Vakum basıncının kontrol edilmesi

.......... üzerinden paylaş:

Vakum sistemlerinde basınç izleme, kontrol ve düzenlemenin temelleri

Tüm vakum işlemlerinde sistemdeki basınç sürekli olarak kontrol edilmeli ve gerekirse düzenlenmelidir. Modern tesis kontrolü, bir tesisin denetlenmesi için önemli olan tüm ölçüm değerlerinin merkezi istasyonlara, izleme ve kontrol merkezlerine aktarılmasını ve anlaşılır bir şekilde derlenmesini gerektirir. Basınç değişiklikleri sıklıkla kayıt ekipmanı ile zaman içinde kaydedilir. Bu, vakum ölçerlere ek talepler getirdiği anlamına gelir:

a) Ölçüm değerlerinin sürekli gösterimi, mümkün olduğunca analog ve dijital
b) Ölçüm değerlerinin net ve rahat okunması
c) bir kayıt cihazı veya kontrol veya regülasyon ekipmanı bağlamak için kayıt cihazı çıkışı
d) Dahili Dijital arayüz (örn. RS 232)
e) Entegre tetikleme noktaları aracılığıyla anahtarlama işlemlerinin tetiklenmesi için olanak

Bu talepler genellikle Mekanik Diyafram ve sıvı dolu vakum göstergeleri hariç olmak üzere elektrikli ölçüm değeri ekranına sahip tüm vakum göstergeleri tarafından karşılanır. İlgili kontrol üniteleri, basınç değerlerinin bir kayıt cihazı ile zaman içinde kaydedilebilmesi için ölçekteki basınç değerine bağlı olarak 0 ila 10 V arasındaki sürekli gerilimleri besleyen kayıt cihazı çıkışları ile donatılmıştır. Göstergenin kaydedici çıkışına bir basınç anahtarlama ünitesi bağlıysa, değerler belirtilen ayar noktalarının üzerine çıktığında veya altına düştüğünde anahtarlama işlemleri tetiklenebilir. Anahtarlama işlemlerinin doğrudan göstergelerde tetiklenmesine yönelik ayar noktaları veya anahtarlama eşik değerleri tetikleme değerleri olarak adlandırılır. Vakum göstergelerinin yanı sıra, belirli bir basınca ulaşıldığında bir kontak amplifikatörü üzerinden bir anahtarlama işlemini (ölçüm değeri gösterilmeden) tetikleyen diyaframlı basınç şalterleri de vardır. Bu tür kumanda işlemleri ile örneğin valfler de kumanda edilebilir.

Vakum sistemlerinin otomatik olarak korunması, izlenmesi ve kontrol edilmesi

Bir vakum sisteminin arızalara karşı korunması son derece önemlidir. Arıza durumunda, sistemin tamamının veya önemli bileşenlerinin kaybı, işlenecek malzeme partisinin kaybı veya daha fazla üretim duruş süresi nedeniyle çok yüksek malzeme değerleri risk altında olabilir. Bu nedenle, özellikle büyük üretim tesislerinde yeterli operasyonel kontrol ve koruma sağlanmalıdır. Bu bağlamda dikkate alınması gereken münferit faktörler en iyi şekilde örnek olarak gösterilmiştir: Şekil 3,20 yüksek vakumlu pompa sisteminin şematik şemasını göstermektedir. Tank (11), her ikisi de destek pompası p (1) ile birlikte çalışan bir Roots pompası (14) veya difüzyon pompası (15) aracılığıyla tahliye edilebilir. Roots pompası orta vakum aralığında ve difüzyon pompası yüksek vakum aralığında kullanılır (Turbo moleküler pompa da kullanabilirsiniz). Valfler (3), (8) ve (16) elektropnömatik olarak çalıştırılır. Münferit bileşenler, tuşlu bir kumanda ünitesinden kumanda edilir.

Şekil 3,20 İsteğe bağlı Roots pompalı yüksek vakumlu pompa sisteminin şematik diyagramı

pompa veya difüzyon pompası.

