Či v potravinárskom alebo farmaceutickom priemysle, v chémii alebo spracovateľskom priemysle, spracovaní kovov alebo v automobilovom priemysle: v mnohých odvetviach priemyslu si najrôznejšie výrobné procesy vyžadujú plynové podmienky s tlakom, ktorý je značne pod úrovňou atmosférického tlaku. Tlak -700 mbar (300 mbar abs.) sa považuje za záporný tlak. Vákuový rozsah začína od tlakupod 300 mbar absolútne, rozdelené ďalej na hrubé, jemné, vysoké a veľmivysoké vákuum (pozri graf).
Vo vákuovej technológii pracujeme s absolútnymi tlakmi v milibaroch (mbar). Doplnenie „absolútne” znamená, že hodnota odkazuje na absolútne dokonalé vákuum. Dokonalé vákuum má tlak absolútne 0,0000 mbar. Vo vákuovej technológii je vždy indikovaný absolútny tlak, takže vo všeobecnosti sa môže index „abs” vynechať.V prevádzkachje možné ekonomicky dosiahnuť hrubé, jemné a vysoké vákuum, len ak sa použijú takzvané dúchadlové sady. Tieto vákuové dúchadlové sady pracujú aspoň v dvoch stupňoch. Vratné dúchadlo/kompresor a dúchadlá s rotačnými piestami pracujú spolu. Aerzener Maschinenfabrik GmbH, výrobca dúchadiel s rotačnýmipiestami,užod roku 1868, vyrába od roku 1940 aj špeciálne dúchadlá s rotačnýmipiestami pre výrobu vákua. Takže AERZEN nie je len jedným z priekopníkov tejto technológie. Dnes je táto spoločnosť svetovým vedúcim výrobcom so širokým rozsahom záporného tlaku a vákuových dúchadiel. Tento úspech sa zakladá na technickej kompetencii, vysoko presnej výrobe, neustálom vývoji, skúsených zamestnancoch a sústavnom, intenzívnom dialógu so zákazníkmi. Pre výrobu záporného tlaku až do 500 mbar abs. AERZEN dodáva dúchadlá s rotačnýmipiestami zo série Delta Blower G5. Nedávno vyvinuté kompresory so stočenýmirotačnými piestami zo série Delta Hybrid vyrábajú záporný tlak dokonca až do 300 mbar abs. Záporné tlaky až do 500 mbar abs., alebo až do 300 mbar abs. sa dosahujú len v jednom stupni.
Avšak, záporné tlaky pod 300 mbar abs. sa dajú dosiahnuť len dvojstupňovo v takzvanej dúchadlovej zostave prostredníctvom kombinovaného použitia vratného dúchadla/kompresora spolu s dúchadlom s rotačnýmipiestami. Tak sa zaručene dosiahne objemový prietok, ktorý požaduje prevádzkovateľ, takzvaný prevádzkový bod. V prvom stupni znižuje vratné dúchadlo/kompresor tlak média dostupného v nádrži, alebo v miestnosti na predbežné vákuum napr. 200 mbar abs. Potom, ako druhý stupeň, sa spustí dúchadlo s rotačnýmipiestami a dosahuje vďaka spoločnej prevádzke svratným dúchadlom/kompresorom požadované konečné vákuum, alebo požadovaný objemový prietok. Budúci prevádzkovateľ vákuového zariadenia (napr. Oceliarne v Číne) sprostredkuje výrobcovi dúchadlovej zostavy (napr. nemecký výrobca zariadení) všetky základné parametre pre požadovanú prevádzku:
Na základe toho potom výrobca dúchadlovej zostavy zvolí, v spolupráci so spoločnosťou AERZEN, vhodné vratné dúchadlo/kompresor a vhodné vákuové dúchadlo.
