Of het nu in levensmiddelen- of farmaceutische industrie, in de chemie of procestechniek, in metaalverwerking of in de auto-industrie is: in vele industriebranches vereisen de meest verschillende productieprocessen gascondities met een druk die aanzienlijk lager is dan atmosferische druk. Een druk van -700 mbar (300 mbara) wordt beschouwd als een onderdruk. Onder 300 mbara begint het vacuümbereik, onderverdeeld in ruw, fijn, hoog en ultrahoog vacuüm (zie kaart).
In de vacuümtechniek werken we met absolute drukken in millibar (mbar). De toevoeging "absoluut" betekent dat de waarde refereert naar het absoluut perfect vacuüm. Perfect vacuüm heeft een druk van 0,0000 mbara. In de vacuümtechnologie wordt altijd de absolute druk aangegeven, zodat over het algemeen de index "abs" kan worden weggelaten.In fabrieken kan het ruw, fijn en hoogvacuüm op een economisch rendabele wijze worden bereikt, als er zogenaamde pompsets worden gebruikt. Deze vacuüm-pompsets werken op zijn minst met twee trappen. Voorpompen en draaizuigerblowers werken tezamen. AERZENER Maschinenfabrik GmbH, sinds 1868 fabrikant van draaizuigerblowers, heeft sinds 1940 ook speciale draaizuigerblowers gemaakt voor vacuümgeneratie. AERZEN is dus niet enkel één van de pioniers van deze techniek. Vandaag is het bedrijf hierin een wereldleider met een brede waaier van onderdruk- en vacuümblowers. Dit succes is gebaseerd op technische competentie, hoge-precisie fabricage, permanente ontwikkelingen, ervaren medewerkers en een continue, intensieve dialoog met de klanten. Voor generatie van onderdruk tot 500 mbara. AERZEN levert draaizuigerblowers, serie Delta Blower G5. De nieuw ontwikkelde draaizuigercompressoren, serie Delta Hybrid genereren zelfs onderdrukken tot 300 mbara. Onderdrukken tot 500 mbara of tot 300 mbara worden reeds in één trap bereikt.
Onderdrukken onder 300 mbar kunnen evenwel enkel verkregen worden door een dubbele trap in een zogenaamde pompset door het gecombineerde gebruik van een voorpomp en een vacuüm-draaizuigerblower. Zo wordt het volumedebiet dat de exploitant wenst, het zogenaamde bedrijfspunt, veilig bereikt. In de eerste trap vermindert de voorpomp de druk van het medium dat zich in een reservoir of ruimte bevindt tot een voor-vacuüm van bv. 200 mbara. Dan start de vacuüm-draaizuigerblower als tweede trap en bereikt, dankzij de voortgezette gezamenlijke werking met de voorpomp, het vereiste, finale vacuüm of het vereiste volumedebiet. De toekomstige exploitant van de vacuüminstallatie (bv. een staalfabriek in China) geeft aan de fabrikant van de pompset (bv. een Duitse fabrikant) alle essentiële parameters op voor de vereiste installatie:
Dan selecteert de fabrikant van de pompset tezamen met AERZEN de geschikte voorpomp en de geschikte vacuümpomp.
Als mogelijk voorpompsysteem worden, afhankelijk van de toepassing, waterringvacuümpompen, oliegesmeerde draaischuifpompen of regelbare klauwenpompen voor neutrale gassen gebruikt. Voor bijzondere, hoogkwalitatieve toepassingen in de chemische industrie, waarbij procesgassen worden afgevoerd, kunnen schroefvacuümpompen nodig zijn. Als specialist met vele jaren ervaring heeft AERZEN uitgebreide documenten over rendementen van alle voorpompsystemen en adviseert ze de fabrikant van de pompset bij de selectie van het optimale voorpompsysteem en selecteert, in nauwe samenwerking met hem, de optimale AERZEN-vacuüm-draaizuigerblower. Om te voldoen aan de parameters die de exploitant van de pompset vereist, worden voorpomp en AERZEN-vacuümpompen energetisch en thermisch op elkaar afgestemd.
