Совместными
усилиями
к общему успеху
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«Интех ГмбХ»
Die Vakuumerzeugung ist unter der Berücksichtigung von der heutigen Entwicklung der Technik keine schwierige Aufgabe. In diesem Zusammenhang bekommt die Vakuumausrüstung eine größere Anwendung in verschiedenen Industriezweigen. Die industrielle Vakuumausrüstung wird in die Vakuumpumpen, Vakuumaggregate und Vakuumanlagen aufgeteilt. Der andere Name von den Vakuumpumpen ist die «Saugausrüstung», d.h. diese Apparate sind zum Abpumpen der Luft, der Gase und der Dampfgasgemische vorgesehen.
Zwei Hauptparameter der Vakuumpumpen sind folgende:
Das Saugvermögen (S) wird in Litern pro Sekunde gemessen und zeigt die Menge von Pumpmedium pro Zeiteinheit. Die Vakuummenge wird durch die im Behälter mit der dünnen Atmosphäre bestehende Restdruckmenge charakterisiert. Die Messeinheiten dieser Größe sind: Pa, kPa, mm Hg oder % vom Atmosphärendruck.
Die Vakuumpumpen werden in folgende Arten aufgeteilt:
Die Konformität der Vakuumpumpe mit den Betriebsbedingungen, bei denen die Pumpe funktionieren wird, wird durch folgende Parameter bewertet:
Die Funktionsweise der Pumpen ist vom Charakter des Gasflusses abhängig, d.h. von der Unterdruckgröße.
Bei der erstmaligen Gasabsaugung bewegt sich der Strom mit einer hohen Geschwindigkeit und hat eine bestimmte Wirbelbildung (das Gas fließt in der turbulenten Strömungsform). Der Druckabfall gleicht den Wirbelstrom aus, als Folge beginnt das Gas inert zu fließen (wird durch das Inertgasmedium ermittelt). Wenn sich im Weiteren die Gasstromgeschwindigkeit absenken wird, wird der Betrieb zähiger.
Wenn der Gasstrom als zähiger Strom bezeichnet werden kann, vermischen sich die Innenlagen des Stromes im Vergleich zu den Lagen, die sich bei den Pumpenwänden befinden (sie bewegen sich praktisch nicht). Also, in der Gasstrommitte bewegen sich die Teilchen mit maximaler Geschwindigkeit. Die Strömungsart wird von dem Zähigkeitsgrad des Gases bestimmt. Bei dem niedrigen Druck befinden sich die Moleküle in freier Bewegung und kontaktieren miteinander praktisch nicht. Indem die Innenreibung weggeht, beginn sich der Strom molekular zu bewegen.
Die vorliegende Pumpanlage kann eine von drei Anlagentypen sein: Hochvakuumpumpe, die Boosterpumpe und das Vorvakuumaggregat (gemäß dem Druckbereich, in dem die Pumpe mit maximaler Leistung betrieben wird). Solche Pumpen verwendet man in der Metallurgie reichlich. Nach dem Funktionsprinzip bilden sie zwei Gruppen:
Um die Gasleckagen aus den Rissen zwischen Reibungsteilen der Pumpanlagen auszuschließen, benutzt man das Vakuumöl. Dieses Mittel verdichtet den Spielraum und dient als Schmierung. Also, die mechanischen Pumpen, in denen das Öl als Dichtmittel und als Schmierung dient, sind die Ölpumpen. Die Pumpen, die kein Öl brauchen, nennt man Trockenluftpumpen.
Die Vakuumpumpen eliminieren die Gase, die Dämpfe und die Luft aus dem Kammervolumen der Pumpe, die solche Eigenschaften besitzen, wie Geschlossenheit und Dichtigkeit. Mit dem allmählichen Entfernen der Gase, der Dämpfe und der Luft verändert sich das Raumvolumen und als Folge verteilen sich die Moleküle des Pumpstoffes in der erforderlichen Richtung um. Die Besonderheiten der Vakuumpumpen hängen vom Typ des Aggregates ab.
