Engineeren van vacuümsystemen in machines Jos Caarls Busch B.V.
Busch Worldwide 4 productielocaties, 50 vestigingen, 2100 medewerkers wereldwijd
Ontwerp van een systeem Proces p leiding Pomp Welke pomp en leiding?
Inhoud Basis vacuümtechniek (druk, gaswet, vacumeren) Geleidingsvermogen en weerstand Inlek en procesgassen Pompprincipes Duurzaamheid Samenvatting
Druk Druk = kracht per oppervlakte- eenheid 1 atmosfeer = 100 000 N/m 2 = 100 000 Pa = 1000 hpa Vacuüm = minder druk dan atmosferisch Druk is een maat voor vacuüm
Basis vacuümtechniek Wet van Boyle Gay-Lussac: p x V = constant p x V = (m/m) x R x T p = druk in mbar V = volume in m 3 m = massa in kg M = molecuulgewicht R = algemene gasconstante (83,14) p = (Σm/M) x R x T V
Evacueren van een ruimte Snelheid wordt bepaald door: S pompsnelheid in l/s of m 3 /h Een (ideale) pomp sluit per tijdseenheid t een bepaald volume V van het te evacueren systeem af en verwijdert de daarin toevallig aanwezige deeltjes.
Afpomptijd Drukverloop als functie van de tijd P(t) = p o e -S t / V 1200 1000 druk (mbar) 800 600 400 200 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 tijd (uur)
Afpomptijd S = (V/t). ln (p o /p e ) en ook t = (V/S). ln (p o /p e )
Vereiste pompcapaciteit Wordt bepaald door: -Vereiste afpomptijd -Weerstand van de leiding tussen pomp en vacuümruimte -Vrijkomende gassen uit het proces -Inlek systeem
Weerstand leidingwerk Proces druk p p Weerstand van de leiding veroorzaakt drukverlies. Δp vermindert de effectieve pompcapaciteit (algemene gaswet: p. V = constant) Weerstand is afhankelijk van soort stroming.
geleiding Turbulente stroming p. D > 500 kenmerk: weinig weerstand Laminaire stroming p. D < 500 meer weerstand V i s k e u z e s t r o m i n g Moleculaire stroming λ > D
Berekening pompcapaciteit Proces p S eff p S Bij visceuze stroming: S eff = p - p p x S
Afpomptijd Bijvoorbeeld: Gegeven: Te evacueren volume: 20 m 3 Maximale tijd: 30 minuten Procesdruk: 4 hpa (a) Gevraagd: benodigde pompcapaciteit Antwoord: S = (20/0,5) x ln(1013/4) = 221 m 3 /h
Drukverlies in de leiding Pomp 250 m3/h met 10 m leiding DN50: Drukverlies als functie van de druk: P (hpa) delta P (hpa) in % 1000 39 4% 800 32 4% 600 26 4% 400 18 5% 200 10 5% 100 6 6% 50 3 6% 20 2 10% 10 1 10% 5 0,89 18% 2 0,85 43% 1 0,84 84% 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 delta P (hpa) in % 0 5 10 15 20
Capaciteitsverlies door de leiding Voor proces is nodig 220 m3/h. Stel: pomp 250 m3/h, 10 meter leiding DN 50 Bij p = 100 hpa Δp = 6 % dus 6 % verlies van pompcapaciteit: Seff = 235 m3/h Bij p = 4 hpa Δp = 22 % dus 8 % verlies van pompcapaciteit: Seff = 195 m3/h
Pompcapaciteit en leidingwerk Conclusie: dat ken net (dat gaat niet goed) Oplossing: pomp 250 m3/h leiding DN65 Bij 100 hpa Δp = 2 % dus 2 % verlies van pompcapaciteit: Seff = 245 m3/h Bij p = 4 hpa, 8% verlies Seff = 230 m3/h Opgelost.
Vereiste pompcapaciteit Wordt bepaald door: -Vereiste afpomptijd -Weerstand van de leiding tussen pomp en vacuümruimte -Vrijkomende gassen uit het proces -Inlek systeem Met p. V = (m/m). R. T 1 kg/h lucht bij 4 hpa is 220 m 3 /h 1 kg/h waterdamp bij 4 hpa is al 340 m 3 /h!
Pompprincipes Oliegesmeerde pompen - draaischuif - vloeistofring Droge pompen - venturi - schroef - roots - klauwen - zijkanaal
Vacuum Pump Principles Oil recirculated rotary vane vacuum pump R 5
Vacuum Pump Principles Liquid ring vacuum pump Dolphin
Vacuum Pump Principles Venturi
Vacuum Pump Principles Roots pump Panda
Vacuum Pump Principles Rotary claw vacuum pump and compressor Mink
Vacuum Pump Principles Dry screw vacuum pump COBRA
Vacuum Pump Principles Side channel blower Samos
Iedere pomp heeft eigen drukbereik Karakteristieke pompcapaciteit Capaciteit (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 Druk (hpa) Rotary vane oil lubricated Rotary claw Rotary vane dry Roots blower Venturi Side channel (two stage) side channel (single stage)
Energieverbuik specific suction capacity 70 60 50 specific suction capacity (m3/kw) 40 30 20 10 0 Venturi Roots blower Rotary vane (oil lubricated) liquid ring rotary claw pump type
Duurzaamheid Energieverbruik oliegesmeerd: ca 2 kw per 100 m 3 /h klauwen: ca 1,6 kw per 100 m 3 /h Vervuiling Olie door oliegesmeerde pompen Oliegesmeerde pompen: bij lage druk olie in vacuüm (p < 0,001 hpa) Olie uit carter (indien aanwezig)
Conclusie - Grote diversiteit aan pompen met elk eigen specifieke toepassingen - De toepassing bepaalt het ontwerp van een systeem (druk, afpomptijd, proces en inlek) - Voor goed ontwerp is overleg onmisbaar
VRAGEN?
Einde