De zes meest voorkomende fouten bij het gebruik van vacuümboosters en hoe ze te voorkomen

Vacuümboosters zijn onmisbaar in toepassingen waar een hoge pompsnelheid en lage drukken nodig zijn – bijvoorbeeld in de voedselverpakking, coating, metallurgie en lekdetectie. Toch kunnen zelfs kleine fouten bij installatie of gebruik leiden tot kostbare downtime, schade aan apparatuur of een volledige uitval. Hieronder de zes meest voorkomende fouten bij het gebruik van vacuümboosters en hoe ze te voorkomen zijn.

1. Onvoldoende afkoeling voor bereiken van einddruk

Een vacuümbooster moet afkoelen tussen het draaien bij maximale drukverschil en bij einddruk. Het maximale drukverschil treedt op tijdens de evacuatiecyclus en genereert de meeste warmte. Het maximale drukverschil wordt bereikt tijdens de evacuatietijd en genereert de meeste warmte. Bij einddruk zijn er bijna geen gassen meer aanwezig. De roterende lobben draaien met zeer hoge snelheid, maar er is slechts een minimale – of helemaal geen – gasdoorstroming. Dat betekent dat de warmte niet snel via het gas en het oppervlak van de behuizing kan worden afgevoerd. Bij herhaalde cycli met onvoldoende koeltijd hebben de roterende lobben door de kleinere tussenruimte niet genoeg ruimte meer om te draaien en blokkeert de vacuümbooster. In het ergste geval kan dit leiden tot een totale uitval.

2. Overmatige temperatuurschommelingen

In bedrijf - vooral bij einddruk - kan een plotseling sterke daling van de omgevingstemperatuur kritiek zijn voor een booster. Door de temperatuurschok krimpt de behuizing terwijl de roterende lobben nog heet zijn. Net als bij onvoldoende afkoeltijd neemt de benodigde afstand tussen behuizing en roterende lobben af. Hierdoor blokkeert de vacuümbooster. Om temperatuurschokken te voorkomen, moet de gebruiker het plotseling openen van deuren in de buurt van de vacuümbooster vermijden. Vooral in de winter bij grote temperatuurverschillen. Bovendien moeten in de buitenlucht geplaatste boosters worden beschermd tegen regen.

Ook bij brand is uiterste voorzichtigheid geboden. Als bluswater op de vacuümbooster wordt gericht, kan de behuizing barsten. Dit geldt vooral voor boosters met behuizingen van gietijzer. Nodulair gietijzer is vanwege de hogere materiaalsterkte beter geschikt om dergelijke temperatuurschommelingen te weerstaan.

3. Plotselinge vloeistoftoevoer

Vloeistoftoevoer vormt een risico in processen met condenseerbare dampen, vochtige gassen, vloeistofoverdracht of thermische cycli. Hieronder vallen toepassingen zoals vacuümdestillatie en benzinedampterugwinning. Kleine hoeveelheden vloeistof kunnen snel en eenvoudig verdampen dankzij de vacuümomstandigheden die door de voorpomp en de vacuümbooster worden gecreëerd. Onder vacuüm verlaagt verminderde druk het kookpunt van de vloeistof, waardoor het ook bij lagere temperaturen sneller verdampt. Maar er kunnen problemen ontstaan als plotseling grote hoeveelheden vloeistof vanuit het proces de vacuümpompen binnenstromen. Deze plotselinge vloeistoftoevoer kan hetzelfde effect hebben als een daling van de luchttemperatuur en leiden tot een plotselinge afkoeling. Het gevolg: permanente schade aan de booster. De extra hoeveelheid vloeistof kan niet snel genoeg verdampen en de druk aan de voorvacuümzijde kan te hoog oplopen. Hierdoor kunnen problemen ontstaan zoals oververhitting, stilstand of mechanische schade. Om dergelijke situaties te voorkomen, moet er een reservoir – bijvoorbeeld een vloeistofafscheider – tussen de proceskamer en de vacuümbooster worden geïnstalleerd. Dit zorgt ervoor dat de vloeistof wordt afgeschermd voordat deze de booster bereikt.

4. Niet in acht nemen van juiste verhouding tussen booster en voorpomp

Er zijn toepassingen met cyclustijden van slechts enkele seconden, bijvoorbeeld snel schakelende loadlocks. Hierbij moet de gebruiker ervoor zorgen dat de trapverhouding – de verhouding van de pompsnelheid van de vacuümbooster ten opzichte van de voorpomp – laag is, bijvoorbeeld 2:1. De trapverhouding is niet alleen bepalend voor de vacuümtijd van het systeem. Het beïnvloedt ook het energieverbruik, de totale kosten en de benodigde ruimte voor de apparatuur en de warmte die tijdens het gebruik ontstaat. Hogere trapverhoudingen zijn mogelijk, maar gaan ten koste van de cyclustijd. Daarom wordt de trapverhouding gekozen op basis van de vereisten van de toepassing.

