Come funziona una pompa rotativa a palette?
Principi di funzionamento delle pompe rotative a tenuta d'olio
In genere, una pompa per vuoto volumetrica è una pompa per vuoto in cui il gas da pompare viene aspirato con l'ausilio di pistoni, rotori, palette e valvole o simili, eventualmente compresso e quindi scaricato. Il processo di pompaggio è influenzato dal movimento rotatorio del pistone all'interno della pompa. È necessario distinguere tra pompe volumetriche di compressione a secco e lubrificate. Utilizzando olio sigillante, è possibile ottenere rapporti di compressione elevati, monostadio, fino a circa 105. Senza olio, la "perdita interna" è notevolmente maggiore e il rapporto di compressione ottenibile è di conseguenza inferiore, circa 10.
Come mostrato nella Tabella della classificazione 2.1, le pompe volumetriche a tenuta d'olio includono le pompe rotative a palette e a stantuffo con design monostadio e a due stadi, nonché le pompe trocoidali monostadio che oggi sono solo di interesse storico. Tali pompe sono tutte dotate di un dispositivo di gas ballast descritto in dettaglio per la prima volta da Gaede nel 1935. Entro i limiti tecnici specificati, il dispositivo di gas ballast consente il pompaggio di vapori (in particolare vapore acqueo) senza condensazione dei vapori nella pompa.
Tabella 2.1 Classificazione delle pompe per vuoto
Pompe rotative a palette (TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC)
Le pompe rotative a palette (vedere la Fig. 2.6) sono costituite da un alloggiamento cilindrico (anello di pompaggio) (1) in cui un rotore scanalato e a sospensione eccentrica (2) ruota nella direzione della freccia. Il rotore è dotato di palette (16) che vengono forzate verso l'esterno solitamente dalla forza centrifuga, ma anche da molle in modo che le palette scorrano all'interno dell'alloggiamento. Il gas che entra attraverso l'aspirazione (4) viene spinto lungo le palette e infine espulso dalla pompa attraverso la valvola di scarico a tenuta d'olio (12).
Fig. 2.6 Sezione trasversale di una pompa rotativa a palette monostadio (TRIVAC B)
- Luce di aspirazione
- Filtro antipolvere
- Valvola anti-aspirazione di ritorno
- Condotto di aspirazione
- Paletta
- Camera di pompaggio
- Rotore
- Orifizio, collegamento per gas ballast inerte
- Condotto di scarico
- Valvola di scarico
- Molla
- Sbrinatore
- Orifizio; collegamento per il filtro dell'olio
La gamma TRIVAC B (Fig. 2.6) ha solo due palette sfalsate di 180°, spinte verso l'esterno dalle forze centrifughe senza l'uso di molle. A basse temperature ambiente, ciò potrebbe richiedere l'uso di un olio più fluido. Le pompe sono dotate di una pompa dell'olio a ingranaggi per la lubrificazione sotto pressione. La serie TRIVAC B è dotata di una valvola anti-aspirazione di ritorno particolarmente affidabile, con una configurazione orizzontale o verticale delle luci di aspirazione e scarico. Il vetro spia del livello dell'olio e l'attuatore del gas ballast si trovano tutti sullo stesso lato della scatola dell'olio (design intuitivo). In combinazione con il sistema TRIVAC BCS, è possibile utilizzare una gamma completa di accessori, progettati principalmente per le applicazioni nel campo dei semiconduttori. Il serbatoio dell'olio della pompa rotativa a palette e quello delle altre pompe volumetriche a tenuta d'olio sono utilizzati per la lubrificazione e la tenuta, nonché per riempire spazi morti e scanalature. L'olio rimuove il calore generato dalla compressione del gas, ad esempio per il raffreddamento. L'olio fornisce una tenuta tra il rotore e l'anello della pompa. Queste parti sono "quasi" a contatto lungo una linea retta (linea della camicia di protezione del cilindro) e, per aumentare la superficie a tenuta d'olio, nell'anello di pompaggio è integrato un cosiddetto condotto di tenuta (vedere la Fig. 2.4) che fornisce una tenuta migliore e consente un rapporto di compressione più elevato o una pressione finale inferiore.
Guarda il video che segue per vedere un'animazione del funzionamento di una pompa rotativa a palette TRIVAC B in azione
Leybold TRIVAC B - Function principles
Intervalli di pressione delle pompe rotative a palette
Leybold produce diverse gamme di pompe rotative a palette adattate in modo specifico a diverse applicazioni, quali alta pressione di aspirazione, bassa pressione finale o applicazioni nel settore dei semiconduttori. Nella Tabella 2.2 è riportato un riepilogo delle caratteristiche più importanti di queste gamme. Le pompe rotative a palette TRIVAC sono prodotte come pompe a due stadi (TRIVAC D) (vedere la Fig. 2.7). Grazie alle pompe a tenuta d'olio a due stadi, è possibile ottenere pressioni operative e finali inferiori rispetto alle pompe monostadio corrispondenti. Il motivo è che, nel caso delle pompe monostadio, l'olio viene inevitabilmente a contatto con l'ambiente esterno, dal quale viene proviene il gas che penetra parzialmente nel lato sottovuoto, limitando così la pressione finale ottenibile. Nelle pompe volumetriche a due stadi a tenuta d'olio prodotte da Leybold, l'olio, già sottoposto a degasaggio, viene inviato allo stadio sul lato del vuoto (stadio 1 in Fig. 2.7): la pressione finale si trova per lo più nell'intervallo del vuoto alto, le pressioni di esercizio più basse sono nell'intervallo tra vuoto medio e vuoto alto. Nota: l'azionamento del cosiddetto stadio di vuoto alto (stadio 1) con solo pochissimo olio o del tutto privo di olio, in pratica, comporta, nonostante la bassissima pressione finale, notevoli difficoltà e compromette significativamente il funzionamento della pompa.