Der Hauptteil der Vakuumanlagen funktioniert nach dem Verdrängungsprinzip, wie auch die Verdrängerpumpen (außer den Dampföl- und Dampfstrahlaggregaten). Die Höhe des erzeugten Vakuums hängt von der Dichtqualität des Arbeitsraums, der von den Arbeitsorganen der Pumpe gebildet wird: von den Lamellen, den Schiebern, den Rädern gemeinsam mit der Flüssigkeit. Die Funktion der Vakuumpumpe soll zwei Hauptvoraussetzungen schaffen: den Druck im geschlossenen Raum um den Wert Pв min zu reduzieren und dies in dem bestimmten Zeitraum auszuführen. Wenn die Vakuumpumpe die Gaspumpmenge sicherstellt, aber den Druck bis zu einem bestimmten Wert nicht reduzieren kann, wird zur Reduzierung des Drucks des Gasmediums die Vorvakuumpumpe eingesetzt.
Jede Gruppe von Vakuumpumpanlagen hat eigene Vorteile dank der konstruktiven Besonderheiten, der Funktionsweise, dem Typ der Arbeitsflüssigkeit und den anderen Faktoren. Zum Beispiel, die Wasserringpumpen sind Hochfestigkeitspumpen, sie funktionieren im hohen Temperaturbereich und in schweren Betriebsbedingungen, können die verschmutzten Dämpfe absaugen. Die Drehschieberpumpe sind wasserdampfbeständig, kompakt, zuverlässig, haben das gute Saugvermögen und sind energiesparend. Die Rootspumpen demonstrieren hohe Leistung, Schnellgängigkeit, gleichmäßiges Saugvermögen, haben kein Öl im verdichteten Gas. Die Membran- und Schraubenpumpanlagen können in den aggressiven Medien betrieben werden, vorausgesetzt, dass auf alle Bestandteile die spezielle Schutzbeschichtung aufgetragen wird (bei den Membranenpumpen soll die Membrane aus Kautschuk gefertigt sein). Zu den Vorteilen der Schraubenpumpen gehört die Tatsache, dass sie kein Öl und keine Kondensatoren benötigen, und dass sie energiesparend sind.
Die Vakuumpumpen werden zur Entlüftung, zur Entfernung des Dampfes/ des Dampfgasgemisches, der aggressivfreien Gase ohne mechanische Beimischungen und ohne Feuchtigkeit aus den dichten im Raum stehenden Arbeitsbehältern. Solche Anlagentypen werden zur vorläufigen Atmosphärenunterdruck bei den Hochvakuumanlagen eingesetzt.
Die Vakuumpumpen werden in den unterschiedlichen Industriegebieten, Prozessen und technischen Applikationen reichlich eingesetzt:
Die Vakuumpumpen werden in folgenden Typen aufgeteilt:
Wasserring- oder Flüssigkeits-Ringaggregate. Als Arbeitsmedium dient hauptsächlich das Wasser, aber in Zusammenhang mit den Besonderheiten des technischen Prozesses können auch das Öl, manche Säuren, Laugen und Kühlflüssigkeiten verwendet werden; der Rotor mit den Schaufeln wirft die Flüssigkeit ab, die Flüssigkeit nimmt die Form eines Ringes auf hinsichtlich der Rotorwände.
Die Flügelzellenpumpen (mit der Öldichtung versehen). Solche Pumpen besitzen das zylinderförmige Gehäuse, im Inneren dreht sich der Rotor. Der Rotor ist mit den Nuten versehen, wo die Flügel die Vor- und Rückbewegungen machen. Indem sich der Rotor dreht, die Flügel liegen an die Wände der Kammer an und werden durch den Ölfilm dicht; das Volumen wird vom Sektor getrennt. Beim Drehen des Rotors wird das Volumen des Sektors größer und bei dem Einsaugstutzen erfolgt die Gaseinsaugung. Weiter wird das Volumen des Sektors kleiner, erfolgt die Trennung vom Einsaugstutzen und das Gas wird verdichtet. Bei einer bestimmten Bewegung liegen die Sektoren an den Druckstutzen an; das Volumen der Sektoren wird kleiner, und das Gas gelangt in den Stutzen.
Damit die Reibungsteile geschmiert werden, wird in den Raum das Öl zugeleitet.
Die Flügelzellenpumpen ohne Öl. Er gibt auch die Analoge mit den Öldichtungen, aber ohne Schmiermittel.
Rotationspumpe mit zwei Rotoren. In dem Gehäuse solcher Pumpen machen zwei gleiche Rotoren die Drehbewegungen, es gibt zwei Stirndeckel, Lager, Stopfbüchsen und Synchrongetriebe. Das Gas wird entfernt und verdichtet, weil sich die Arbeitskammer befüllt. Die Kammer verschiebt sich ohne Verdichtung aus dem Einsaugraum in den Druckraum. Die Arbeitskammer kontaktiert mit dem Druckraum, als Folge erhöht sich hier der Druck, weil das Gas aus der Drucköffnung überfließt.
