Werkprincipe van meertraps stuwvacuümpompen 8 maart 2021
Voorvacuümpompen (of 'primaire vacuümpompen') worden gedefinieerd als diegene die afvoeren tot atmosferische druk. Ze zijn ook nodig om secundaire pompen te ondersteunen of om de initiële voorwaarden voor hun werking te bereiken. Er zijn twee soorten voorvacuümpompen:
- Drooglopende hulppompen zoals scroll-, schroef- en membraanpompen.
- Oliegesmeerde pompen zoals draaischuifpompen. In deze blogpost onderzoeken we de belangrijkste werkingsprincipes van veelvoorkomende meertraps rootsvacuümpompen.
In deze blogpost onderzoeken we de belangrijkste werkingsprincipes van veelvoorkomende meertraps rootsvacuümpompen.
Waarvoor worden meertraps stuwpompen gebruikt?
Meertraps stuwpompen zijn droge vacuümpompen die worden gebruikt in laag-, midden-, hoog- en ultrahoogvacuümsystemen om 'droge' omstandigheden te produceren.
De eenvoudige (eentraps) stuwpomp wordt meestal gebruikt als stuwpomp voor gebruik in combinatie met verschillende soorten voorpompen (zoals draaischuifpompen, schroef- en vloeistofringpompen) om de einddruk en pompsnelheden te verbeteren (of 'boosten'). Wanneer meertraps stuwpompen worden gebruikt, is er geen voorpomp nodig en kunnen ze werken vanaf atmosferische druk. Een meertraps stuwpomp kan uit maximaal acht trappen bestaan en meerdere sets rotoren gebruiken (op een gedeelde as). Stuwpompen zijn geschikt wanneer een droge en schone atmosfeer belangrijk of, waarschijnlijker, essentieel is. Daarom worden ze vaak gebruikt in de productie van halfgeleiders en zonnepanelen, maar ook voor coatings, andere industriële toepassingen en voor wetenschappelijke instrumenten en onderzoek.
Werkingsprincipes van stuwpompen
In de eenvoudigste vorm maken stuwpompen gebruik van twee tegengesteld draaiende, met elkaar verbonden 'lobe'-rotoreenheden die draaien in een statorbehuizing of -behuizing. Gas komt binnen via een inlaatflens die loodrecht op de draaiende eenheden staat en wordt vervolgens 'geïsoleerd' tussen de snel draaiende rotoren (die in tegengestelde richtingen draaien) en de stator. Het samengeperste gas wordt vervolgens via de uitlaatpoort afgevoerd.
Voortbouwend op dit vereenvoudigde model van een stuwpomp maakt een meertraps stuwpomp (die uit maximaal acht trappen kan bestaan) gebruik van meerdere sets rotoren (op een gedeelde as). De geometrie van de rotoren zorgt voor compressie, waardoor elke trap een steeds hogere druk produceert. Op deze manier is het product van een lagere trap het 'voedingsgas' voor de volgende hogere trap (maar zonder tussenliggende kleppen).
Net als bij eentrapspompen (d.w.z. rootsblowers) is er in meertrapseenheden geen contact tussen de rotoren en de statorbehuizing – de eenheden zijn hermetisch afgedicht, robuust en kunnen langdurig worden gebruikt. Bovendien is de nieuwe generatie meertraps stuwpompen speciaal ontworpen voor gebruik in stille en schone omgevingen, zoals in analytische instrumenten en onderzoekslaboratoria waar ze – werkend met pompsnelheden van 25 tot 200 m3/u – een zeer laag geluidsniveau tot 52 dB(A) genereren.
Prestatiekenmerken van stuwpompen
De prestatiekenmerken van stuwpompen variëren afhankelijk van een aantal factoren, waaronder het aantal trappen, de grootte van de eenheid, de rotatie, de bedrijfssnelheid, de omgevingstemperatuur, de initiële inlaatdruk en de kenmerken van de verpompte gassen.
De volgende lijsten geven enkele van de meest voor de hand liggende en significante prestatiekenmerken weer:
- Bedrijfsdrukbereik tussen atmosfeer tot het lage 10-2 bereik
- Indrukwekkend hoge pompsnelheid van 25 tot 200 m3/uur
- Goede prestaties bij het verpompen van lichte gassen
- Zeer laag geluidsniveau (ook bij hoge toerentallen)
- Vrijwel geen trillingen
Toepassingen van meertraps stuwpompen
Meertraps stuwpompen worden voornamelijk gebruikt wanneer hun droge, schone en hoge pompsnelheidskenmerken optimaal kunnen worden benut. Tot hun toepassingen behoren daarom: analytische instrumenten, R&D en ruimtevaart, de halfgeleider- en zonne-energie-industrie en de laserindustrie. Ze worden ook gebruikt in ovens of metallurgie en in verschillende coatingtoepassingen (waar hun zeer droge aard zeer voordelig is).
Stuwpompen: voordelen en uitdagingen
Meertraps stuwpompen hebben veel voordelen ten opzichte van andere pompen en verrassend weinig nadelen of beperkingen.
De belangrijkste voordelen van meertraps stuwpompen zijn dat ze zeer compact en stil zijn, een lange levensduur hebben, geen contact hebben tussen bewegende onderdelen en dus geen slijtage, geen deeltjes genereren en geen olie nodig hebben die anders het vacuümsysteem en het eindproduct zou verontreinigen.
Meertraps stuwpompen hebben echter verschillende nadelen. Deze omvatten: relatief hoge onderhoudskosten en lagere pompprestaties bij werking dicht bij atmosferische druk. Ze zijn ook slechts in staat om kleine drukverschillen te bereiken, daarom worden ze gebruikt in een meertrapsformaat waarbij elke incrementele trap kan voortbouwen op de drukstijging die wordt bereikt door de compressie van de vorige stap.
Voordelen van meertraps stuwpompen
- Compact design
- Frequentiegeregelde motoren
- Robuust, met lange onderhoudsintervallen
- Lagere geluidsniveaus dan menselijk gesprek
- Geen contact tussen bewegende delen (en dus geen slijtage)
- Schoon pompen – geen deeltjesverontreiniging en geen olie
- Hermetisch afgesloten eenheden
- Enkele fase
Nadelen van meertraps stuwpompen
- Relatief hogere onderhoudskosten
- Bij het pompen dicht bij atmosferische druk vertonen ze lagere pompprestaties dan andere pomptypes
- Niet geschikt voor het verpompen van vloeistoffen