Fig. 2.4 Configurazione del condotto di tenuta nelle pompe rotative a palette noto anche come "doppia tenuta". Gioco minimo costante a per l'intero condotto di tenuta b
Fig. 2.7 Sezione trasversale di una pompa rotativa a palette a due stadi, schema
I Fase di vuoto alto
II Secondo stadio di pre-vuoto
a - arresto valvola
b - molla a balestra della valvola
Tabella 2.2 Gamme di pompe rotative per vuoto
Pompe rotative a stantuffo (pompe E)
La Fig. 2.9 mostra una vista in sezione di una pompa rotativa a stantuffo del tipo a monoblocco. Qui un pistone (2), che si muove lungo un eccentrico (3) che ruota nella direzione della freccia, si muove lungo la parete della camera. Il gas da pompare entra nella pompa attraverso la luce di aspirazione (11) e passa attraverso il canale di aspirazione della valvola a scorrimento (12) nella camera di pompaggio (14). La valvola a scorrimento forma un'unità con il pistone e si muove avanti e indietro tra la guida della valvola rotante nel corpo (barra della cerniera 13). Il gas aspirato nella pompa entra infine nella camera di compressione (4). Durante la rotazione, il pistone comprime questa quantità di gas finché non viene espulsa attraverso la valvola a tenuta d'olio (5). Come nel caso delle pompe rotative a palette, il serbatoio dell'olio viene utilizzato per la lubrificazione, la tenuta, il riempimento di spazi morti e il raffreddamento. Poiché la camera di pompaggio è divisa dal pistone in due spazi, ogni rotazione completa un ciclo di funzionamento (vedere la Fig. 2.10). Le pompe rotative a stantuffo sono realizzate come pompe a uno e due stadi. In molti processi sottovuoto, la combinazione di una pompa Roots con una pompa rotativa a stantuffo monostadio può offrire maggiori vantaggi rispetto alla sola pompa rotativa a stantuffo a due stadi. Se tale combinazione o una pompa a due stadi è inadeguata, si raccomanda l'uso di una pompa Roots in connessione con una pompa a due stadi. Ciò non si applica alle combinazioni che coinvolgono pompe rotative a palette e pompe Roots.
Fig. 2.9 sezione trasversale di una pompa a stantuffo rotante monostadio
- Corpo
- Pistone cilindrico
- Eccentrico
- Camera di compressione
- Valvola di pressione a tenuta d'olio
- Vetro spia del livello dell'olio
- Canale gas ballast
- Serbatoio di scarico
- Valvola gas ballast
- Filtro antipolvere
- Luce di aspirazione
- Valvola a scorrimento
- Barra della cerniera
- Camera di pompaggio (ingresso aria)
Fig. 2.10 Ciclo operativo di una pompa rotativa a stantuffo
- Punto morto superiore
- La scanalatura nel canale di aspirazione della valvola a scorrimento è libera - inizio del periodo di aspirazione
- Punto morto inferiore - la scanalatura nel canale di aspirazione è quasi libera e il gas pompato (freccia) entra liberamente nella camera di pompaggio (ombreggiata)
- La scanalatura nel canale di aspirazione viene richiusa ruotando la barra a cerniera - fine del periodo di aspirazione
- Punto morto superiore - spazio massimo tra il pistone rotante e lo statore
- Poco prima dell'inizio del periodo di compressione, la superficie anteriore dello stantuffo rotante libera l'apertura del gas ballast, iniziando l'ingresso del gas ballast stesso
- L'apertura del gas ballast è quasi libera
- Fine dell'ingresso del gas ballast
- Fine del periodo di pompaggio
Potenza del motore delle pompe rotative a palette e a stantuffo
I motori forniti con le pompe rotative a palette e a stantuffo erogano una potenza sufficiente a una temperatura ambiente di 12 °C (53,6 °F) e quando si utilizzano i nostri oli speciali per soddisfare i requisiti di potenza massima (a circa 400 mbar). Entro l'effettivo intervallo di funzionamento della pompa, il sistema di azionamento della pompa riscaldata deve fornire solo un terzo della potenza del motore installata (vedere la Fig. 2.11).
Fig. 2.11 Potenza del motore di una pompa rotativa a stantuffo (velocità di pompaggio 60 m3/h) in funzione della pressione di aspirazione e della temperatura di esercizio. Le curve per le pompe con gas ballast di altre dimensioni sono simili.
- Curva della temperatura di esercizio 1 - 32 °C (89 °F)
- Curva della temperatura di esercizio 2 - 40 °C (104 °F)
- Curva della temperatura di esercizio 3 - 60 °C (140 °F)
- Curva della temperatura di esercizio 4 - 90 °C (194 °F)
- Curva teorica per compressione adiabatica
- Curva teorica per compressione isotermica
Fondamenti della tecnologia del vuoto
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Riferimenti
- Simboli del vuoto
- Glossario delle unità
- Riferimenti e fonti
Simboli del vuoto
Glossario dei simboli comunemente utilizzati negli schemi della tecnologia del vuoto come rappresentazione visiva dei tipi di pompe e delle parti dei sistemi di pompaggio
Glossario delle unità
Panoramica delle unità di misura utilizzate nella tecnologia del vuoto e dell'importanza dei simboli, nonché degli equivalenti moderni delle unità storiche
Riferimenti e fonti
Riferimenti, fonti e ulteriori letture riguardanti la i fondamenti della tecnologia del vuoto