Destek Pompası
Destek basıncı izleme cihazı
Elektro pnömatik valf
Basınçlı hava bağlantısı
Basınç kontrol cihazı
Sıcaklık monitörü
Soğutma suyu izleme cihazı
Elektro pnömatik valf
Kaydedici
Yüksek vakum izleme cihazı
Tank
Yüksek vakum göstergesi
Sınır anahtarı
Roots pompası
Difüzyon pompası
Elektro pnömatik valf
Havalandırma valfi

Pompa sistemini arızaya karşı koruma önlemleri

Pompa sistemi aşağıda açıklandığı gibi arızalara karşı korunmalıdır. Bu tür arızaları önlemek için alınacak önlemler de aşağıda belirtilmiştir:

a) Elektrik kesintisi durumunda alınacak önlemler: Vakum kabına hava girmesini önlemek ve difüzyon pompasını hasara karşı korumak için tüm valfler kapalıdır.

b) Basınçlı hava ağında basınç düşmesi durumunda koruma: Basınçlı hava, bir basınç izleme cihazı (5) tarafından izlenir. Basınç belirli bir değerin altına düşerse, ilk önce bir sinyal verilebilir veya valfler otomatik olarak kapatılabilir. Bu durumda yeterli basınçlı hava rezervi gereklidir (Şekil 3,20), bu sayede tüm valfler en az bir kez kumanda edilebilir.

c) Difüzyon pompasına giden soğutma suyu arızası durumunda alınacak önlemler: Soğutma suyu akış veya sıcaklık izleme cihazı (6) ve (7) ile izlenir. Soğutma suyu akışı yetersizse difüzyon pompasının ısıtıcısı kapatılır ve bir sinyal verilir; valf (8) kapanır.

d) Difüzyon pompası ısıtıcısının devre dışı kalmasına karşı koruma: Difüzyon pompası ısıtıcı sisteminin kesintisi bir röle ile denetlenebilir. Sıcaklık izin verilen maksimum değerin üzerine çıkarsa, bir sıcaklık denetleme cihazı (6) tepki verir. Her iki durumda da valf (8) kapanır ve bir sinyal verilir.

e) Destek pompası arızası durumunda koruma: Kayış tahrikli destek pompalarında, kayış kırılması veya başka bir arıza durumunda tüm sistemi kapatan bir santrifüj anahtarı bulunmalıdır. Dönüştürücünün doğrudan mile monte edildiği monoblok pompalar akım röleleri ve benzerleri ile izlenebilir.

f) Haznede belirli bir sınır değerin üzerinde basınç artışına karşı koruma: Yüksek vakum izleme cihazı (10), belirli bir basınç aşıldığında bir sinyal gönderir.

g) Difüzyon pompasının kritik ön basıncının sağlanması: Belirli bir destek basıncı aşıldığında, tüm valfler destek basıncı izleme cihazı (2) tarafından kapatılır, pompalar kapatılır ve tekrar bir sinyal verilir. Valflerin (3), (8) ve (16) konumu kontrol panelinde limit şalterleri (13) ile gösterilir. Haznedeki basınç bir yüksek vakum göstergesi (12) ile ölçülür ve bir kayıt cihazı (9) ile kaydedilir. Münferit şalterler, yalnızca önceden belirlenmiş bir sırayla çalıştırılabilecek şekilde kilitlenerek çalıştırma hatalarına karşı koruma sağlanabilir. Örneğin, destek pompası çalışmıyorsa veya gerekli destek basıncı korunmuyorsa veya soğutma suyu sirkülasyonu çalışmıyorsa difüzyon pompası açılamaz.

Kaba ve orta vakum sistemlerinde basınç düzenlemesi ve kontrolü

Kontrol ve düzenlemenin işlevi, bir fiziksel değişkene (bu durumda vakum sistemindeki basınç) belirli bir değer vermektir. Ortak özellik, enerji beslemesini fiziksel değişkene ve dolayısıyla değişkenin kendisine değiştiren aktüatördür. Kontrol, bir sistemi veya bir birimi komutlarla etkilemek anlamına gelir. Bu durumda aktüatör ve dolayısıyla fiziksel değişkenin gerçek değeri manipüle edilmiş bir değişken ile doğrudan değiştirilir. Örnek: Basınca bağlı bir şalter aracılığıyla bir valfin kumanda edilmesi. İlave dış etkiler nedeniyle gerçek değer istenmeyen şekilde değişebilir. Kontrol ünitesi kontrol ünitesine tepki veremiyor. Bu nedenle kontrol sistemlerinin açık bir çalışma sırasına sahip olduğu söylenir. Regülasyonda fiziksel büyüklüğün gerçek değeri sürekli olarak nominal değer ile karşılaştırılır ve sapma olması halinde nominal değere mümkün olduğunca yakın olacak şekilde ayarlanır. Tüm pratik amaçlar için regülasyon her zaman kontrol gerektirir. Ana fark, ayar noktasının ve gerçek değerin karşılaştırıldığı kontrolördür. Kumanda sürecine dahil olan tüm elemanların toplamı kumanda devresini oluşturur. Kontrol süreçlerinin tanımlanması için terimler ve karakteristik değerler DIN 19226'da belirtilmiştir.

