Vacuum generation banner component

Wat is gasballast en hoe werkt het?

De in 1935 door Wolfgang Gaede ontwikkelde gasballastvoorziening voorkomt het optreden van condensatie van de damp in de pomp. De gasballastvoorziening die wordt gebruikt in schoepen-, zuiger- en trochoïdepompen maakt het niet alleen mogelijk om permanente gassen te pompen, maar ook om grotere hoeveelheden condenseerbare gassen te verpompen.

Voordelen van gasballast

De gasballastvoorziening (zie afb. 2,13) voorkomt condensatie van dampen in de pompkamer van de pomp. Bij het verpompen van dampen mogen deze alleen worden gecomprimeerd tot hun verzadigde dampdruk bij de temperatuur van de pomp. Als er bijvoorbeeld waterdamp wordt verpompt bij een pomptemperatuur van 70 °C (158 °F), mag de damp alleen worden gecomprimeerd tot 312 mbar (verzadigde dampdruk van water bij 70 °C (158 °F) (zie tabel XIII)). Bij verdere compressie condenseert de waterdamp zonder dat de druk toeneemt. Er ontstaat geen overdruk in de pomp en de uitlaatklep wordt niet geopend. In plaats daarvan blijft de waterdamp als water in de pomp en emulgeert deze met de pompolie. Hierdoor worden de smeereigenschappen van de olie zeer snel aangetast en kan de pomp zelfs vastlopen als deze te veel water heeft opgenomen. 

Werkingsprincipe

Voordat het eigenlijke compressieproces begint (zie afb. 2,13) wordt een nauwkeurig gedefinieerde hoeveelheid lucht ('de gasballast') in de pompkamer van de pomp gelaten. De hoeveelheid is zodanig dat de compressieverhouding van de pomp wordt verlaagd tot max. 10:1. De dampen die door de pomp zijn aangezogen, kunnen nu samen met de gasballast worden gecomprimeerd, voordat ze hun condensatiepunt bereiken en uit de pomp worden geperst. De deeldruk van de aangezogen dampen mag echter een bepaalde waarde niet overschrijden. Deze moet zo laag zijn dat bij een compressie met een factor 10 de dampen niet kunnen condenseren bij de bedrijfstemperatuur van de pomp. Bij het verpompen van waterdamp wordt deze kritische waarde de 'waterdamptolerantie' genoemd.

Schematisch weergegeven in Fig. 2,14 is het pompproces met en zonder gasballast, aangezien dit plaatsvindt in een draaischuifpomp bij het verpompen van condenseerbare dampen. 

Bij het verpompen van dampen moet aan twee vereisten worden voldaan: 
1) de pomp moet op bedrijfstemperatuur zijn. 
2) de gasballastklep moet open zijn. 
(Met de gasballastklep open stijgt de temperatuur van de pomp met ongeveer 10 °C (50 °F). Voordat u dampen verpompt, moet u de pomp een half uur laten draaien met de gasballastklep open). 

Tabel XIII Verzadigingsdruk p5 en dampdichtheid eD van water in een temperatuurbereik van -100 °C (-148 °F) tot +140 °C (+284 °F)

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

Afbeelding 2.13 Werkproces in een draaischuifpomp met gasballast

  1. 1-2 Aanzuiging
  2. 2-5 compressie
  3. 3-4 Gasballastinlaat
  4. 5-6 Afvoer 
Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

Afbeelding 2.14 Schema van het pompproces in een draaischuifpomp zonder en met gasballastvoorziening bij het verpompen van condenseerbare stoffen.

a) Zonder gasballast

1) De pomp is aangesloten op het vat, dat al bijna leeg is (70 mbar) - het moet dus voornamelijk dampdeeltjes transporteren
2) Pompkamer wordt van het vat gescheiden – compressie begint
3) De inhoud van de pompkamer is al zo ver samengedrukt dat de damp condenseert tot druppels – overdruk wordt nog niet bereikt
4) Restlucht produceert nu pas de vereiste overdruk en opent de afvoerklep, maar de damp is al gecondenseerd en de druppels worden in de pomp neergeslagen.

b) Met gasballast
1) De pomp is aangesloten op het vat, dat al bijna leeg is (70 mbar) - het moet dus voornamelijk dampdeeltjes transporteren
2) De pompkamer wordt van het vat gescheiden – nu gaat de gasballastklep open, waardoor de pompkamer van buitenaf met extra lucht wordt gevuld – deze extra lucht wordt gasballast genoemd
3) De persklep wordt opengedrukt en damp- en gasdeeltjes worden eruit geduwd – de hiervoor vereiste overdruk wordt zeer vroeg bereikt door de aanvullende gasballastlucht, omdat aan het begin van het pompproces geen volledige condensatie kan optreden
4) De pomp voert verdere lucht en dampen af

Gelijktijdig verpompen van gassen en dampen

Bij het gelijktijdig verpompen van permanente gassen en condenseerbare dampen uit een vacuümsysteem is de hoeveelheid permanent gas vaak voldoende om condensatie van de dampen in de pomp te voorkomen. De hoeveelheid damp die zonder condensatie in de pomp kan worden verpompt, kan als volgt worden berekend: 

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

(2,1)

Waarbij: pvapor = de partiële druk van damp bij de inlaat van de pomp.
p perm = de totale druk van alle verpompte permanente gassen bij de inlaat van de pomp. 
p vapor,sat = is de verzadigingsdruk van de verpompte damp, afhankelijk van de temperatuur (zie Afb. 2,15). 
p som = p uitlaat + Δp klep + Δp uitlaatfilter 
Δp klep = is het drukverschil over de uitlaatklep dat afhankelijk van het type pomp en de bedrijfsomstandigheden 0,2 ... 0,4 bar bedraagt.
Δp uitlaatfilter = is het drukverschil over het uitlaatfilter van 0 ... 0,5 bar.  