Die Membranenpumpen. In diesen Pumpanlagen wird das Gas wegen der Änderung der Membranenform ölfrei entfernt (die Membrane biegt sich). In den kleinen Pumpen dieses Typs (Mikropumpen) wird der Antrieb der Membrane mit dem Stock des Bogenschubkurbeltriebs gestartet, bei anderen Analogpumpen hydraulisch von der Kolbenpumpe.
Die Schneckenpumpen. Die vorliegenden Pumpanlagen besitzen die Gasballastpumpen für das Umpumpen der Gase bis zu einem bestimmten Niveau des Saugdruckes. Bei der Kondensatbildung soll die Pumpanlage senkrecht eingebaut werden.
Die Schraubenpumpen. Solche Pumpen funktionieren ohne Schmierung. Die Drehzahl des Antriebes wird mit dem Frequenzumrichter geregelt, was die Pumpe energiesparend macht. Die Schraubenpumpen funktionieren ohne Pulsierung.
Die Turbomolekularpumpe. Das Funktionieren besteht darin, dass der Rotor den Molekülen des Pumpstoffes zusätzliche Geschwindigkeit in der Drehrichtung übergibt. Der Rotor besteht aus dem Satz der Scheiben und soll balanciert werden. Die Welle kann vertikal oder horizontal angebracht werden. Die Stützeinrichtungen (die Lager und die Lagereinheiten) sollen genau und schnellgängig sein, um den sicheren und dauerhaften Betrieb zu garantieren.
Die Plungervakuumpumpe ist ein Typ der mechanischen Vakuumpumpe, die die Gase bis zum Atmosphärendruck verdichten kann. Solch ein Apparat hat eine Vorrichtung, die dem Kolbenverdichter doppelter Wirkung ähnlich ist. Der Hauptunterschied besteht darin, dass sich die Plungervakuumpumpe durch den Verdichtungsgrad unterscheidet.
Links ist die Primärstufe. Die 2. Position in der Mitte ist die Zwischenstufe, rechts ist die Endstufe.
Der Plunger besteht aus dem zylindrischen Teil mit dem Exzenterkolben und dem rechtwinkligen Hohlteil, der sich frei in der Gelenknute bewegt. Wenn sich der flache Plungerteil dreht, das Gelenk dreht sich auch frei in dem Gehäusebuchse der Pumpe. Im Plunger gibt es einen Kanal, in diesem Kanal strömt das Gas aus dem Pumpraum in die Druckkammer. Der Gasgegenstrom gelangt in den Pumpeneintritt nicht, weil der Eintritt vorläufig dank der Schieberbewegung geschlossen wird. Es besteht die Möglichkeit, den Totraum zu reduzieren. Die Anliegefläche zwischen dem Zylinder und dem Rotor ist dicht, weil im Keil zwischen dem Zylinder und dem Rotor eine dicke Ölschicht vorhanden ist.
Mechanische Vakuumpumpen pumpen das Volumen ab, beginnend mit dem Niveau des Atmosphärendrucks. Da das Pumpgas in die Atmosphäre ausgeworfen wird, werden beim Einsatz der mechanischen Vakuumpumpen solche Kenndaten wie max. Arbeitsdruck und max. Eintritts- und Austrittsdruck nicht verwendet. Die Hauptkenndaten für die mechanischen Vakuumpumpen mit der Öldichtung sind:
Mechanische Vakuumpumpe ist ein Aggregat, das das Gas entfernt und den Druck reduziert / erhöht (unterhalb des Atmosphärendrucks) in dem Behälter, aus dem die Arbeitsflüssigkeit mit bestimmten Intervallen und bei der bestimmten Zusammensetzung (bei der bestimmten Höhe des Gasstroms) abgepumpt wird.
Die Funktion dieser Pumpanlage besteht darin, dass das Gas sich wegen der mechanischen Bewegungen der Pumpenteile bewegt und damit den Pumpvorgang ausführt. Das mit dem Gas befüllte Volumen wird am Eintritt abgesperrt und bewegt sich zum Austritt. Das Gas bewegt sich weiter zum Austritt der Pumpanlage, der Bewegungsimpuls wird den Gasmolekülen übertragen.
