Cursus Vacuümtechniek Week 8 Rotatiepompen

Transcriptie

1 Cursus Vacuümtechniek Week 8 Rotatiepompen Cursus Vacuümtechniek 1

2 Voorbeeld vacuümopstelling (vacuümoven) Cursus Vacuümtechniek 2

3 Principe van een pomp V,m,S,q p P p v p a " p a Vermogen pomp Cursus Vacuümtechniek 3

4 Vacuümpompen transportpompen opslagpompen membraanpomp draaischuifpomp vloeistofringpomp klauwpomp Rootspomp verdringingspompen impulsoverdrachtpompen diffusiepomp turbomoleculairpomp sorptiepompen kryopompen getterpompen getterionenpompen Cursus Vacuümtechniek 4

5 Transportpompen Overzicht vacuumpompen Natte rotatiepompen vloeistofringpomp draaischuifpomp schottenpomp draaizuigerpomp Oscillatiepompen zuigerpomp membraanpomp Droge rotatiepompen droge schottenpomp scrollpomp klauwpomp slotpomp schroefpomp rootspomp Vloeistofstraalpompen Dampstroompompen stoomstraalpomp boosterpomp diffusiepomp Moleculairpompen turbomoleculairpomp moleculaire dragpomp hybride moleculairpomp Sorptiepompen geactiveerd kool silica-gel zeolieten (aluminiumsilicaat) titanium/barium Getter-ionenpompen verstuivingsgetterionenpomp verdampingsgetterionenpom p ionenbaffle Kryogeenpompen kryopomp Cursus Vacuümtechniek 5 Opslagpompen

6 Fundamentele grootheden bij transportpompen Grootheid symbool definitie SI-eenheid formule druk p - Pa = N.m -2 - pompsnelheid S Volumestroom weggehaald door m 3.s -1 S = V/t de pomp uit recipiënt bij de heersende druk capaciteit Q Hoeveelheid gas dat per tijdseenheid de inlaat van de pomp passeert Pa.m 3.s -1 Q = p*s massastroom m met punt m De massa die door de pomp getransporteerd wordt per tijdseenheid kg.s MQ m = RT Cursus Vacuümtechniek 6

7 Vloeistofringpomp Cursus Vacuümtechniek 7

8 Opdracht 1 Maak opgave 44 (L) Cursus Vacuümtechniek 8

9 Draaischuifpomp In een cylindrische ruimte draait een excentrisch geplaatste rotor met een nauwe passing langs één cylinderzijde. In de rotor zijn in spleten twee of meer naar buiten verende schuiven ondergebracht, die tegen de cylinderwand worden gedrukt. Er zijn één- en meertraps uitvoeringen. Cursus Vacuümtechniek 9

10 Draaischuifpomp Olie-inlaat Met dank aan Busch b.v. Cursus Vacuümtechniek 10

11 Draaischuifpomp: zonder gasballast 8: filter 9: olieleiding 10: doorlaat 1: schuif 2: vacuümgedeelte 3: oliereservoir 4: vacuüminlaat 5: uitlaat naar buitenlucht 6: uitlaat naar pomphuis 7: afsluiter en beluchting pomp Cursus Vacuümtechniek 11

12 Draaischuifpomp Cursus Vacuümtechniek 12

13 Pompsnelheidskrommes draaischuifpomp 18 to 900 cfm = 30 to 1500 m 3 /hr Cursus Vacuümtechniek 13

14 Opdracht 2 Maak opgave 45 (L) Cursus Vacuümtechniek 14

15 Draaischuifpomp: gasballast Gasbalast: lucht toevoeren als verbinding met vacuum afgesloten is Oliecirculatie Cursus Vacuümtechniek 15

16 Uitleg gasballast Aanname: compressieverhouding pomp = K = V/v = 10 6 Gasballast, zie figuur: extra buitenlucht in laten, zodat veel eerder de uitblaasdruk wordt bereikt, v wordt dan: v + B K = V/(v + B) V/B Aanname: B max = 0,1V Dus dan is K = 10 v V Voor de veiligheid stelt men: v + B Kxp d = 80% x p verz 1 De toelaatbare dampdruk is dan: p d,max = 0,8 p K Voor K = 10 wordt dit: p d,max = 0,08 x p verz verz Cursus Vacuümtechniek 16

17 Rekenvoorbeeld gasballast Waterdamp-lucht mengsel van 3 : 10 Uitlaatklep opent bij 1300 mbar Aanname: compressieverhouding pomp = K = V/v = 10 6 p min = 1300 : 10 6 = = 1,3x10-3 mbar p damp = 3x10-4 mbar Opm.: bij een pomptemperatuur van 20 0 C is dit nog erger: p verz = 22,5 mbar; bij een pomptemperatuur van 80 0 C gaat het goed: p verz = 450 mbar Na compressie (x10 6 ) zou deze worden: 300 mbar Maar bij 60 0 C is p verz = 200 mbar, dus condensatie Cursus Vacuümtechniek 17