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

Afbeelding 2.15 Verzadigingsdampdruk: tabel met temperaturen

Voorbeeld

Bij een draaischuifpomp met een extern olienevelfilter in serie wordt een mengsel van waterdamp en lucht gepompt. Voor de toepassing van eq. (2,1) worden de volgende waarden gebruikt: 

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

De druk van de waterdamp in het lucht-waterdampmengsel mag niet hoger zijn dan 23 % van de totale druk van het mengsel. 

Waterdamptolerantie

Een belangrijk bijzonder geval in de bovenstaande algemene overwegingen met betrekking tot het onderwerp damptolerantie is het verpompen van waterdamp. Volgens PNEUROP wordt waterdamptolerantie als volgt gedefinieerd: 

"Waterdamptolerantie is de hoogste druk waarbij een vacuümpomp bij normale omgevingstemperaturen en drukomstandigheden (68 °F/20 °C, 1013 mbar) continu zuivere waterdamp kan aanzuigen en transporteren. Het wordt vermeld in mbar". Het wordt aangeduid als P W,O.

De toepassing van vergelijking (2,3) op dit bijzondere geval betekent: 

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

(2,4)

Als voor het gasballastgas atmosferische lucht met een vochtigheid van 50% wordt gebruikt, dan wordt p damp, g.b. = 13 mbar; met B/S = 0,10 – een gebruikelijk getal in de praktijk – en p som (totale uitlaatdruk) = 1330 mbar, de waterdamptolerantie p W,0 als functie van de temperatuur van de pomp weergegeven door de laagste curve in diagram Fig. 2,16. De andere curven komen overeen met het verpompen van mengsels van waterdamp en lucht, dus p perm = p air O), aangegeven door het symbool pL in millibar. In deze gevallen kan een hogere hoeveelheid waterdampdeeldruk pw worden verpompt, zoals aangegeven in het schema. De in de catalogus vermelde waarden voor p W,0 hebben dus betrekking op de ondergrens en zijn aan de veilige kant. 

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

Afbeelding 2.16 Deeldruk pw van waterdamp die kan worden verpompt met de gasballastklep open zonder condensatie in de pomp, als functie van de pomptemperatuur voor verschillende deeldrukken pL van lucht. De laagste curve komt overeen met de waterdamptolerantie pw,o van de pomp.

Volgens vergelijking 2,4 zou een toename van de gasballast B resulteren in een verhoogde waterdamptolerantie p W,0. In de praktijk wordt een toename van B, vooral in het geval van eentraps gasballastpompen, beperkt door het feit dat het haalbare eindvacuüm voor een gasballastpomp die werkt met de gasballastklep open, slechter wordt naarmate de gasballast B toeneemt. Vergelijkbare overwegingen gelden ook voor de algemene vergelijking 2,3 voor de damptolerantie p damp

Aan het begin van een afpompproces moet de gasballastpomp altijd worden bediend met de gasballastklep open. In bijna alle gevallen zal er een dunne laag water aanwezig zijn op de wand van een vat, die slechts geleidelijk verdampt. Om lage einddrukken te bereiken, mag de gasballastklep pas worden gesloten nadat de damp is weggepompt. Leybold-pompen bieden doorgaans een waterdamptolerantie tussen 33 en 66 mbar. Tweetrapspompen kunnen andere niveaus van waterdamptolerantie bieden die overeenkomen met de compressieverhouding tussen hun trappen – op voorwaarde dat ze een pompkamer van verschillende grootte hebben. 

Andere gassen als ballast

Over het algemeen wordt atmosferische lucht gebruikt als gasballastmedium. In speciale gevallen, bij het verpompen van explosieve of giftige gassen, kunnen bijvoorbeeld andere permanente gassen zoals edelgassen of stikstof worden gebruikt.

Download Software

Grondbeginselen van vacuümtechnologie 

Download ons eBook 'Grondbeginselen van vacuümtechnologie' om de basisprincipes en processen van vacuümpompen te ontdekken. 

Referenties

Vacuümsymbolen

Vacuümsymbolen

Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen

MEER HIEROVER

Verklarende woordenlijst

Verklarende woordenlijst

Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden

MEER HIEROVER

Referenties en bronnen

Referenties en bronnen

Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie

MEER HIEROVER

Vacuümsymbolen

Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen

MEER HIEROVER

Verklarende woordenlijst

Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden

MEER HIEROVER

Referenties en bronnen

Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie

MEER HIEROVER

Production / People Image Pictures

Laten we praten

We richten ons op de nabijheid van de klant. Neem gerust contact met ons op als u vragen hebt.

Contacteer ons

Loading...