Ausgehend von den Konstruktionsbesonderheiten und der Funktionsweise dieser Pumpenarten unterscheidet man sieben Pumpentypen: (Schrauben- / Membran- /Kolben-/ Plunger- / Schieber- /Ruths- /Schneckenpumpen). Abhängig von der Art der Arbeitsflüssigkeit können die mechanischen Pumpen Molekularpumpen sein (die dank dem Molekularstrom des Stoffs funktionieren) und Verdrängungspumpen (die dank der laminaren Strömung des Stoffs funktionieren). Mechanische Vakuumpumpen differenzieren sich gemäß der Vakuumkonzentration (niedriges, hohes, mittleres Niveau). Außerdem werden diese Pumpen aufgeteilt: in die Pumpen, die ohne Schmierstoff laufen können, und die Pumpen, die mit dem Schmierstoff funktionieren.
Diese Pumpen werden in unterschiedlichen Industriegebieten verwendet: Chemie, Metallurgie, Elektronik, Nährungsindustrie, Medizin, Raumschifffahrt. Mechanische Vakuumpumpen werden auch als Bestandteile unterschiedlicher Industrieanlagen, in den technologischen Prozessen (wie, die Eisenschmelze, der Auftrag von dünnen Filmen, die Modellierung von Raumschifffahrtsbedingungen usw.). eingesetzt.
In Zusammenhang mit dem wachsenden Bedarf an den Pumpenanlagen werden die mechanischen Vakuumpumpe immer weiter vervollkommnet und entwickelt, werden neue Pumpenanlagen mit den besseren Kenndaten erarbeitet.
Das Saugvermögen von solchen Pumpen ist von der Art des Pumpgases unabhängig. Der Restdruck ist von der Konstruktion der Pumpanlage und den Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit abhängig. Als Arbeitsflüssigkeit gilt, als Regel, das Öl mit folgenden erforderlichen Eigenschaften:
Die Stabilität der Daten von den mechanischen Vakuumpumpen hängt von der Spaltgröße zwischen den Flächen, der Anzahl dieser Spalten und von der für die Reibungsteile verwendeten Ölmenge ab.
Die Plungervakuumpumpe kann mit einem Überlauf versehen werden, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Der Überlauf kann unterschiedliche Konstruktionen haben. Seine Bedeutung besteht in dem beidseitigen Druckausgleich am Ende des Kolbenhubs.
Wenn die Überlaufkanäle nicht vorgesehen dehnen sich die verdichteten Gasreste des Totraums aus, indem sich der Kolben von links nach rechts bewegt. Der Gasrest hat dabei das Druckniveau p2, die Kurve ea1 vor dem Saugdruck p1 und p1 und λ0=V1/V. In der Vakuumpumpe verschiebt sich der Gasrest bei der linken Kolbenendlage in den rechten Zylinderraum, wo der Druck gleich p1 ist. Der Druck im Totraum fällt von p2 bis pв ab, der Gasrest dehnt sich gemäß der Kurve fa aus. Der Saugvorgang beginnt am Anfang des Kolbenhubs (λ0=(V'1/V)>λ0). Der gleiche Vorgang erfolgt bei dem Rücklauf des Kolbens (con rechts nach links). Als Ergebnis erhöht sich der Wirkungsgrad von 0.8 bis 0.9 λ0.
Der vorhandene Totraum ist die Folge, dass die Kolbenvakuumpumpe nicht fähig ist, das absolute Vakuum zu erzeugen und hat einen theoretischen Grenzwert für diesen Parameter, was dem Restdruck pпр entspricht. Der Wert pпр ist ohne Überlauf größer, als mit dem Überlauf.
Wenn die Vakuumpumpe kontinuierlich läuft, dann ändern sich die Pumpgasmenge, die den ausgeworfenen Prozessgas- und -dampfmengen gleich ist, und die Mengen, die durch die undichten Stellen angesaugt werde, zeitgemäß nicht. Die Wellenleistung der Vakuumpumpe bleibt auch unveränderlich. Es lohnt sich, zu betonen, dass dieser Wert viel höher bei den mit dem Überlauf ausgerüsteten Maschinen ist, weil die Leistung für die Ausdehnung der zu überlaufenden verdichteten Gasmengen benötigt wird.