Ako vhodný vratný dúchadlový systém sa v závislosti od použitia používajú vodokružné vákuové dúchadlá, rotačné lamelové dúchadlá mazané olejom, alebo regulovateľné zubové čerpadlá pre neutrálne plyny. Pre obzvlášť vysokokvalitné použitia v chemickom priemysle sa môžu stať využiteľnýmipre odsávanie procesných plynov aj drahšie skrutkové vákuové kompresory. Ako špecialista s mnohoročnými skúsenosťami má AERZEN k dispozícii rozsiahle výkonové diagramy všetkých vratných dúchadlových systémov, odporúča výrobcovidúchadlovej zostavy výber optimálneho typu vratného dúchadla a následne na to v úzkej spolupráci s ním zvolí optimálne dúchadlo s rotačnýmipiestami AERZEN. Aby sa splnili parametre požadované prevádzkovateľom dúchadlovej zostavy, vratné dúchadlo a vákuové dúchadlá AERZEN musia byť navzájom energeticky aj tepelne optimálne vyvážené.
Obrázok 1 ukazuje v teoretickom výpočte interakciu vratného dúchadla (oranžová čiara) a vákuového dúchadla AERZEN série GMa (zelená čiara) ako dvojstupňové riešenie Avšak pre zníženie doby čerpania sú možné tiež viacstupňové riešenia s jedným vratným dúchadlom a niekoľkými vákuovými dúchadlami pracujúcimi v sériovom zapojení. Na osi x sú zobrazenétlakové rozsahy vratného dúchadla a vákuového dúchadla, na osi y sú zobrazenéobjemové prietoky. V tomto prípade sa najprv zo všetkého spustí samotné vratné dúchadlo. Keď sa dosiahne vákuum 200 mbar abs, spustí sa vákuové dúchadlo AERZEN. Až po prevádzkový bod pri 1 mbar zelená krivka značne rastie. V prevádzkovom bode je objemový prietok kombinácie približne 1.750 m³/h. Dva teplotne kritické tlakové rozsahy, ktoré sa v tomto teoretickom výpočteobjavia zo všetkého najskôr, je možné korigovať prostredníctvom modifikovaných parametrov v dizajnérskom programe tak, aby kombinácia vratného dúchadla a vákuového dúchadla AERZEN, zvoleného pre tento príklad, zabezpečila požadovaný prevádzkový bod, v tomto prípade1 mbar, a aby prevádzka takejto kombinácie bola spoľahlivá. Na základe tohto postupu,pozorovania tepelných limitov a použitia tej najlepšej možnej kombinácie vratnéhodúchadla a vákuového dúchadla, výrobca dúchadlovej zostavy a spoločnosť AERZEN spĺňajú parametre dúchadlovej zostavy stanovené prevádzkovateľom. AERZEN ponúka...
Optimálny výber správnej kombinácie vratného dúchadla a vákuového dúchadla zaručuje efektívnu dúchadlovú zostavuz pohľadu investičných nákladov a zároveň aj dlhodobú a ekonomickú prevádzku s najvyššou energetickou účinnosťou.