Genel olarak, basıncın değişebileceği bir basınç penceresinin belirtildiği kesintili kontrol (örn. iki kademeli veya üç kademeli kontrol) ve mümkün olduğunca kesin tutulması gereken belirli bir basınç ayar noktasına sahip sürekli kontrol (örn. PID kontrolü) arasında ayrım yapılır. Bir vakum sistemindeki basıncı ayarlamanın iki olası yolu vardır: birincisi pompalama hızını değiştirerek (pompanın hızını değiştirerek veya bir valfi kapatarak kısarak); ikincisi ise gaz girişi yoluyla (valfi açarak). Bu sayede toplam 4 prosedür elde edilir.

Kesintisiz basınç ayarı

Kesintisiz regülasyon şüphesiz daha zarif bir prosedür olsa da, çoğu durumda iki veya üç kademeli regülasyon tüm vakum aralıklarında tamamen yeterlidir. Basınç aralığını belirlemek için iki veya üç değişken, basınç bazlı anahtar kontağı gereklidir. Anahtar kontaklarının ekranlı bir göstergeye mi yoksa aşağı akış birimine mi monte edildiği ya da ekransız bir basınç anahtarı olup olmadığı burada önemli değildir. Şekil 3,21'de pompalama hızı kısma yoluyla iki aşamalı regülasyon, gaz girişi yoluyla iki noktalı regülasyon ve pompalama hızı kısma ve gaz girişi kombinasyonu yoluyla üç noktalı regülasyon arasındaki fark gösterilmektedir. Şekil 3,22 ve 3,23'te iki kademeli regülasyon sisteminin devresi ve yapısı gösterilmektedir. Pompalama hızının kısılmasıyla iki kademeli regülasyon durumunda (Şekil 3,22), pompa valfi 4 gerilimle beslenir, yani röle kontakları serbest bırakma durumundayken açıktır. Üst anahtarlama noktasının altındaki bir seviyede, yardımcı rölenin kendi kendine tutma fonksiyonu nedeniyle valf açık kalır. Röle kilidi ancak alt anahtarlama noktasının altındaki bir seviyede serbest bırakılır. Ardından basınç artarsa, valf üst kumanda noktasında tekrar açılır.

Şekil 3,21 İki ve üç kademeli regülasyonun şematik diyagramı

Şekil 3,22 Pompalama hızı kısma ile iki kademeli regülasyon.

– İki anahtarlama noktalı gösterge

➁ Gaz kelebeği valfi
Vakum Pompası
– Pompa valfi
➄ Vakum kabı

Fu - Sigorta
R, Mp - Şebeke bağlantısı 220 V/50 Hz
Smax - Maksimum değer için anahtarlama noktası
Smin - Minimum değer için anahtarlama noktası
PV - Pompa valfi
R1 - Pompa valfi için yardımcı röle
K1 - R1 röle kontağı
M - Ölçüm ve anahtarlama cihazı

Şekil 3,23 Gaz girişi ile iki kademeli regülasyon

– İki anahtarlama noktalı gösterge
➁ Değişken kaçak valfi
– Giriş valfi
– Gaz beslemesi
➄ Gaz kelebeği valfi
Vakum pompası
➆ Vakum kabı

Fu - Sigorta
R, Mp - Şebeke bağlantısı 220 V/50 Hz
Smax - Maksimum değer için anahtarlama noktası
Smin - Minimum değer için anahtarlama noktası
EV - Giriş valfi
R2 - Giriş valfi için yardımcı röle
K2 - R2 röle kontağı
M - Ölçüm ve anahtarlama cihazı

Gaz girişi ile iki kademeli ayarda giriş valfi öncelikle kapatılır. Üst basınç anahtarlama noktasına ulaşılmazsa hiçbir şey değişmez, ancak basınç alt anahtarlama noktasının altına düştüğünde "kapatma kontakları" gaz giriş valfini açar ve aynı anda kendi kendine durma fonksiyonlu yardımcı röleyi kumanda eder. Gaz giriş valfinin kapatılmasıyla rölanti durumuna geri dönme işlemi ancak üst kumanda noktasının aşılmasından sonra röle kendiliğinden tutma fonksiyonu serbest bırakılarak gerçekleşir.

Şekil 3,24'te, az önce açıklanan iki bileşenle oluşturulan ilgili üç kademeli regülasyon sistemi gösterilmektedir. Adından da anlaşılacağı gibi, pompalama hızının kısılmasıyla regülasyon sisteminin alt anahtarlama noktası ve gaz girişi regülasyon sisteminin üst anahtarlama noktası olmak üzere iki anahtarlama noktası birleştirilmiştir.

