn.
Vloeistofringsystemen kunnen zowel enkel- als meertraps zijn.
.jpg?format=pjpeg&width=100&quality=10)
Roterende Klauw
Roterende klauwvacuümpompen genereren efficiënt en economisch contactvrij vacuüm. Dit is mogelijk dankzij de interne compressie in de draaiende klauw. De klauwenvacuümpompen zijn gebaseerd op een statisch compressiesysteem. In tegenstelling tot roterende lobben vindt compressie intern plaats door volumeverkleining.
Een klauwpomp bestaat uit twee rotoren. Ze draaien in tegengestelde richting in een compressorbehuizing zonder contact te maken, waarbij zeer nauwe spelingen in acht moeten worden genomen. Ze worden gesynchroniseerd via een precisietandwiel. Terwijl de klauw over de zuigaansluiting en het axiale aanzuigkanaal beweegt, wordt er gas in de compressiekamer gezogen. Het gas wordt in de compressiekamer voorgecomprimeerd en vervolgens afgevoerd.
Een klauwpomp bestaat uit twee rotoren. Ze draaien in tegengestelde richting in een compressorbehuizing zonder contact te maken, waarbij zeer nauwe spelingen in acht moeten worden genomen. Ze worden gesynchroniseerd via een precisietandwiel. Terwijl de klauw over de zuigaansluiting en het axiale aanzuigkanaal beweegt, wordt er gas in de compressiekamer gezogen. Het gas wordt in de compressiekamer voorgecomprimeerd en vervolgens afgevoerd.
Schroefpompen
Een schroefvacuümpomp bestaat uit twee parallelle, schroefvormige rotoren, de ene met rechtse schroefdraad en de andere met linkse schroefdraad. Beide schroeven draaien wrijvingsloos en met zeer kleine speling in de compressorbehuizing.
Ze worden gesynchroniseerd via een precisietandwiel. De compressiebehuizing en de speciale vorm van de schroeven vormen de compressiekamers. Door de tegengestelde rotatie van beide schroeven wordt de kamer die verbonden is met de aanzuigpoort vergroot en wordt het gas naar de compressieruimte getransporteerd. Dan beweegt de kamer axiaal van de zuigzijde naar de drukzijde (pijl).
Bij modellen met variabele pitch wordt het gas bij elke pitchwissel samengeperst en afgekoeld voor de volgende pitchwissel, wat resulteert in een grotere efficiëntie. Aan de drukzijde wordt de kamer tegen de axiale behuizingswand bewogen en wordt het volume verkleind totdat het voorvlak van de schroef het drukkanaal opent en het voorgecomprimeerde gas via de drukaansluiting wordt afgevoerd. De koeling gebeurt met een watergekoelde buitenkamer. Voor sommige pompgrootten kan extra koelgas in de pomp worden ingebracht.
Ze worden gesynchroniseerd via een precisietandwiel. De compressiebehuizing en de speciale vorm van de schroeven vormen de compressiekamers. Door de tegengestelde rotatie van beide schroeven wordt de kamer die verbonden is met de aanzuigpoort vergroot en wordt het gas naar de compressieruimte getransporteerd. Dan beweegt de kamer axiaal van de zuigzijde naar de drukzijde (pijl).
Bij modellen met variabele pitch wordt het gas bij elke pitchwissel samengeperst en afgekoeld voor de volgende pitchwissel, wat resulteert in een grotere efficiëntie. Aan de drukzijde wordt de kamer tegen de axiale behuizingswand bewogen en wordt het volume verkleind totdat het voorvlak van de schroef het drukkanaal opent en het voorgecomprimeerde gas via de drukaansluiting wordt afgevoerd. De koeling gebeurt met een watergekoelde buitenkamer. Voor sommige pompgrootten kan extra koelgas in de pomp worden ingebracht.
Zijkanaalblowers
Bij zijkanaalventilatoren is de waaier direct op de motoras gemonteerd voor contactloze compressie. Het gas wordt aangezogen via de inlaat. Wanneer het het zijkanaal binnenkomt, geeft de draaiende waaier snelheid aan het gas in de draairichting. Centrifugaalkracht in de waaierbladen versnelt het gas naar buiten en de druk neemt toe.
Elke rotatie voegt kinetische energie toe, waardoor de druk langs het zijkanaal verder toeneemt. Het zijkanaal versmalt bij de rotor, waardoor het gas van de waaierbladen wordt geveegd en via de uitlaatdemper wordt afgevoerd waar het de pomp verlaat.
Elke rotatie voegt kinetische energie toe, waardoor de druk langs het zijkanaal verder toeneemt. Het zijkanaal versmalt bij de rotor, waardoor het gas van de waaierbladen wordt geveegd en via de uitlaatdemper wordt afgevoerd waar het de pomp verlaat.