AERZEN dodáva vákuové dúchadlá s prisávacím chladením (takzvané dúchadlá s prisávacím kanálom) zo série mHV v 11 veľkostiach, pre teoretické menovité objemové prietoky od 250 do 61.000 m³/h. Ich maximálny dovolenýdiferenčný tlak závisí od príslušného tepelného zaťaženia. Dúchadlá s prisávaním sa používajú prevažne v rozsahu hrubého vákua a pri zápornom tlaku ako vratné dúchadlo, alebo stupeň záporného tlaku voči atmosfére, predosiahnutie vysokých diferenčných tlakovv jednom stupni a pre vysoké kompresné pomery v rozsahu hrubého vákua až do p2/p1 = 5. Dúchadlá s prisávaním zo série mHV sa prevažne používajú pre dosiahnutie nepretržitej a bezproblémovejprevádzky bez prehrievania. Na tento účel sa do agregátu plní atmosférický vzduch, alebo už ochladený plyn na strane výstupu, bez dodatočného ventilu, regulátorov atď., len prostredníctvom tretieho prívodného kanála. Keď sa používa ochladený plyn, tento sa vopred chladí v chladiči plyn/vzduch, alebo v chladiči plyn/voda inštalovaným medzi vratným dúchadlom a prisávacím dúchadlom. Príruby telies prisávacích dúchadiel sú vybavené tesniacimi krúžkami, a mazanierozstrekom zabezpečí pre tento typ vákuových dúchadiel dodávku mazacieho oleja. Dúchadlá sú poháňané prostredníctvom priamo cez spojku napojeného motora, alebo zubovej prevodovky, v prípade limitovaného diferenčného tlaku aj prostredníctvom klinovéhoremeňa. Dopravná komora je utesnená prostredníctvom kombinovaných labyrintových tesnení a rozstrekovacieho piestového krúžka, hnací hriadeľ je utesnený prostredníctvom dvojitých radiálnych tesniacich krúžkov s olejovou bariérou.
Vzduchom chladené dúchadlá zo série HV pre vákuový rozsah od 200 do 10-3 mbar sú dostupné v 12 veľkostiach pre teoretické menovité sacie objemové prietoky od 180 do 97.000 m³/h (otáčky od 3.000 do 3.600 1/min.). Pritype konštrukcie GMa pracujú dúchadlá s vertikálnym smerom prúdenia, typ konštrukcie GLa s horizontálnym smerom prúdenia umožňuje obzvlášť kompaktný dizajn. Obidva typy konštrukcie sa používajú medzi inými aj v procesoch povlakovania, v chemickom a procesnom inžinierstve, v metalurgickom a baliarenskom priemysle, v centrálnych vákuových staniciach, v héliových kompresných systémoch a systémoch zisťovania úniku hélia, pri výrobe lámp, rúrok, solárneho zariadenia a v automobilovom priemysle. Pre špeciálne použitia sa môžupre vzduchom chladené, rozstrekovaním mazané dúchadlápoužívať aj špeciálne tesnenia a špeciálne varianty materiálov, napr. pre odlievané časti arotačné piesty. Vďaka svojmu štandardnému pohonu s typom motorov konštrukcie IE 3 pracujú dúchadlá s maximálne možnou energetickou účinnosťoua môžu sa používať aj na mnohých trhoch - medzi inými tiež v USA, v Kanade a Rusku. Okrem toho sú vhodné pre prevádzku s meničom frekvencie. Motory sú prírubou spojené priamo s dúchadlom. Špeciálne labyrintové tesnenie s rozstrekovacím piestovým krúžkom zabraňuje preniknutiu oleja z ložiskových komôr do dopravovacej komory. Okrem toho je použitá dostatočne rozmerovo dimenzovaná neutrálna komora s kondenzačnými kanálmi. Aby sa dosiahol vyšší čistiaci účinok, môže sa neutrálna komora preplachovať pomocou tesniaceho plynu. Jedinečná výhoda pre vákuové dúchadlá zo série HV je, že podľa požiadavky zákazníka môžu vyrábať aj v zmysle smernice ATEX 94/9/ES. Ponúkajú odolnosť voči tlaku pri výbuchu až do úrovne 13 bar, pracujú bez regulácie pomocou obtoku a sú jedinými vákuovými dúchadlami, ktoré sú schválené pre zónu 0 (internú) a externe pre teplotnú triedu T4. Pre zvýšenú bezpečnosť procesu je možné využiť možnosť monitorovania tlaku pod úrovňou 50 mbar.
