Ultimative Anleitung zur Auswahl und Berechnung von Vakuumpumpen

Vakuum

Theoretisch bedeutet Vakuum, dass sich keine Substanz innerhalb des Volumens befindet. (In der Realität gibt es kein echtes Vakuum.) Normalerweise wird jeder Gasdruck im Inneren eines Behälters, der niedriger als der normale Atmosphärendruck (101325 Pa) ist, als Vakuumzustand bezeichnet.

Vakuum-Grad

Der Vakuumgrad gibt den Grad der Gasarmut unter Vakuumbedingungen an und wird in der Regel in Form von Druckwerten ausgedrückt.

In der Praxis gibt es zwei Arten von Vakuumgraden: absolutes Vakuum und relatives Vakuum. Der am Vakuummeter abgelesene Wert wird als Vakuumgrad bezeichnet.

Der Wert des Vakuumgrades stellt den tatsächlichen Systemdruckwert dar, der niedriger ist als der atmosphärische Druckwert, und der auf dem Manometer angezeigte Wert wird auch als Überdruck bezeichnet.

In der Industrie wird er auch als relativer Enddruck bezeichnet, d. h. Vakuumgrad = Atmosphärendruck - Absolutdruck (der Atmosphärendruck wird im Allgemeinen mit 101325 Pa angenommen, der absolute Enddruck der Wasserring-Vakuumpumpe beträgt 3300 Pa und der absolute Enddruck der Drehschieber-Vakuumpumpe liegt bei etwa 10 Pa).

Ultimativer Relativdruck

Der Relativdruck bezieht sich auf den Grad der Gasarmut innerhalb eines Behälters im Vergleich zum atmosphärischen Druck. Er stellt den tatsächlichen Systemdruckwert dar, der niedriger ist als der Atmosphärendruckwert.

Da die Luft im Inneren des Behälters abgepumpt wird, ist der Innendruck immer niedriger als der Außendruck.

Daher muss bei der Verwendung des relativen Drucks oder des Überdrucks zur Darstellung des Drucks ein negatives Vorzeichen vorangestellt werden, um anzuzeigen, dass der Innendruck des Behälters niedriger ist als der Außendruck.

Ultimativer absoluter Druck

Der absolute Enddruck ist die Differenz zwischen dem absoluten Druck im Inneren eines Behälters und dem theoretischen Vakuumdruck (der einen Druckwert von 0 Pa hat).

Aufgrund technischer Beschränkungen ist es nicht möglich, den Innendruck eines Behälters auf den absoluten Vakuumwert von 0 Pa abzupumpen.

Daher ist der von einer Vakuumpumpe erreichte Vakuumwert immer höher als der theoretische Vakuumwert. Bei der Verwendung des absoluten Vakuums zur Angabe dieses Wertes ist ein negatives Vorzeichen nicht erforderlich.

Wenn zum Beispiel der Vakuumgrad eines Geräts mit 0,098 MPa angegeben ist, beträgt er in Wirklichkeit -0,098 MPa.

Pumpleistung

Das Saugvermögen ist ein Maß für das Saugvermögen einer Vakuumpumpe und wird in der Regel in Einheiten von L/s und m³/h angegeben.

Sie gleicht die Leckagerate des Systems aus. Es ist leicht zu verstehen, warum eine Vakuumpumpe mit hohem Saugvermögen den gewünschten Vakuumgrad leicht erreichen kann, während eine Vakuumpumpe mit niedrigem Saugvermögen langsam oder gar nicht in der Lage sein kann, den gewünschten Vakuumgrad zu erreichen, wenn sie das gleiche Volumen an Behältern pumpt.

Das liegt daran, dass die Rohrleitung oder der Behälter ein Austreten von Gas nicht vollständig verhindern kann und die hohe Pumpleistung den durch Leckagen verursachten Vakuumabfall ausgleicht.

Daher kann eine Vakuumpumpe mit hoher Pumpleistung leicht den idealen Vakuumgrad erreichen.