Şekil 3,24 Üç kademeli düzenleme sistemi.

– Üç anahtarlama noktalı gösterge
➁ Değişken kaçak valfi
– Değişken kaçaklı vana
– Giriş valfi
➄ Gaz kaynağı
➅ Gaz kelebeği valfi
Vakum pompası
➇ Pompa valfi
➈ Vakum kabı

Fu - Sigorta
R, Mp - Şebeke bağlantısı 220 V/50 Hz
Smax - Maksimum değer için anahtarlama noktası
Smitte - Ortalama değer için anahtarlama noktası
Smin - Minimum değer için anahtarlama noktası
T - GRPAHIX ÜÇ
PV - Pompa valfi
EV - Giriş valfi
R1 - Pompa aralığı için yardımcı röle
R2 - Giriş aralığı için yardımcı röle
K1 - R1 röle kontağı
K2 - R2 röle kontağı
M - Ölçüm ve anahtarlama cihazı

Yardımcı rölelerle karmaşık kurulumdan kaçınmak için birçok ünite, yazılım aracılığıyla dahili tetikleme değerlerinin işlev türünü değiştirme olanağı sunar. Başlangıçta münferit anahtarlama noktaları (veya "seviye tetikleyicileri") ve birbirine bağlı anahtarlama noktaları ("aralık tetikleyicileri") arasında seçim yapılabilir. Bu işlevler Şekil 'de açıklanmıştır. 3,25. Aralık tetikleyicileri ile gecikmenin büyüklüğü ve ayar noktası spesifikasyonunun türü de seçilebilir, yani ünitede sabit ayar veya harici bir voltajla spesifikasyon, örneğin 0 - 10 volt arasında. Örneğin, Leybold CEREVAC ve GRAPHIX THREE ile üç kademeli bir regülasyon sistemi (yardımcı rölesiz) kurulabilir.

Şekil 3,25 Seviye tetikleyicileri ve aralık tetikleyicileri şeması

Display and operating instruments for active sensors

GRAPHIX - Aktif sensörler için kumanda üniteleri GRAPHIX Aktif sensörler için gösterge ve kumanda cihazları

Kademesiz basınç ayarı

Burada aktüatör olarak oransal valfli elektrikli kontrolörler (örn. PID kontrolörleri) ve mekanik diyaframlı kontrolörler arasında ayrım yapmak zorundayız. Elektrikli kontrolörlü bir regülasyon sisteminde kontrolör ve aktüatör (piezoelektrik gaz giriş valfi, motor tahrikli giriş valfi, kelebek kontrol valfi, kısma valfi) arasındaki koordinasyon, çok farklı sınır koşulları (hazne hacmi, haznedeki etkili pompalama hızı, basınç kontrol aralığı) nedeniyle zordur. Bu tür kontrol devreleri, proses arızaları meydana geldiğinde kolayca titreşme eğilimindedir. Genel olarak geçerli standart değerlerin belirtilmesi neredeyse imkansızdır.

Birçok kontrol sorunu bir diyafram kontrolörü ile daha iyi çözülebilir. Diyafram kontrolörünün işlevi (bkz. Şekil 3,27) bir diyaframlı vakum ölçerden kolayca türetilebilir: Bir borunun kör ucu ya elastik bir kauçuk diyaframla kapatılır (referans basıncı > proses basıncı için) ya da serbest bırakılır (referans basıncı < proses basıncı için), böylece ikinci durumda proses tarafı ile vakum pompası arasında bir bağlantı kurulur. Bu zarif ve daha çok "otomatik" regülasyon sistemi mükemmel kontrol özelliklerine sahiptir (bkz. Şekil 3,28).

Şekil 3,27 Diyaframlı kontrolör prensibi

Referans odası
Diyafram
Referans odası için ölçüm bağlantısı
Referans basınç ayar valfi
Pompa bağlantısı
Kontrolör koltuğu
Kontrol odası
Proses basıncı için ölçüm bağlantısı
Proses haznesi bağlantısı

Şekil 3,28 Diyafram kontrolörünün kontrol özellikleri.

P₁ = proses basıncı, P₂ = pompadaki basınç, Pref = referans basınç

Daha yüksek debiler elde etmek için birden fazla diyafram kontrolörü paralel olarak bağlanabilir. Bu, proses bölmelerinin ve referans bölmelerinin de paralel olarak bağlandığı anlamına gelir. Şekil 3,29'da 3 MR 50 diyafram kontrolörünün böyle bir bağlantısı gösterilmektedir.

