Hoe werkt een draaischuifpomp?
Werkingsprincipes van roterende pompen met olieafdichting
Een verdringervacuümpomp is over het algemeen een vacuümpomp waarin het te verpompen gas wordt aangezogen met behulp van zuigers, rotoren, schoepen en kleppen of iets dergelijks, eventueel gecomprimeerd en vervolgens afgevoerd. Het pompproces wordt beïnvloed door de draaibeweging van de zuiger in de pomp. Er moet een onderscheid worden gemaakt tussen oliegesmeerde en droge verdringerpompen. Door het gebruik van afdichtingsolie kunnen in één fase hoge compressieverhoudingen tot ca. 105 worden bereikt. Zonder olie is de 'inwendige lekkage' aanzienlijk groter en de haalbare compressieverhouding overeenkomstig kleiner, ca. 10.
Zoals te zien is in de classificatietabel 2,1, omvatten de oliegesmeerde verdringerpompen draaischuif- en draaizuigerpompen in een- en tweetrapsontwerp, evenals eentraps trochoïdepompen die vandaag slechts van historisch belang zijn. Dergelijke pompen zijn allemaal uitgerust met een gasballastvoorziening die voor het eerst gedetailleerd werd beschreven door Gaede in 1935. Binnen de gespecificeerde technische grenzen maakt de gasballastvoorziening het mogelijk om dampen (met name waterdamp) te verpompen zonder condensatie van de dampen in de pomp.
Draaischuifpompen (TRIVAC B, TRIVAC E, SOGEVAC)
Draaischuifpompen (zie Afb. 2,6) bestaan uit een cilindrische behuizing (pompring) (1) waarin een excentrisch opgehangen en gesleufde rotor (2) in de richting van de pijl draait. De rotor heeft schoepen (16) die doorgaans naar buiten worden geduwd door middel van centrifugale kracht, maar ook door veren, zodat de schoepen in de behuizing glijden. Gas dat via de inlaat (4) binnenkomt, wordt door de schoepen geduwd en uiteindelijk uit de pomp geblazen door de met olie afgedichte uitlaatklep (12).
Afbeelding 2.6 Doorsnede van een eentraps draaischuifpomp (TRIVAC B)
- Inlaatpoort
- Vuilvanger
- Terugslagklep
- Inlaatleiding
- Schoep
- Pompkamer
- Rotor
- Doorlaat, aansluiting voor inert gasballast
- Afvoerleiding
- Ontluchtingsventiel
- Veer
- Ontvochtiger
- Opening; aansluiting voor oliefilter
De TRIVAC B-serie (afb. 2,6) heeft slechts twee schoepen die 180° verspringen. De schoepen worden door de centrifugaalkrachten naar buiten geduwd zonder gebruik van veren. Bij lage omgevingstemperaturen kan het gebruik van een dunnere olie noodzakelijk zijn. De pompen hebben een tandwieloliepomp voor druksmering. De TRIVAC B-serie is uitgerust met een bijzonder betrouwbare terugslagklep; een horizontale of verticale opstelling voor de inlaat- en uitlaatpoorten. Het oliepeilkijkglas en de gasballastactuator bevinden zich allemaal aan dezelfde kant van de oliekast (gebruiksvriendelijk ontwerp). In combinatie met het TRIVAC BCS-systeem kan het worden uitgerust met een zeer uitgebreid assortiment accessoires, voornamelijk ontworpen voor halfgeleidertoepassingen. Het oliereservoir van de draaischuifpomp en ook dat van de andere met olie afgedichte verdringerpompen dient voor de smering en afdichting en ook voor het vullen van dode ruimtes en spleten. Hij voert de warmte van de gascompressie af, d.w.z. voor koeldoeleinden. De olie zorgt voor een afdichting tussen de rotor en de pompring. Deze delen liggen 'bijna' in een rechte lijn (cilindermantellijn) tegen elkaar aan. Om het oliedichte oppervlak te vergroten, is in de pompring een zogenaamde afdichtingsdoorgang geïntegreerd (zie afb. 2,4). Dit zorgt voor een betere afdichting en maakt een hogere compressieverhouding of een lagere einddruk mogelijk.
Bekijk de video hieronder om een pompanimatie van een TRIVAC B draaischuifpomp in actie te zien
Leybold TRIVAC B - Function principles
Drukbereiken van draaischuifpompen
Leybold produceert verschillende serie draaischuifpompen die speciaal zijn aangepast aan verschillende toepassingen zoals hoge inlaatdruk, lage einddruk of toepassingen in de halfgeleiderindustrie. Een samenvatting van de belangrijkste kenmerken van deze serie wordt gegeven in tabel 2,2. De TRIVAC draaischuifpompen worden geproduceerd als tweetraps (TRIVAC D) pompen (zie afb. 2,7). Met de tweetraps oliegesmeerde pompen is het mogelijk om lagere bedrijfs- en einddrukken te bereiken in vergelijking met de overeenkomstige eentrapspompen. De reden hiervoor is dat bij eentrapspompen olie onvermijdelijk in contact komt met de atmosfeer buiten, waar gas wordt opgenomen dat gedeeltelijk naar de vacuümzijde ontsnapt, waardoor de haalbare einddruk wordt beperkt. In de tweetraps verdringerpompen met olieafdichting van Leybold wordt reeds ontgaste olie aangevoerd naar de trap aan de vacuümzijde (trap 1 in Afb. 2,7): de einddruk ligt bijna in het hoogvacuümbereik, de laagste bedrijfsdrukken liggen in het bereik tussen middenvacuüm/hoogvacuüm. Opmerking: het gebruik van de zogenaamde hoogvacuümfase (fase 1) met zeer weinig of geen olie zal – ondanks de zeer lage einddruk – in de praktijk tot aanzienlijke moeilijkheden leiden en de werking van de pomp aanzienlijk beïnvloeden.