Es wird empfohlen, bei der Berechnung des theoretischen Saugvermögens nach Möglichkeit eine Vakuumpumpe mit einem höheren Saugvermögen zu wählen. Die Formel für die Berechnung des Saugvermögens wird im Folgenden vorgestellt.

Die Umrechnungsmethoden zwischen Pa, KPa, MPa, mbar, bar, mmH2O, Psi sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Umrechnungstabelle für häufig verwendete Druckeinheiten in Laboratorien

Auswahl von Vakuumpumpen

1. Der erforderliche Vakuumgrad für den Prozess

Der Arbeitsdruck der Vakuumpumpe sollte den Anforderungen des Prozesses entsprechen, und der gewählte Vakuumgrad sollte eine halbe bis eine Größenordnung höher sein als der der Vakuumausrüstung. (Wenn z. B. der erforderliche Vakuumgrad bei absolutem Druck 100 Pa beträgt, sollte der Vakuumgrad der ausgewählten Vakuumpumpe mindestens 50-10 Pa betragen).

Wenn der erforderliche Absolutdruck höher als 3300 Pa ist, sollte eine Wasserring-Vakuumpumpe als Vakuumgerät bevorzugt werden. Liegt der erforderliche Absolutdruck unter 3300 Pa, sollte eine Drehschieber-Vakuumpumpe oder eine Vakuumpumpe mit höherem Vakuumniveau als Vakuumerzeuger gewählt werden.

2. Die erforderliche Pumpleistung für den Prozess

Die Vakuumpumpe benötigt ein Saugvermögen (d. h. die Fähigkeit der Vakuumpumpe, Gas, Flüssigkeiten und feste Stoffe unter ihrem Arbeitsdruck zu fördern), das üblicherweise in den Einheiten m³/h, L/s und m³/min angegeben wird.

Die spezifische Berechnungsmethode kann auf der Grundlage der folgenden Formel für die Auswahl berechnet werden. Natürlich ist die Auswahl von Vakuumpumpen ein umfassender Prozess, in den Erfahrungen und andere Faktoren einfließen.

S=(V/t)×ln(P1/P2)

• S - Saugvermögen der Vakuumpumpe (in L/s).
• V - das Volumen der Vakuumkammer (in L).
• t - die Zeit, die erforderlich ist, um den gewünschten Vakuumgrad zu erreichen (in s).
• P1 - der Anfangsdruck (in Pa).
• P2 - der erforderliche Druck (in Pa).

3. Bestimmung der Zusammensetzung des gepumpten Objekts

Zunächst muss festgestellt werden, ob es sich bei dem zu fördernden Objekt um Gas, Flüssigkeit oder Partikel handelt.

Enthält das gepumpte Gas Verunreinigungen wie Wasserdampf oder eine geringe Menge an Partikeln und Staub, sollte eine Drehschieber-Vakuumpumpe mit Bedacht ausgewählt werden.

Wenn ein hoher Vakuumgrad erforderlich ist, sollte vor dem Einsatz einer Drehschieber-Vakuumpumpe eine Filtervorrichtung hinzugefügt werden, um Verunreinigungen herauszufiltern.

Zweitens ist es wichtig zu wissen, ob das gepumpte Objekt korrosiv ist (sauer oder alkalisch, wie hoch ist der pH-Wert?). Wenn das Gas korrosive Faktoren wie Säuren und Basen oder organische Korrosion enthält, sollte es vor der Auswahl einer Drehschieber-Vakuumpumpe gefiltert oder neutralisiert werden.

Drittens ist zu bedenken, ob das gepumpte Objekt Gummi- oder Ölprodukte verunreinigen kann. Für verschiedene gepumpte Medien sollten unterschiedliche Vakuumgeräte gewählt werden. Wenn das Gas eine große Menge an Dämpfen, Partikeln und korrosiven Gasen enthält, sollte ein geeignetes Zusatzgerät an der Einlassleitung der Pumpe installiert werden, z. B. ein Kondensator, Filter usw. (wenden Sie sich an unser technisches Personal).