Voor een kleine load-lock-kamer - bijvoorbeeld gebruikt bij de transfer van wafers in halfgeleidertoepassingen - kan dit een pompvermogen van 500 m³/u voor de booster en 250 m³/u voor de voorpomp betekenen. Het gas heeft tussen atmosferische druk en ongeveer 100 hPa (mbar) de hoogste dichtheid en het grootste aantal te verwijderen moleculen. Dat betekent dat zelfs een lage pompsnelheid voldoende is. Dit bereik wordt voornamelijk met behulp van de voorpomp geëvacueerd. Echter, naarmate de druk echter daalt, neemt ook het aantal moleculen per liter af. Om moleculen met een efficiënte snelheid te verwijderen, is dus een veel hogere pompsnelheid van een booster nodig. Voorpompen zijn ontworpen om dichte gassen en grote drukverschillen aan te kunnen. Niet voor een hoge volumestromen. Boosters daarentegen zijn geoptimaliseerd voor het verplaatsen van grote volumes zeer dun gas. Hun pompsnelheid ligt daarom veel hoger.

Onder de 100 hPa (mbar) verhogen vacuümboosters het debiet van het systeem aanzienlijk. Ze bereiken een maximale doorvoer van minder dan 10 hPa (mbar). Daarom moet de voorpomp de juiste afmetingen hebben om efficiënt een druk van 100 hPa (mbar) te bereiken. Een verkeerde dimensionering van de voorpomp kan verschillende negatieve gevolgen hebben. Zo verlengt een te kleine voorpomp de cyclustijd. Dit kan een negatief hebben op de productiviteit van de toepassing, met als mogelijk gevolg defecten of een lagere productkwaliteit. Ook stijgt het energieverbruik. Vacuümpompen moeten immers harder werken om het gewenste vacuümniveau te bereiken. Tot slot versnelt de extra belasting de slijtage van zowel de vacuümbooster als de voorpomp. Dit vraagt om meer onderhoud met extra bijgaande kosten.

5. Ophoping van stof en vuil

Bepaalde processen, zoals metallurgie en kristaltrekken, produceren aanzienlijke hoeveelheden deeltjes en stof. In dit soort processen is de aanbeveling om stoffilters aan de inlaatzijde te installeren. Dit beschermt de zowel de vacuümbooster als de daarachter geschakelde vacuümpomp. Het voorkomt dat vuil in de vacuümpompen terechtkomt en schade in de compressiekamer veroorzaakt.

Daarnaast moeten er bij de inlaat van de vacuümbooster zeven/inlaatroosters worden geïnstalleerd. Dit voorkomt dat grotere deeltjes binnendringen. Bovendien beschermt het ook tegen lasparels die los kunnen komen uit de lasnaden van het leidingwerk. Bijpassende zeven, geleverd door de fabrikant zorgen ervoor dat de vrije doorsnede overeenkomt met de nominale diameter van de inlaat van de vacuümpomp. Zo wordt de pompsnelheid niet aangetast door geleidingsverliezen. Als de opening van het filter kleiner is dan de nominale diameter van de inlaat, wordt de gasdoorstroming beperkt. Met als gevold dat de effectieve pompsnelheid daalt. Het gebruik van door de fabrikant ontworpen zeven/inlaatroosters zorgt ervoor dat de opening groot genoeg is om de prestaties van de vacuümpomp niet te beïnvloeden.

6. Onvoldoende lekdichtheid bij handling van kritische gassen

Bij het verpompen van kostbare zuivere gassen zoals helium-3 of helium-4 moet elk contact met de omgevingslucht worden vermeden. Deze uiterst waardevolle gassen worden vaak gebruikt in toepassingen die een zeer hoge zuiverheidsgraad vereisen. Door het binnendringen van lucht kunnen kleine verontreinigingen de kwaliteit en de effectiviteit van het gas in deze toepassingen aanzienlijk beïnvloeden.

Een hoge dichtheid van de vacuümpomp, met lekwaarden onder 10^-5 (mbar) l/s is daarom essentieel. Asafdichtingen zijn hier soms een probleem. Naarmate ze slijten, kunnen ze gaan lekken. Daarom worden in plaats van conventionele asdoorvoeren vacuümpompen met permanente magneetkoppelingen aanbevolen.

Als alternatief kan een vacuümbooster met een gesloten motor worden gebruikt. Een gesloten motor omsluit de rotor in een hermetisch afgesloten behuizing. Dit maakt externe asafdichtingen overbodig en het voorkomt potentiële lekkages. Maar, omdat een gesloten motor voor één specifieke vacuümpomp is ontwikkeld, mag deze alleen door de fabrikant worden onderhouden. Daarentegen maken magneetkoppelingen het gebruik van goedkopere standaardmotoren mogelijk.

Conclusie

Goed onderhoud en correct gebruik zijn essentieel om de efficiëntie en levensduur van een vacuümbooster te maximaliseren. Zorg voor voldoende koeltijd voordat de einddruk wordt bereikt. Vermijd plotselinge temperatuurschommelingen en handhaaf de juiste verhouding tussen vacuümbooster en voorpomp. Voorkom vloeistofinstroom, installeer stoffilters en waarborg de lekdichtheid bij kritische gassen. Volg deze manier van werken en voorkom storingen en operationele downtime.

Inzicht in deze veelvoorkomende fouten en het volgen van de aanbevolen werkwijzen verbeteren niet alleen de prestaties van de vacuümbooster. Ze dragen ook bij aan veiligere en economischere industriële processen.