Afbeelding 2.4 Indeling van de afdichtingsdoorgang in draaischuifpompen, ook wel 'duo seal' genoemd. Constante, minimale speling a voor de gehele afdichtingsdoorgang b
Afbeelding 2.7 Doorsnede van een tweetraps draaischuifpomp, schematisch
I Hoogvacuümfase
II Tweede voorvacuümfase
a – Klepaanslag
b – Bladveer van de klep
Roterende zuigerpompen (E-pompen)
Afbeelding: 2,9 is een doorsnede van een roterende plunjerpomp van het enkelvoudige bloktype. Hierbij beweegt een zuiger (2) die door een excentriek (3) in de richting van de pijl wordt bewogen, langs de kamerwand. Het te verpompen gas stroomt via de inlaatpoort (11) in de pomp, door het inlaatkanaal van de schuifklep (12) in de pompkamer (14). De schuifklep vormt een eenheid met de zuiger en schuift heen en weer tussen de draaibare klepgeleider in de behuizing (scharnierstang 13). Het in de pomp aangezogen gas komt uiteindelijk in de compressiekamer (4) terecht. Tijdens het draaien comprimeert de zuiger deze hoeveelheid gas totdat het door de oliedichte klep (5) wordt uitgestoten. Net als bij draaischuifpompen wordt het oliereservoir gebruikt voor smering, afdichting, vullen van dode ruimtes en koeling. Aangezien de pompkamer door de zuiger in twee ruimtes wordt verdeeld, voltooit elke omwenteling een bedrijfscyclus (zie Fig. 2,10). Roterende plunjerpompen worden geproduceerd als een- en tweetrapspompen. In veel vacuümprocessen kan de combinatie van een Roots-pomp met een eentraps roterende zuigerpomp meer voordelen bieden dan een tweetraps roterende zuigerpomp alleen. Als een dergelijke combinatie of een tweetrapspomp onvoldoende is, wordt het gebruik van een stuwpomp in combinatie met een tweetrapspomp aanbevolen. Dit geldt niet voor combinaties met draaischuifpompen en stuwpompen.
Afbeelding 2.9 Doorsnede van een eentraps roterende plunjerpomp
- Behuizing
- Cilinderzuiger
- Excentriek
- Compressiekamer
- Drukventiel met olieafdichting
- Kijkglas oliepeil
- Gasballastkanaal
- Uitlaatdemper
- Gasballastventiel
- Vuilvanger
- Inlaatpoort
- Schuifventiel
- Scharnierstang
- Pompkamer (lucht stroomt in)
Afbeelding 2.10 Bedrijfscyclus van een roterende plunjerpomp
- Bovenste dode punt
- Sleuf in het zuigkanaal van de schuif is vrij – begin van de zuigperiode
- Onderste dode punt – de sleuf in het zuigkanaal is vrij en het ingepompte gas (pijl) komt vrij in de pompkamer (gearceerd weergegeven)
- De sleuf in het zuigkanaal wordt weer gesloten door de scharnierstang te draaien – einde van de zuigperiode
- BDP – maximale ruimte tussen draaiende zuiger en stator
- Kort voor het begin van de compressieperiode geeft het vooroppervlak van de draaiende zuiger de gasballastopening vrij – begin van de gasballastinlaat
- Gasballastopening is vrij toegankelijk
- Einde van gasballastinlaat
- Einde van de afkolfperiode
Motorvermogen van draaischuif- en draaizuigerpompen
De motoren die bij de draaischuif- en draaizuigerpompen worden geleverd, leveren voldoende vermogen bij omgevingstemperaturen van 53,6 °F (12 °C) en bij gebruik van onze speciale oliën om de maximale vermogensbehoefte te dekken (bij ongeveer 400 mbar). Binnen het werkelijke bedrijfsbereik van de pomp hoeft het aandrijfsysteem van de opgewarmde pomp slechts ongeveer een derde van het geïnstalleerde motorvermogen te leveren (zie Afb. 2,11).
Afbeelding. 2.11 Motorvermogen van een roterende plunjerpomp (pompsnelheid 60 m3/h) als functie van inlaatdruk en bedrijfstemperatuur. De curves voor gasballastpompen van andere afmetingen zijn vergelijkbaar.
- Werkingstemperatuurbereik curve 1 – 32 °C (89 °F)
- Werkingstemperatuurbereik curve 2 – 40 °C (104 °F)
- Werkingstemperatuurbereik curve 3 – 60 °C (140 °F)
- Werkingstemperatuurbereik curve 4 – 90 °C (194 °F)
- Theoretische curve voor adiabatische compressie
- Theoretische curve voor isotherme compressie
Grondbeginselen van vacuümtechnologie
Download ons eBook 'Grondbeginselen van vacuümtechnologie' om de basisprincipes en processen van vacuümpompen te ontdekken.
Referenties
- Vacuümsymbolen
- Verklarende woordenlijst
- Referenties en bronnen
Vacuümsymbolen
Vacuümsymbolen
Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen
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
Referenties en bronnen
Referenties en bronnen
Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie
Vacuümsymbolen
Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen
Verklarende woordenlijst
Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden
Referenties en bronnen
Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie