Cursus Vacuümtechniek 1 · Cursus Vacuümtechniek 4 Vacuümpompen Í transportpompen opslagpompen verdringings-pompen impulsoverdracht-pompen …

Cursus Vacuümtechniek 1

Cursus Vacuümtechniek

Week 8Rotatiepompen


Voorbeeld vacuümopstelling (vacuümoven)


Principe van een pomp

Vermogen pomp

P

V,m,S,q

p

pa"

pa

pv


Vacuümpompen

transportpompen opslagpompen

verdringings-pompen

impulsoverdracht-pompen

membraanpomp

sorptiepompen

kryopompen

getterpompen

draaischuifpomp

vloeistofringpomp

klauwpomp

Rootspomp

diffusiepomp

turbomoleculairpomp

getterionenpompen


Natte rotatiepompenvloeistofringpompdraaischuifpompschottenpompdraaizuigerpomp

Oscillatiepompenzuigerpompmembraanpomp

Droge rotatiepompendroge schottenpompscrollpompklauwpompslotpompschroefpomprootspomp

VloeistofstraalpompenDampstroompompen

stoomstraalpompboosterpompdiffusiepomp

Moleculairpompenturbomoleculairpompmoleculaire dragpomphybride moleculairpomp

Sorptiepompengeactiveerd koolsilica-gelzeolieten

(aluminiumsilicaat)titanium/barium

Getter-ionenpompenverstuivingsgetterionenpompverdampingsgetterionenpom

pionenbaffle

Kryogeenpompenkryopomp

Tran

spor

tpom

pen O

pslagpompen

Overzicht vacuumpompen


Fundamentele grootheden bij transportpompen

Grootheid symbool definitie SI-eenheid formuledruk p - Pa = N.m-2 -

pompsnelheid S Volumestroomweggehaald doorde pomp uitrecipiënt bij deheersende druk

m3.s-1 S = V/t

capaciteit Q Hoeveelheid gasdat pertijdseenheid deinlaat van depomp passeert

Pa.m3.s-1 Q = p*S

massastroom m metpunt

De massa diedoor de pompgetransporteerdwordt pertijdseenheid

kg.s-1RT

MQm ∗=

• 3600

•

m


Vloeistofringpomp


Opdracht 1• Maak opgave 44 (L)


Draaischuifpomp

• In een cylindrische ruimte draait een excentrischexcentrisch geplaatste rotorrotormet een nauwe passing langs één cylinderzijde.

• In de rotor zijn in spleten twee of meer naar buiten verende schuivenschuiven ondergebracht, die tegen de cylinderwand worden gedrukt.

• Er zijn éééénn- en meertrapsmeertraps uitvoeringen.


Draaischuifpomp

Met dank aan Busch b.v.Olie-inlaat


Draaischuifpomp: zonder gasballastDraaischuifpomp: zonder gasballast

1: schuif2:2: vacuvacuüümgedeeltemgedeelte3: oliereservoir

4: vacuüminlaat5: uitlaat naarnaar

buitenlucht6: uitlaat naar

pomphuis7: afsluiter en

beluchting pomp

8: filter 9: olieleiding 10: doorlaat


Draaischuifpomp


Pompsnelheidskrommes draaischuifpomp

18 to 900 cfm =

30 to 1500 m3/hr


Opdracht 2• Maak opgave 45 (L)


Draaischuifpomp: gasballastGasbalast:lucht toevoeren alsverbinding metvacuum afgesloten is

Oliecirculatie


Uitleg gasballastAanname: compressieverhouding pomp = K = V/v = 106

v V

v + B

Gasballast, zie figuur:extra buitenlucht in laten,zodat veel eerder de uitblaas-druk wordt bereikt, v wordt dan:v + B K = V/(v + B) ≅ V/B