Bir vakum prosesini kontrol etmek için sıklıkla tek tek proses adımlarında basıncın değiştirilmesi gerekir. Diyafram kontrolörüyle bu işlem manuel olarak veya referans basıncının elektrikli kontrolü ile yapılabilir.

Bir diyafram kontrolörünün referans basıncının elektriksel kontrolü, her zaman sabit kalan küçük referans hacmi nedeniyle nispeten kolaydır. Şekil 3,31'de solda bu tür bir düzenleme resim olarak ve sağda şematik olarak gösterilmiştir, diyafram kontrolörlü uygulama örnekleri için bkz. 3.5.5.

Referans basıncı ve dolayısıyla proses basıncını daha yüksek basınçlara doğru değiştirebilmek için, proses odasına ek olarak bir gaz giriş valfi takılmalıdır. Bu valf bir diferansiyel basınç anahtarıyla açılır (Şekil 3,31) istenen daha yüksek proses basıncı, mevcut proses basıncını fark basınç anahtarında ayarlanan basınç farkından daha fazla aştığında.

Şekil 3,29 Diyafram kontrolörlerinin üçlü bağlantısı

Şekil 3,30 Vakum pompasının giriş basıncının su buharı toleransına göre ayarlanmasıyla vakumlu kurutma proseslerinin kontrolü.

DC - Diyafram kontrolörü
P - Vakum pompası
M - Ölçüm ve anahtarlama cihazı
PS - Basınç sensörü
V1 - Pompa valfi
V2 - Gaz giriş valfi
TH - Gaz Kelebeği
RC - Referans odası
PC - Proses haznesi
CV - Dahili referans basınç kontrol valfi

Şekil 3,31 Harici otomatik referans basınç regülasyonlu diyafram kontrolörü.

DC - Diyafram kontrolörü
PS - Proses basıncı sensörü
RS - Referans basınç sensörü
V1 - Gaz giriş valfi
V2 - Pompa valfi
V3 - Gaz girişi değişken kaçak valfi
TH - Gaz Kelebeği
M - Ölçüm ve anahtarlama cihazı
PP - Proses pompası
RC - Referans odası
PC - Proses haznesi
AP - Yardımcı pompa
CV - Dahili referans basınç kontrol valfi

Yüksek ve ultra yüksek vakum sistemlerinde basınç düzenlemesi

Basınç belirli sınırlar içinde sabit tutulacaksa, vakum kabına giren gaz ile valfler veya kısma cihazları yardımıyla pompa tarafından aynı anda çıkarılan gaz arasında bir denge kurulmalıdır. Duvarlardan emilen gazların desorpsiyonu sistemden akan gaz miktarına kıyasla genellikle önemsiz olduğundan, bu durum sert ve orta vakum sistemlerinde çok zor değildir. Basınç regülasyonu, gaz girişi veya pompalama hızı regülasyonu yoluyla gerçekleştirilebilir. Ancak diyaframlı kontrolörlerin kullanımı sadece atmosferik basınç ve yaklaşık 10 mbar arasında mümkündür.

Yüksek ve ultra yüksek vakum aralığında ise hazne duvarlarındaki gaz oluşumu basıncı belirleyici bir şekilde etkiler. Yüksek ve ultra yüksek vakum aralığında spesifik basınç değerlerinin ayarlanması bu nedenle sadece duvarlardan gaz gelişimi basınç regülasyon ünitesi aracılığıyla kontrollü gaz girişine göre önemsizse mümkündür. Bu nedenle, bu aralıktaki basınç regülasyonu genellikle elektrikli PID kontrolörü ile gaz girişi regülasyonu olarak gerçekleştirilir. Aktüatör olarak piezoelektrik veya servomotor kontrollü değişken sızıntılı valfler kullanılır. 10 ^-6 mbar'ın altındaki basınç regülasyonu için yalnızca fırınlanabilir tamamen metal gaz giriş valfleri kullanılmalıdır.

Blog & Wiki Vacuum Fundamentals Vacuum measurement

Vakum Teknolojisinin Temelleri 

Vakum pompası temellerini ve proseslerini keşfetmek için "Vakum Teknolojisinin Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin. 

e-Kitabı görüntüle

Referanslar

Vakum sembolleri
Terimler Sözlüğü
Referanslar ve kaynaklar

Vakum sembolleri

Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü

Ayrıntıları göster

Terimler Sözlüğü

Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış

Ayrıntıları göster

Referanslar ve kaynaklar

Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma

Ayrıntıları göster

Vakum sembolleri

Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü

Ayrıntıları göster