18 Belangrijke punten Met koude pomp geen damp verpompen, zelfs niet met volledig geopende gasballast; eerst pomp op temperatuur laten komen (minimaal 70 0 C) bij veel damp: condensor gebruiken, of smoorklep in aanzuigleiding per m 3 verpompt gas verdwijnt 2-5 gram olie: naar olienevelafscheider bij lange aanzuigleiding kan er al condensatie in de leiding optreden: gasballast helpt dan niet bij tweetrapspomp kan de eindruk zo laag liggen dat het moleculaire gebied bereikt wordt: oliedamp richting recipiënt: gebruik absorptieval explosief mengsel bij gasballast met lucht? Dan met stikstof gasballasten Cursus Vacuümtechniek 18

19 Opdracht 3 Maak opgave 49 (4.3) Cursus Vacuümtechniek 19

20 RUVAC RA, 50 Hz (Leybold) Cursus Vacuümtechniek 20

21 Rootspomp RUVAC (Leybold) Cursus Vacuümtechniek 21

22 RUVAC 500 F en 2000 F Cursus Vacuümtechniek 22

23 Werking van de Rootspomp 1. gas met de inlaatdruk p a stroomt de pomp binnen 2. het volume V wordt afgezonderd 3. V is geheel afgezonderd 4. V maakt contact met de uitlaatzijde waar een hogere druk p v heerst; op dit moment wordt het gas in V gecomprimeerd. Cursus Vacuümtechniek 23

24 Compressieverhouding Rootspomp Cursus Vacuümtechniek 24

25 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. 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 Curves 6 t/m 10 - Rootspomp met de voorvacuümpompen 1 t/m 5 Cursus Vacuümtechniek 25

26 Teruglek in Rootspomp 1. Teruglek via gasgeleiding: Als gevolg van het drukverschil over de pomp lekt gas van de uitlaatnaar de inlaatzijde terug via de spleten tussen de rotoren onderling en tussen de rotoren en het pomphuis. 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. Cursus Vacuümtechniek 26

27 *Opdracht 4* Maak opgave 4.2* Cursus Vacuümtechniek 27

28 Droge rotatiepompen de droge schottenpomp IPX-pomp (Bocedwards) de scrollpomp de klauwpomp de slotpomp de schroefpomp Cursus Vacuümtechniek 28

29 Droge schottenpomp (eentraps) 1 - inlaatopening 2 - pompruimtes tussen de schotten 3 - uitlaatopening Cursus Vacuümtechniek 29

30 Droge pomp (IPX) Met dank aan Cursus Vacuümtechniek 30

31 Droge pomp (IPX) Cursus Vacuümtechniek 31 Met dank aan Met dank aan

32 Droge pomp (IPX) Cursus Vacuümtechniek 32 Met dank aan Met dank aan

33 Met dank aan Werking IPX-pomp Cursus Vacuümtechniek 33

34 Werking IPX-pomp Met dank aan Cursus Vacuümtechniek 34

35 IPX-pomp Met dank aan Cursus Vacuümtechniek 35

36 Pompsnelheidscurve IPX-pomp Met dank aan Cursus Vacuümtechniek 36

37 Werking scrollpomp Cursus Vacuümtechniek 37

38 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 Cursus Vacuümtechniek 38

39 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. Cursus Vacuümtechniek 39

40 Schroefpomp Cobra Met dank aan Busch b.v. Cursus Vacuümtechniek 40

41 Schroefpomp Cobra Cursus Vacuümtechniek 41

42 Pompsnelheidskrommes Cobra Cursus Vacuümtechniek 42

43 Klauwpomp (4-traps) Cursus Vacuümtechniek 43

44 Pompsnelheidskrommes klauwpomp Cursus Vacuümtechniek 44

45 Klauwenpomp vanaf 1 atm te gebruiken einddruk: 10-2 mbar capaciteit: 100 m 3.h -1 bijzonderheid: doorgeefvolume daardoor 2x expansie: K =(V/v) 2 Cursus Vacuümtechniek 45

46 Klauwpomp met isochore compressie 1. rotoren 2. inlaat- opening 3. extra opening voor inlaat van gekoeld gas 4. te comprimeren volume V (vgl. dia 11 stand 1) 5. uitlaatopening 6. inlaatruimte 7. condensor Cursus Vacuümtechniek 46

47 Werking klauwpomp Cursus Vacuümtechniek 47

48 Uitleg klauwenpomp: aanzuigfase Cursus Vacuümtechniek 48

49 Uitleg klauwenpomp: compressiefase Cursus Vacuümtechniek 49

50 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 p i. Bij iets verder draaien zal echterde afdichting tussen de rotoren worden verbroken en het kleine restvolume v op een uitlaatdruk p u als een 'doorgeefvolume' van links naar rechts expanderen in V. Cursus Vacuümtechniek 50

51 Uitleg klauwenpomp Bij verder doordraaien ontstaat de situatie 4, waarbij in de geheel communicerende en naar buiten afgesloten ruimte V + v een tussentijdse druk p t heerst als gevolg van het mixenvan de gashoeveelheden p i V en p u v. Bij de stand 5 begint voor het volume V de compressiefase. 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. Cursus Vacuümtechniek 51

52 Overzicht transportpompen 10 5 A B A B membraanpomp Vloeistofringpomp p [Pa] 10 2 C D E I C D E F draaischuifpomp Rootspomp dampstraalpomp Boosterpomp 10-1 F G diffusiepomp H turbomoleculairpomp I dragpomp G 10-4 H 10-7 Cursus Vacuümtechniek 52

53 Overzicht werkdruk vacuümpompen Cursus Vacuümtechniek 53