Aanname: Bmax = 0,1V

Dus dan is K = 10

Voor de veiligheid stelt men: Kxpd = 80% x pverz

De toelaatbare dampdruk is dan: verzd pK

p ××=18,0max,

Voor K = 10 wordt dit: pd,max = 0,08 x pverz


Rekenvoorbeeld gasballastWaterdamp-lucht mengsel van 3 : 10

Uitlaatklep opent bij 1300 mbar

Aanname: compressieverhouding pomp = K = V/v = 106

pmin = 1300 : 106 = = 1,3x10-3 mbar

pdamp = 3x10-4 mbar

Na compressie (x106) zou deze worden: 300 mbar

Maar bij 60 0C is pverz = 200 mbar, dus condensatiecondensatie

Opm.: bij een pomptemperatuurvan 20 0C is dit nog erger:pverz = 22,5 mbar;bij een pomptemperatuur van80 0C gaat het goed: pverz = 450 mbar


Belangrijke punten• Met koudekoude pomp geen damp verpompengeen damp verpompen, zelfs niet met volledig

geopende gasballast; eerst pomp op temperatuur laten komen (minimaal 70 0C)

• bij veel damp: condensordamp: condensor gebruiken, of smoorklepsmoorklep in aanzuigleiding

• per m3 verpompt gas verdwijnt 2 2 -- 5 gram olie5 gram olie: naar olienevelafscheider

• bij lange aanzuigleidinglange aanzuigleiding kan er al condensatiecondensatie in de leiding optreden: gasballast helpt dan nietgasballast helpt dan niet

• bij tweetrapspomptweetrapspomp kan de eindrukeindruk zo laag liggen dat het moleculaire gebied bereikt wordt: oliedamp richting recipiënt: gebruik absorptievalabsorptieval

•• explosief mengsel bij gasballast met luchtexplosief mengsel bij gasballast met lucht ? Dan met stikstof stikstof gasballastengasballasten


Opdracht 3• Maak opgave 49 (4.3)


RUVAC RA, 50 Hz (Leybold)


Rootspomp RUVAC (Leybold)


RUVAC 500 F en 2000 F


Werking van de Rootspomp

1. gas met de inlaatdruk pastroomt de pomp binnen

2. het volume V wordt afgezonderd

3. V is geheel afgezonderd4. V maakt contact met de

uitlaatzijde waar een hogere druk pv heerst; op dit moment wordt het gas in V gecomprimeerd.


Compressieverhouding Rootspomp


Pompsnelheidscurves Rootspomp• De lage compressie van een Rootspomp maakt dat we niet kunnen

spreken van de pompsnelheidskarakteristiek van een Rootspomp. De in een specieke situatie geldende pompsnelheidscurve wordt in belangrijke mate bepaald door de kwaliteit van de gebruikte voorvacuümpomp.

Curves 6 t/m 10 - Rootspomp met de voorvacuümpompen 1 t/m 5

• Curve 1 - waterringpomp, • curve 2 - waterringpomp met

gasstraler• curve 3 - eentraps draaischuifpomp

met geopend gasballastventiel• curve 4 - waterringpomp met

gasstraler en extra Rootspomp• curve 5 - eentraps draaischuifpomp

met gesloten gasballastventiel


Teruglek in Rootspomp1. Teruglek via gasgeleiding:1. Teruglek via gasgeleiding:• Als gevolg van het drukverschil over de pomp lekt gas van de uitlaat-

naar de inlaatzijde terug via de spleten tussen de rotoren onderling en tussen de rotoren en het pomphuis.

2. Teruglek via spleetcompressie:2. Teruglek via spleetcompressie:• Bij de overgang van situatie 2 naar 3 in sheet 14 wordt de wigvormige

ruimte tussen de rotoren aan de uitlaatzijde zeer snel verkleind. De zich hier bevindende gasmoleculen krijgen niet voldoende tijd om normaal naar de voor-vacuümzijde af te stromen. Het gas wordt in de spleet tussen de rotoren gecomprimeerd en `meegesleept'. Bij verder draaien van de rotoren expandeert deze meegesleepte gashoeveelheid weer in de inlaatruimte.