Afbeelding 1 toont in een theoretische berekening de interactie van de voorpomp (oranje lijn) en een AERZEN-vacuümpomp-serie GMa (groene lijn) als een dubbeltrapsoplossing. Om de pomptijd te verminderen zijn evenwel ook meertrapsoplossingen mogelijk met één voorpomp en verschillende, opeenvolgend werkende vacuümpompen. Op de x-as worden de drukbereiken van de voorpomp en vacuümpomp getoond, op de y-as de volumedebieten. In dit voorbeeld start, eerst de voorpomp alleen. Wanneer een vacuüm van 200 mbara bereikt is, start de AERZEN-vacuümpomp. Tot het bedrijfspunt van 1 mbar stijgt de groene curse aanzienlijk. Bij het bedrijfspunt is het volumedebiet van de combinatie ongev. 1.750 m³/h. De twee thermisch kritische drukbereiken die eerst voorkomen in deze theoretische berekening kunnen gecorrigeerd worden door gewijzigde parameters in het ontwerpprogramma, zodat de combinatie van voorpomp en AERZEN vacuümpomp, die voor dit voorbeeld geselecteerd werd, het vereiste bedrijfspunt garandeert, in dit voorbeeld 1 mbar, en kunnen in deze combinatie met succes beheerd worden. Gebaseerd op deze procedure en met inachtname van de thermische limieten en het gebruik van de beste combinatie van voorpomp en vacuümpomp, voldoen de fabrikant van de pompset en AERZEN aan de parameters van de pompset die de exploitant vooropstelde. AERZEN biedt...
De optimale selectie van de juiste combinatie van voorpomp en vacuümpomp garandeert een kostenefficiënte pompset en een duurzame en economische werking met de hoogste energie-efficiëntie.
AERZEN levert vacuümpompen met koeling van de voorinlaat (zogenaamde voorinlaat-blowers), serie mHV in 11 afmetingen voor nominale aanzuigvolumestromen van 250 tot 61.000 m³/h. Hun maximale toegestane drukverschil is afhankelijk van de corresponderende thermische belasting. Voorinlaat-pompen worden hoofdzakelijk gebruikt in ruw vacuüm- en onderdrukbereik, als voorpomp of als onderdruktrap tegenover atmosferische druk, om hoge drukverschillen te verkrijgen in één trap, en voor hoge drukverhoudingen in het bereik van ruw vacuüm, die oplopen tot p2/p1 = 5. Voorinlaat-pompen van de serie mHV worden bij voorkeur gebruikt om continue werking te verkrijgen zonder oververhittingsproblemen. Daartoe wordt atmosferische lucht of reeds gekoeld gas toegevoerd in het aggregaat op de drukzijde, zonder bijkomende kleppen, regelaars enz., via een derde toevoerkanaal. Bij gebruik van gekoeld gas is dit reeds voordien gekoeld in een gas-/luchtkoeler of gas-/waterkoeler, die zich bevindt tussen voorpomp en voorinlaat-pomp. De behuizingflenzen van de voorinlaat-pompen zijn uitgerust met O-ringborgingen. Een spatsmering regelt de levering van de vacuümpompen met koeling van de voorinlaat met smeerolie. De blowers worden aangedreven via een rechtstreeks gekoppelde motor of een recht tandwiel, in geval van een beperkt drukverschil via een smalle V-riem. De pompkamer wordt afgesloten door gecombineerde spat-ring-zuiger-ring labyrintafdichtingen, de aandrijfas wordt afgesloten door dubbele radiale afdichtringen met oliebarrière.
De luchtgekoelde blowers van serie HV voor het vacuümbereik van 200 tot 10-3 mbar zijn beschikbaar in 12 afmetingen voor theoretisch nominaal aanzuigvolumestromen van 180 tot 97,000 m³/h (snelheden van 3,000 tot 3,600 tpm). Bij het type constructie GMa werken ze met een verticale stroomrichting. Het type constructie GLa met horizontale stroomrichting maakt een bijzonder compact ontwerp mogelijk. Beide types constructies worden onder andere gebruikt in het coatingproces, in chemie- en procestechniek, in de metallurgie en verpakkingsindustrie, in centrale vacuüminstallaties, in heliumcompressie en detectiesystemen van heliumlekken, in de productie van lampen, buizen, zonne-energieapparatuur en in de automobielindustrie. Voor bijzondere toepassingen kunnen speciale afdichtingen worden gebruikt voor luchtgekoelde, spatgesmeerde blowers en speciale materiaalvarianten, bv. voor gegoten onderdelen en. Door hun standaardaandrijving met motoren met bouwwijze IE 3, werken de blowers met extreme energie-efficiëntie en kunnen ze worden gebruikt in vele markten - onder andere ook in de Verenigde Staten, Canada en Rusland. Ze zijn bovendien geschikt voor frequentieregeling. De motoren zijn rechtstreeks aan de blowers geflensd. Een speciale spat-ring-zuigerring labyrintafdichting verhindert het binnendringen van olie van de lagerkamers in de pompkamer. Bovendien is een ruim gedimensioneerde neutrale kamer met condensaatkanalen geïnstalleerd. Om een verhoogd spoeleffect te bereiken, kan de neutrale kamer worden gespoeld met afdichtgas. Bij wijze van unieke functie, kunnen vacuümpompen van de serie HV optioneel worden vervaardigd volgens de ATEX-goedkeuring 94/9 / EG. Ze bieden weerstand tegen een drukslag bij explosie tot max. 13 bar, werken zonder bypassregeling en zijn de enige vacuümpompen die goedgekeurd zijn voor zone 0 (intern) en extern voor temperatuurklasse T4. Om meer procesveiligheid te realiseren, kan de bewakingsoptie onder 50 mbar uitgeschakeld worden.