Dúchadlá so zabudovaným motorom od spoločnosti AERZEN zo série CM (pre agresívne plyny) a HM (pre neutrálne plyny) sú vhodné pre nepretržitúprevádzku umožňujú dosiahnuť obzvlášť krátke časy čerpania a používajú sa v priemyselnej technológii vysokého vákua pre rozsah od 200 do 10-5 mbar. Tieto dúchadlá pracujú s hermetickým pohonom, keďže hnací hriadeľ je utesnený prostredníctvom integrovaného hermeticky uzavretého motora, bez kontaktu s atmosférou. Vďaka takmer dvakrát vyšším otáčkam od 6.000 až do 7.200 1/min. pri tej istej veľkosti,sú dosahovanéveľmi krátke čerpacie cykly, rádovo v sekundovom rozsahu, čo znamená pre prevádzkovateľa značné zrýchlenie výrobných postupov. Dokonca,aj pre ďalšie zvýšenie výkonu dúchadlovej zostavy do budúcna, je možné integrovať dve vratné dúchadlá a jedno dúchadlo s hermetickým pohonom, celá jednotka sa však stále vyznačujekompaktným dizajnom- špeciálna výhoda najmä pri kombinovaných systémoch s početnými čerpacími stanicami. K dispozíciisú dúchadlá s hermetickým pohonom, ktoré vyrobila spoločnosť AERZEN
Tieto systémy sa používajú pre vytváranie priemyselného vákua, napríklad v chemickom a procesnom inžinierstve, pri povlakovaní fólií a skla, pri odsávaní vodíka, v systémoch detekcie úniku hélia a v akýchkoľvek procesoch, kde musí byť bezpodmienečne zabránené vzniku netesností. Okrem toho pracujú tieto dúchadlá aj v polovodičovom priemysle, v mikroelektronike, pri výrobe plochých obrazoviek, v laserovej technológii a v solárnej technológii. Dúchadlá môžu pracovať so smerom prúdenia plynu v obidvoch smeroch - vertikálnom aj horizontálnom. Vďaka štandardnému chladeniu vodou, sú vhodné aj pre používanie vpodmienkach čistých miestností. Vynikajúca mechanická odolnosť(až do 230 mbar) znižuje dobu čerpania. Použitie meniča frekvencie umožňuje vysoký ovládací rozsah (1:5) a preto aj používanie dúchadiel menších veľkostí. Vďaka mnohým variantom motora pre rôzne napájacie siete, prerušované a neprerušované prevádzky sa vždy dá nájsť individuálne riešenie, dokonca aj pre špeciálne použitia.
Pre optimálny návrh dúchadlovejzostavy pre vytváranie vákua nie sú žiadne„škatuľkové“riešenia, ktoré sú ihneď dostupné, nakoľko výkonové parametre vratnéhodúchadla a dúchadla s rotačnýmipiestami sa musia vždy optimálne navzájom zosúladiť. Len potom môže dúchadlová zostava dosiahnuť parametre, ktoré požaduje prevádzkovateľ pri stanovenom prevádzkovom bode. Preto sa optimálne riešenie dá dosiahnuť len prostredníctvom intenzívnej komunikáciespoločnosti AERZEN, ako dodávateľa vákuového dúchadla, spolu s výrobcom dúchadlovej zostavy, ktorý si zakúpi vratné dúchadlo, alebo tiež vákuové dúchadlo od externých dodávateľov. S rozsiahlym softvérom prekontroluje AERZEN čerpaciu zostavu, ktorá pozostáva z vratnéhodúchadla a vákuového dúchadla AERZEN, ktoré navrhol alebo určil výrobca dúchadlovej zostavy. „Venujeme špeciálnu pozornosť tomu, aby sa zabránilo tepelne kritickým tlakovým rozsahom a aby sme poskytovali energeticky najlepšie pomery stupňovania. Pre AERZEN platí, „nielen že poskytujeme poradenstvo výrobcovi čerpacej dúchadlovej zostavy ohľadom používania procesného vákua, ale tiež ohľadom celkového dizajnu dúchadlovej zostavy.”
Autor: Norbert Barlmeyer, špecializovaný novinár pre technológiu stlačeného vzduchu, Bielefeld