*Opdracht 4*• Maak opgave 4.2*


Droge rotatiepompen• de droge schottenpomp• IPX-pomp (Bocedwards)• de scrollpomp• de klauwpomp• de slotpomp• de schroefpomp


Droge schottenpomp (eentraps)

1 - inlaatopening2 - pompruimtes tussen de schotten3 - uitlaatopening


Droge pomp (IPX)

Met dank aan Met dank aan


Droge pomp (IPX)M

et d

ank

aan

Met

dan

k aa

n


Droge pomp (IPX)M

et d

ank

aan

Met

dan

k aa

n


Werking IPX-pompMet dank aan Met dank aan


Werking IPX-pomp



IPX-pomp



Pompsnelheidscurve IPX-pomp



Werking scrollpomp


Belangrijke punten (vervolg)• Agressieve gassen verpompen, die in combinatie met water

metaal van pomp kunnen aantasten:– bij gasballast geen lucht toevoeren, maar

droge stikstof– automatische terugslagklep in uitlaatleiding of

(bij moderne pompen) extra opening op pomphuis waar een constante externe gasstroom op aangesloten kan worden

• gassen afpompen die olie chemisch kunnen aantasten: filter noodzakelijk

• toch damp gecondenseerd, dan pomp enige uren met gesloten uitlaat en geopende gasballast laten draaien


Rootspomp

• In een volume met twee halfronde cylindrische wanden draaien met nauwkeurige passing (ca 0,05 mm) een paar 8-vormige rotoren snel tegen elkaar in.

• Rootspompen worden gecombineerd met rotatiepompen of vloeistofringpompen en kunnen zo het volumedebiet als het eindvacuüm aanzienlijk verhogen.


Schroefpomp Cobra

Met dank aan Busch b.v.


Schroefpomp Cobra


Pompsnelheidskrommes Cobra


Klauwpomp (4-traps)


Pompsnelheidskrommes klauwpomp


Klauwenpomp

einddruk:10-2 mbar

capaciteit:100 m3.h-1

vanaf 1 atmte gebruiken

bijzonderheid:doorgeefvolumedaardoor 2xexpansie:

K =(V/v)2


Klauwpomp met isochore compressie1. rotoren2. inlaat- opening3. extra opening voor

inlaat van gekoeld gas4. te comprimeren

volume V (vgl. dia 11stand 1)

5. uitlaatopening6. inlaatruimte7. condensor


Werking klauwpomp


Uitleg klauwenpomp: aanzuigfase


Uitleg klauwenpomp: compressiefase


Uitleg klauwenpomp• Door het draaien van de beide rotoren wordt in de

stand 1 van sheet 7 het volume v in verbinding gebracht met de inlaatopening, waarna het zich vergroot.

• In de stand 2 komt ook de uitlaatopening vrij.• Op het moment 3 worden beide openingen

afgesloten. Het inlaatvolume heeft zich dan vergroot tot het zgn. slagvolume V . Tot op dit moment is de druk in V gelijk aan de inlaatdruk pi. Bij iets verder draaien zal echterde afdichting tussen de rotoren worden verbroken en het kleine restvolume v op eenuitlaatdruk pu als een 'doorgeefvolume' van links naar rechts expanderen in V .


Uitleg klauwenpomp• Bij verder doordraaien ontstaat de situatie 4, waarbij

in de geheel communicerende en naar buiten afgesloten ruimte V + v een tussentijdse druk ptheerst als gevolg van het mixenvan de gashoeveelheden piV en pu v.

• Bij de stand 5 begint voor het volume V decompressiefase.

• Op het moment 6 is het compressievolume reeds kleiner geworden en komt de uitlaatopening vrij,

• terwijl in de stand 7 de uitlaatopening alweer afgesloten is.

• Bij verdere rotatie zal het doorgeefvolume weer expanderen en keren we via de communicerende fase 8 terug naar de stand 1.


Overzicht transportpompen

A membraanpompB VloeistofringpompC draaischuifpompD RootspompE dampstraalpompF BoosterpompG diffusiepompH turbomoleculairpompI dragpomp

105

102

10-1

10-4

10-7

p [P

a]

E

A

D

B

C

F

H

I

G


Overzicht werkdruk vacuümpompen

Documents

Cursus Vacuümtechniek 1 · Cursus Vacuümtechniek 4 Vacuümpompen Í transportpompen opslagpompen verdringings-pompen impulsoverdracht-pompen …