De AERZEN-busmotorblowers van de serie CM (voor agressieve gassen) en HM (voor neutrale gassen), die geschikt zijn voor permanent bedrijf, maken bijzonder korte pomptijden mogelijk en worden gebruikt in industriële hoogvacuümtechniek voor een vacuümbereik van 200 tot 10-5 mbar. Deze blowers werken met een hermetische aandrijving, aangezien de aandrijfas afgedicht is door een geïntegreerde busmotor zonder doorvoer naar de atmosfeer. Door een quasi-verdubbeling van de snelheid naar 6000 tot 7200 tpm met dezelfde constructiegrootte, zijn zeer korte pompcycli in de grootteorde van seconden het resultaat, wat leidt tot een aanzienlijke versnelling van de productieprocessen voor de exploitant. Zelfs indien er, ten behoeve van verdere rendementsverbetering, twee voorpompen en een busmotorblower geïntegreerd worden in een pompset, valt de volledige unit op door een bijzonder compact ontwerp - een bijzonder voordeel voor multisystemen met diverse pompsets. Busmotorblowers gemaakt door AERZEN zijn beschikbaar
Deze systemen worden gebruikt voor de productie van industrieel vacuüm, bijvoorbeeld in chemie- en procestechniek, in folie- en glascoating, evacuatie van waterstof, in detectiesystemen voor heliumlekken en in situaties waar lekken absoluut moeten vermeden worden. Bovendien worden deze blowers gebruikt in de halfgeleiderindustrie, in de micro-elektronica, in de productie van platte beeldschermen, in lasertechniek en in zonnetechniek. De blowers kunnen in beide richtingen werken - verticaal en horizontaal. Dankzij de standaard waterkoeling zijn ze geschikt voor toepassing in clean-roomcondities. Een uitstekende mechanische weerstand (tot 230 mbar) vermindert de pomptijden. De toepassing van een frequentie-omvormer maakt een hoog regelbereik (1:5) mogelijk en daardoor het gebruik van kleinere afmetingen van de blowers. Dankzij verschillende motorvarianten voor netwerk-, cyclische en continue bedrijfmodi, kan steeds een individuele oplossing gevonden worden, zelfs voor speciale toepassingen.
Voor het optimale ontwerp van een pompset voor vacuümproductie zijn er geen standaardoplossingen gezien de redementsparameters van de voorpomp en draaizuigerblower optimaal op elkaar moeten afgestemd zijn. Enkel dan zal de pompset voldoen aan de parameters die door de exploitant vereist zijn en aan het vooropgestelde bedrijfspunt. Daarom kan de optimale oplossing enkel worden bereikt door intensieve aanbevelingen van AERZEN als leverancier van de vacuümpomp, die tezamen met de fabrikant van de pompset vooropgesteld worden, die de voorpomp en de vacuümpomp koopt van externe leveranciers. Met uitgebreide software controleert AERZEN de pompcombinatie die bestaat uit de voorpomp en de AERZEN-vacuümpomp, zoals gepland of vooropgesteld door de fabrikant van de pompset. "We besteden bijzondere aandacht aan het vermijden van thermisch kritische drukbereiken en aan het leveren van de energetisch beste gradatieverhoudingen. Voor AERZEN geldt "we adviseren niet enkel de fabrikant van de pompset met betrekking tot het proces van vacuümtoepassing, maar ook wat betreft het ontwerp van de volledige pompsetcombinatie".
Auteur: Norbert Barlmeyer, gespecialiseerd journalist in persluchttechniek, Bielefeld