Viertens: Überlegen Sie, ob Lärm, Vibrationen und Aussehen der Vakuumpumpe Auswirkungen auf den Betrieb haben.

Fünftens, wie das Sprichwort sagt, bekommt man das, wofür man bezahlt. Beim Kauf einer Vakuumpumpe oder eines Vakuumgeräts sollten die Qualität des Geräts, die Transportkosten sowie die Wartungs- und Instandhaltungskosten im Vordergrund stehen.

Pumpendrehzahl und Konfiguration des Vakuumsystems

Verschiedene Vakuumsysteme erfordern unterschiedliche Vakuumniveaus. Daher muss ein Satz von Vakuumeinheiten verwendet werden, um den Prozess zu vervollständigen, indem Vakuumpumpen, die in verschiedenen Druckbereichen arbeiten, in Reihe geschaltet werden.

Die Hochvakuumpumpe erreicht den erforderlichen Vakuumgrad des Systems, während die Niedervakuumpumpe direkt in die Atmosphäre entlüftet.

Das einfachste Vakuumaggregat ist natürlich eine direkt entlüftende Vakuumpumpe. Für ein Hochvakuumsystem ist jedoch in der Regel ein dreistufiges Aggregat erforderlich, für ein Mittelvakuumsystem in der Regel ein zweistufiges Aggregat.

Es ist schwierig, eine effektive Hochvakuumeinheit mit nur einer Hochvakuumpumpe und einer Niedervakuumpumpe zu schaffen. Hierfür gibt es mehrere Gründe.

Ein Grund dafür ist die Kontinuität des Flusses.

Bei Hochvakuumpumpen ist der Druck, dem sie in der Vorstufe standhalten können, begrenzt. Wenn der Druck in der Vorstufe höher ist als ein bestimmter Druck, kann die Pumpe nicht richtig arbeiten.

Wenn die Vorstufenpumpe diesen kritischen Druck erreicht, kann das Saugvermögen abnehmen, so dass der Abgasdurchsatz der Vorstufenpumpe geringer ist als der der Hauptpumpe, wodurch die Anforderung an die Kontinuität des Durchflusses nicht erfüllt wird und das Vakuumaggregat unweigerlich nicht ordnungsgemäß funktioniert.

Wenn jedoch eine Mittelvakuumpumpe zwischen die Hoch- und die Niedervakuumpumpe geschaltet wird, kann sie die Lücke überbrücken und die Kontinuität des Durchflusses sicherstellen, so dass alle Pumpen in ihrem optimalen Zustand arbeiten können. Wälzkolbenpumpen können im mittleren Vakuumbereich arbeiten und sind am besten geeignet, weshalb sie auch Wälzkolbenpumpen genannt werden.

Aufgrund ihres niedrigen Verdichtungsverhältnisses kann sie in einem Bereich von einigen Pa bis zu mehreren hundert Pa angeschlossen werden. Wenn ein dreistufiges Hochvakuumaggregat ein höheres Vakuumniveau erreicht, ist nur noch eine kleine Vorpumpe erforderlich, um die Kontinuität des Pumpvorgangs aufrechtzuerhalten, da der Abgasdurchsatz der Hauptpumpe deutlich abnimmt. Diese Methode wird in der Praxis häufig angewandt, da sie den Energieverbrauch der Anlage senken kann.

Ein weiterer Grund, warum für eine Hochvakuumanlage oft eine dreistufige Anlage erforderlich ist, ist die Begrenzung des Saugdrucks der Hochvakuumpumpe. Die Pumpe hat einen Anfangsarbeitsdruck, und herkömmliche Hochvakuumpumpen liegen im Bereich von mehreren Pa. Daher muss die Vorstufenpumpe auf diesen Druck vorpumpen, bevor die Hauptpumpe ihre Arbeit aufnehmen kann.

