Pístové vývěvy versus šroubové vývěvy

Pístové vývěvy a šroubové vývěvy jsou dva běžné typy vývěv používané k vytváření potřebného vakua v průmyslovém, komerčním a laboratorním prostředí. Ačkoli obě mají své výhody, šroubová vývěva poskytuje vynikající výkon v mnoha aplikacích, od balení až po pěstování křemíkových krystalů pro solární panely. Výběr správné vakuové technologie je zásadní pro účinnost provozu a nákladovou efektivitu.

Jak fungují šroubové vývěvy

Šroubová vývěva je objemové čerpadlo, které odstraňuje vzduch nebo jiné plyny z uzavřeného prostředí za účelem vytvoření vakua. Pracuje pomocí dvou šroubových rotorů, které se otáčejí v opačných směrech uvnitř válcového pouzdra. Čerpané médium vstupuje do vývěvy vstupem a je zachycováno v komorách mezi válcem a dvojitými šneky. Při otáčení rotorů se čerpané médium pohybuje po délce šroubů směrem k výstupu. Během tohoto procesu se prostor (objem) dostupný pro čerpané médium snižuje, protože velikost komory se neustále zmenšuje. V důsledku toho se čerpané médium stlačuje na minimální možný objem. Poté se vypustí přes výstup.

Během procesu nepřicházejí šroubové rotory do vzájemného kontaktu ani do kontaktu s pláštěm čerpadla, což minimalizuje opotřebení a eliminuje potřebu maziv, jako je olej.

Jak fungují pístové vývěvy

Stejně jako šroubové vývěvy pracují pístové vývěvy na principu výtlaku. Původně byly navrženy pro účinný přenos vody a jiných tekutin pod tlakem, především pro zemědělské a domácí použití při čerpání vody ze studní nebo řek. Jsou však také schopny vytvářet vakuum.

Samotná vývěva se skládá z válce, ve kterém se pohybuje píst tam a zpět. Na každé straně válce je umístěn ventil – jeden pro sání, druhý pro vypouštění. Píst je spojen spojovací tyčí, která je připojena ke klikovému hřídeli. Klikový hřídel poháněný elektromotorem se otáčí a pohybuje pístem, když je čerpadlo v chodu.

Výroba vakua začíná při sacím zdvihu, kdy píst provádí zpětný pohyb. Tím se zvětší objem ve válci. Se zvyšujícím se objemem klesá tlak uvnitř válce a molekuly plynu mají více prostoru k pohybu. Tlak ve válci je nyní nižší než tlak v nádobě, která se má vypustit. Jak se plyny pohybují z oblastí s vyšším tlakem do oblastí s nižším tlakem, vzduch nebo plyn v nádobě je nasáván do válce.

Jakmile píst dosáhne konce svého zdvihu, sací ventil se zavře a zachytí čerpané médium uvnitř. Píst se pak pohybuje v opačném směru, čímž se snižuje objem válce a stlačuje čerpané médium. Při stlačování se zvyšuje jeho tlak a vypouští se přes vypouštěcí ventil. Opakovaným pohybem pístu tam a zpět vývěva nepřetržitě odčerpává vzduch nebo plyn z nádoby a vytváří vakuum.

Typy pístových vývěv

Na rozdíl od vývěv nejsou pístové vývěvy optimalizovány pro generování konstantně vysokého vakua, ale mohou být účinné pro hrubé až střední vakuum. Pro dosažení konzistentnějšího toku lze použít vývěvy s více písty a válci. Jednočinné pístové vývěvy mají na každém konci jeden ventil, kde probíhá sání a vypouštění plynu podle výše popsaného principu. Každý cyklus pístu vytváří podtlak nasáváním plynu během sacího zdvihu a následným stlačováním a vypouštěním během vypouštěcího zdvihu.

Naproti tomu dvojčinné pístové vývěvygenerují podtlak jak při zpětném, tak při dopředném zdvihu pístu. V tomto designu je válec rozdělen na dvě komory, jednu na každé straně pístu. Každá komora má sací a vypouštěcí ventil.

Při zpětném pohybu pístu se objem komory A zvětšuje. Současně se sníží tlak v komoře, čímž dojde k odsávání plynů z čerpané nádoby přes sací ventil. V komoře B probíhá proces v opačném pořadí. Při zpětném zdvihu pístu se tedy dříve načerpaný plyn stlačí a vypouští ven přes vypouštěcí ventil. Když se píst opět posune dopředu, role komor se vymění. To znamená, že nasávání plynu probíhá v komoře B, zatímco čerpaný plyn v komoře A je stlačen a vypouštěn. Tento design je účinnější, protože vyprazdňování probíhá jak při zpětném, tak při dopředném chodu, což vede ke stabilnějšímu proudění.

