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Technologie für trocken laufende Schrauben-Vakuumpumpen

Funktionsweise von trocken laufenden Schrauben-Vakuumpumpen

Trockenlaufende Vakuumpumpen – insbesondere Schraubenpumpen mit variabler Steigung bieten deutliche und messbare Vorteile für viele Anwendungen. Eine korrekt ausgelegte trockenlaufende Schrauben-Vakuumpumpe stellt eine sichere, zuverlässige und kosteneffektive Lösung dar.

Sie erfordern weder Wasser noch Öl für die Abdichtung oder Schmierung in den Vakuumstufen. Folglich erzeugen diese kein Abwasser, sodass keine Kosten für die Aufbereitung entstehen und Umweltverschmutzung vermieden wird.

Betrieb von trocken laufenden Schrauben-Vakuumpumpen

Dry Screw Vacuum Pump Operating Principles

Eine trockenlaufende Schrauben-Vakuumpumpe besteht aus zwei parallel angeordneten, ineinandergreifenden kontaktfreien Schraubenrotoren (1) und (2), die sich über ein Präzisionsgetriebe (3) synchron mit hoher Drehzahl drehen. Sie drehen sich in die entgegengesetzte Richtung, wobei am Einlass (5) eine bestimmte Menge Gas gefangen und zum Auslassstutzen (6) und in den Auslasskanal (7) transportiert wird. Die Statorwände (9) und die besondere Form der ineinandergreifenden Schrauben bilden Druckkammern (4), die das Gas fördern.
Durch den geringen Abstand zwischen den Schrauben und dem Stator sowie den geringen Abstand zwischen den ineinandergreifenden Schrauben selbst, ist die Rückströmung im Vergleich zur durch die Schraubenkammern generierten Vorwärtsströmung gering.
Die Rückströmung der geförderten Gase wird durch die Länge der Dichtflächen (d. h. die Anzahl an Spiralen und deren geringer Abstand zum Stator) verhindert.
Das Endvakuum von Schraubenpumpen kann unter 0,01 mbar (abs.) liegen.
Die variable Steigung sorgt für zusätzliche Kompression. Dadurch wird die Wärmeentwicklung über die gesamte Länge der Rotoren gleichmäßig verteilt. Bei Modellen mit fester Steigung generiert die letzte halbe Umdrehung eine höhere Kompression als mit Kompressionsplatte oder Ventil. Dadurch ist die Wärmeentwicklung in der Nähe des Auslasses höher. Der Energieeintrag einer trockenlaufenden Vakuumpumpe erhöht die Gastemperatur, sodass Kondensation vermieden wird, bleibt allerdings unterhalb der kritischen Temperatur einer Selbstentzündung oder Polymerisation. Progressiv höhere Gastemperaturen in der Nähe des Auslasses bei Pumpen mit variabler Steigung tragen stark dazu bei, die Kondensation der geförderten Dämpfe zu verhindern. Schraubenpumpen mit variabler Steigung nutzen Leistung effizienter als solche mit fester Steigung.
Die Kühlung erfolgt über den Kühlmantel (8). Die Vakuumpumpen können für die direkte oder indirekte Kühlung mit einem geschlossenen Sekundärkreislauf konfiguriert werden. Die indirekte Kühlung bringt Vorteile, da das Netz-Kühlwasser der Anlage nicht in Kontakt mit dem Pumpenmantel kommt und somit bei Kühlwasser schlechter Qualität eine Verschlammung oder Korrosion vermieden wird.
Die Vakuumpumpe besitzt einen Anschluss (10) für Gasballast. Bei Bedarf kann hier Stickstoff hinzugegeben werden um die Aufwärmphase einer kalten Pumpe zu beschleunigen oder die Trocknung einer nassen Pumpe zu unterstützen. Brennbare Gase werden durch die Zugabe von Stickstoff verdünnt. Der Gasballast hilft zudem Feststoffe aus der Vakuumpumpe zu befördern.

Animation einer trockenlaufenden Schrauben-Vakuumpumpe in Aktion

Temperaturmanagement bei trocken laufenden Schrauben-Vakuumpumpen

Besonders bei Anwendungen in der Chemie ist ein gutes Temperaturmanagement für den zuverlässigen Betrieb trockenlaufender Schrauben-Vakuumpumpen essenziell.

Vakuumpumpen, welche bei einer zu tiefen Temperatur betrieben werden, fördern Kondensation von gegebenenfalls aggressiven Dämpfen, was zu Korrosion, zur Verdünnung der Schmierstoffe und einem Anschwellen der Dichtungen führen kann.

Sind andererseits die Betriebstemperaturen der Vakuumpumpe zu hoch, können unerwünschte Reaktionen wie Polymerisation oder sogar Selbstentzündung die Folge sein. Außerdem führen die hohen Temperaturen gegebenenfalls zu Lagerschäden oder gar einem festsitzen der Rotoren. Die Gefahr einer Korrosion durch Kondensation von Gasen lässt sich zwar mit einer Beschichtung reduzieren, jedoch ist diese in vielen Fällen alleine nicht ausreichend. Beschichtungen können Pumpen während der Lagerung bis zum Einbau und der Inbetriebnahme gut schützen. Bei in der chemischen Industrie üblichen Betriebstemperaturen und Vakuumniveaus ist die Schutzwirkung jedoch hier meist schon zu Ende.

Der entscheidende Faktor ist, dass die Prozessdämpfe im gasförmigen Aggregatszustand [grüner Bereich in der unteren Abbildung] gehalten werden. Deshalb ist die Temperaturregelung der Vakuumpumpe, bzw. Durchflussregelung des Kühlmittels, oder das Spülen mit Stickstoff zur Verschiebung des Taupunktes und auch der Einsatz eines Kondensators am Pumpeneintritt von entscheidender Bedeutung.

Um die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen, kann die Vakuumpumpe mit weiteren Funktionen ausgestattet werden. Zum Beispiel kann eine Spülung mit Lösungsmittel zum Reinigen der Pumpe, oder ein Abscheider, bzw. Filter am Eintritt der Vakuumpumpe zur Vermeidung von Verunreinigungen integriert werden.

Thermal Management in Dry Screw Vacuum Pumps

Ölfreies Vakuum für Industrieanwendungen

Trockenlaufende Schrauben-Vakuumpumpen von NASH sind bemerkenswert einfach, und dennoch leistungsstark, zuverlässig und hoch effizient. Die trockenlaufende und berührungslose Technologie benötigt keine Schmierung in der Pumpenkammer. Daraus ergeben sich große Vorteile, wie z.B.: keine Verunreinigung der Prozesse und keine Verschmutzung durch den Pumpenbetrieb. Die trocken Vakuumpumpen von Nash können aufgrund des öl- und kontaktfreien Konzepts sicher und zuverlässig mit aggressiven, organischen und anorganischen Medien und Lösungsmitteln eingesetzt werden. Beispiele für typische Anwendungen

• Destillation (normal, kurzer Weg und molekular)

• Trocknen (Filter-, Gefrier- und Transformatortrocknung)

• Verdampfung

• Filtration

• Verfahrenstechnik (zentrale oder allgemeine Vakuumbereitstellung, Versuchsanlagen)

• Reaktorwartung

• Rückgewinnung von Lösungsmitteln (Kraftstoffdampf)

• Sterilisation (Ethylenoxid)

• Problemgase (entzündlicheund aggressive Gase und Wasserstoff)

• Förderung