Die Vorstufenpumpe, die direkt in die Atmosphäre entlüftet, braucht jedoch oft sehr lange, um auf diesen Druck zu pumpen, da mit abnehmendem Druck auch das Saugvermögen der Pumpe abnimmt. Vor allem bei Vakuumsystemen mit periodischen Pumpvorgängen ist die Zeit, die zum Erreichen des Arbeitsvakuums benötigt wird, wichtig.

Je länger die Vorpumpzeit ist, desto länger dauert es, bis der Arbeitsdruck erreicht ist. Durch den Einsatz einer mittleren Vakuumpumpe in Kombination mit einer Niedrigvakuumpumpe kann der Druck, bei dem die Hauptpumpe arbeiten kann, in kürzerer Zeit erreicht werden, wodurch die Effizienz der Ausrüstung gewährleistet werden kann.

Sowohl Wälzkolbenpumpen als auch Öl-Verstärkerpumpen können als Mittelvakuumpumpen eingesetzt werden. Molekulare Druckerhöhungspumpen haben ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis, wodurch sie ein sauberes Vakuum und eine hervorragende Hochvakuumleistung erzielen.

Außerdem haben sie ein superstarkes Saugvermögen im mittleren Vakuumbereich. Damit ist die Molekularpumpe derzeit die einzige Vakuumpumpe, die ein mittleres und ein hohes Saugvermögen kombiniert. Daher kann sie mit einer Niedervakuumpumpe kombiniert werden, um eine Hochvakuumeinheit zu bilden, deren Leistung mit der einer dreistufigen Einheit vergleichbar ist.

Aufgrund der hohen Lebensdauer von Molekularpumpen kann die Vorpumpe leicht in einen Zustand mit hohem Durchfluss versetzt werden, und der hohe Ansaugdruck der Molekularpumpe reduziert die Vorpumpenlast der Vorpumpe.

Molekulare Druckerhöhungspumpen können im Bereich von 100-50Pa arbeiten, und die Vorstufenpumpe von der Atmosphäre bis zu diesem Druck folgt im Wesentlichen der Regel, dass der Druck bei jedem Durchgang um eine Größenordnung sinkt. Daher kann das Gerät eine hohe Pumpeneffizienz haben.

Die Vereinfachung von Hochvakuumanlagen und der Verzicht auf Wälzkolbenpumpen ist ein weiterer Vorteil der molekularen Boosterpumpen. Bei größeren Hochvakuum-Anlagen kann die Vorpumpleistung der Vorstufenpumpe entsprechend verstärkt werden, um die Pumpzeit weiter zu verkürzen.

Da die Vorpumpzeit viel kürzer ist als der gesamte Absaugvorgang, kann die Vorstufenpumpe auch als Vorpumpfunktion für mehrere Geräte verwendet werden, was oft sehr praktisch ist. Dies vereinfacht die Vakuumeinheit für große Anwendungen erheblich.

Bei einigen Anwendungen mit mittlerem Vakuum ist es notwendig, in den Bereich von 10-1Pa vorzudringen, was mit einem zweistufigen Wälzkolbenpumpenaggregat oft schwierig zu erreichen ist.

Mit einem dreistufigen, in Reihe geschalteten Wälzkolbenpumpenaggregat kann das Vakuumniveau jedoch um eine Größenordnung auf 10-1Pa erhöht werden. Daher werden dreistufige Aggregate auch häufig bei Anwendungen im mittleren Vakuum eingesetzt.

Da Molekularpumpen bereits bei 10-1Pa ihr volles Saugvermögen erreichen, können sie auch zweistufige Wälzkolbenpumpen in einem dreistufigen Mittelvakuumsystem ersetzen.

Im Allgemeinen können Wälzkolbenpumpen, die kontinuierlich im unteren Druckbereich des mittleren Vakuums arbeiten, vollständig durch molekulare Druckerhöhungspumpen ersetzt werden.

Umgekehrt sollten Wälzkolbenpumpen, die kontinuierlich im oberen Druckbereich des mittleren Vakuums arbeiten, relativ gering sein, da Vorstufenpumpen in diesem Druckbereich oft ein starkes Saugvermögen haben.