Die Drehkolbenverdichter werden sowohl für die Verdichtung der Gase, als auch für seine Verdünnung eingesetzt, d.h. als Drehkolbenvakuumpumpen eingesetzt. Die Vorvakuumpumpen haben manche konstruktive Unterschiede und werden für den Betrieb mit den Diffusions- und Molekularpumpen eingesetzt.
Die Flügelzellenvakuumpumpen besitzen das zylinderförmige Gehäuse mit dem Einlauf- und dem Auslaufstutzen und den Rotor mit der exzentrischen Anordnung. In den Nuten des Rotors befinden sich die Flügel. Diese Pumpenart kann mit zwei, vier und mehr Flügeln ausgerüstet sein.
Da der Rotor einen kleinen Durchmesser besitzt, reicht die Wirkung der Fliehkraft nicht, um die Flügel an die innere Gehäusefläche festzudrücken. Dazu werden die Flügel mit den Federn gedrückt. Die vorliegenden Pumpenanlagen generieren den Restdruck von 7 bis 13 Pa, bei einem zweistufigen Betrieb können bis 1,3 Pa generieren und bei dem dreistufigen Betrieb bis 0,13 Pa.
Die Flügelzellenvakuumpumpen der für eine kleine Leistung (bis 1 l/sek.) ausgelegten Konstruktion funktionieren in der Ölwanne, die die Verbindungen der Pumpanlage dicht macht und die Reibungsverluste vermindert. Die Konstruktion der Flügelzellenvakuumpumpen mit einem hohen Saugvermögen (bis 103 l/sek.) entsprechen der Skizze б des Bildes 4. diese Pumpen besitzen keine Ölwanne. Um die Reibungsverluste zu reduzieren, werden die Laufringe eingesetzt, die mit den Flügeln gedreht werden. Durch die Öffnungen in den Laufringen strömt das Pumpgas. Manche Konstruktionen mit den DU-Flügeln kommen ohne Laufringe aus.
Zu den Hauptnachteilen der Flügelzellenvakuumpumpen gehört die Absenkung des Wirkungsgrades bei dem kleinen Verschleiß der Flügel. Selbst bei dem kleinen Verschleiß dieser Elemente der Pumpe gibt es eine Gasleckage aus der Druckseite in die Saugseite durch die Löcher. Der hohe Verdichtungsgrad führt zu der Erhöhung der Gastemperatur. Indem der Restdruck abfällt, senkt der Wirkungsgrad auch ab.
Die höhere Anzahl der Flügel in der Pumpe trägt dazu bei, dass die Anlage nicht so sensibel zum Verschleiß der Flügel und zur Absenkung des Wirkungsgrades wird. Aber die Pumpe wird von der Konstruktion aus komplizierter und der Totraum vergrößert sich. Zur Reduzierung des Einflusses des Totraums werden die Pumpen dieser Art mit dem Überlauf versorgt. Die Wellenleistung wird mit der Formel ermittelt: ηмех=0,8-0,9.
Zur Vakuumerzeugung werden reichlich die Wasserringvakuumpumpen eingesetzt (Wasserringverdichter). Diese Apparate können die Verdünnung bis 98% sichern. Den Nachteilen kann man den niedrigen Wirkungsgrad zuschreiben (von 0,40 bis 0,45).
Diese Anlagen sind mit dem Laufrad ausgerüstet, das exzentrisch angeordnet ist. Auf dem Laufrad sitzen die Flügel. Im Gehäuseinneren befindet sich die Flüssigkeit, die unter der Einwirkung der Fliehkraft zu den Wänden des Gehäuses gedrückt wird und das Rad bildet. Zwischen den Pumpenflügeln und dem Wasserring entstehen die Zellen unterschiedlicher Größe. Zuerst wächst die Zellengröße, das Gas gelangt durch die Saugöffnungen in die Pumpe. Bei der nächsten Etappe reduziert sich die Zellengröße. Und das verdichtete Gas wird aus der Pumpe ausgeführt. Der Grenzdruck dieser Maschinen beträgt (2-3)*103 Pa. Diese Pumpenart funktioniert mit dem Atmosphärendruck und als Wasserringverdichter erzeugt den Druck bis 2*105 Pa. Das gute Saugvermögen beträgt von 25 bis 500 l/s. Der größte Nachteil dieser Pumpen ist die große Aufnahme der spezifischen Leistung (ca. 200 W/(l/s)). Dies ist durch die Notwenigkeit bedingt, die Flüssigkeit in der Pumpe zu bewegen.
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