Typické použití

Přestože se šroubová vývěva a pístová vývěva liší svým provozním principem, lze je použít v mnoha stejných aplikacích. Pístové vývěvy však nemohou dosáhnout vysoké hladiny vakua. Jsou schopny pracovat v náročných prostředích s kolísavými teplotami a také v abrazivních látkách, jako je písek, který může být přítomen v čerpaném médiu. Důležitá použití jsou například tepelné zpracování při výrobě kompozitů, vakuová destilace v chemickém a farmaceutickém průmyslu nebo vakuové tavení v metalurgii.

Šroubové vývěvy lze použít stejně efektivně v náročných aplikacích jako pístové vývěvy, ale nabízí další výhody. Mohou dosáhnout vyššího vakua, vyžadují méně údržby a pracují čistěji. Proto jsou vhodné například i pro odplyňování oceli, procesy lyofilizace v potravinářském průmyslu nebo pro různá použití při výrobě lithiových baterií. Jsou k dispozici v různých designech, které nabízejí možnosti přizpůsobení různým odvětvím – včetně těch, která vyžadují čisté prostředí bez kontaminace, jako je výroba polovodičů.

Výhody šroubových vývěv

Energetická účinnost

Šroubové vývěvy jsou energeticky účinnější ve vakuových aplikacích, kde mají pístové vývěvy tendenci selhávat. Pístové vývěvy, které byly původně navrženy pro přepravu kapalin v rozsahu vysokého tlaku, mohou při vytváření vakua plýtvat energií. To je způsobeno mechanickým pohybem pístu, který je nutný k udržení vakua, a také třením a tepelnými ztrátami. Proto se pístové vývěvy často používají v nesouvislém provozu. To znamená, že se zapínají a vypínají v určitých intervalech, například při balení nebo manipulaci a zvedání, kdy je vakuum potřeba jen na krátkou dobu. Naproti tomu šroubové vývěvy vytvářejí vakuum prostřednictvím rotace, což umožňuje účinnější trvalý provoz. To minimalizuje energetické ztráty a pomáhá udržovat konstantní úroveň vakua.

Vakuové pumpy od společnosti Busch jsou navrženy tak, aby maximalizovaly energetickou účinnost. Mohou být vybaveny systémem ECOTORQUE, pohonem s proměnlivou rychlostí (VSD) od společnosti Busch. Tato možnost je k dispozici také pro suchoběžné šroubové vývěvy COBRA. Přizpůsobením otáček vývěvy skutečným požadavkům na proces může ECOTORQUE dosáhnout až 50% úspory energie. Díky tomu je tato funkce ideální volbou pro všechna odvětví, která chtějí snížit náklady na energii a zlepšit provozní účinnost.

Údržba

Ve srovnání s pístovými vývěvami vyžadují šroubové vývěvy obecně méně údržby. Pístové vývěvy mají více mechanických komponent, jako jsou vodicí pouzdra válců a ložiska, které se časem opotřebovávají. Šroubové vývěvy nabízí lepší dlouhodobou životnost, zejména v aplikacích, kde je vývěva v nepřetržitém provozu a kde musí být prostoje kvůli údržbě omezeny na minimum. Šroubové rotory uvnitř vývěvy nepřicházejí do vzájemného kontaktu ani do kontaktu s pláštěm válce. Tato bezkontaktní komprese čerpaného média nevede k opotřebení pohyblivých částí. U suchoběžných šroubových vývěv COBRA jsou náklady na údržbu udržovány na minimu, protože v pravidelných intervalech se musí měnit pouze převodový olej.

Provozní náklady

Pístové vývěvy vyžadují konstantní přívod oleje pro zajištění správného mazání pohyblivých dílů, udržování těsného utěsnění mezi pístem a stěnami válce a odvádění tepla vznikajícího během provozu. Z tohoto důvodu mnoho zákazníků instaluje speciální olejové vedení, které eliminuje potřebu konstantního doplňování oleje. To však vede k vyšším provozním nákladům kvůli velkému množství spotřebovaného oleje. Suchoběžné šroubové vývěvy COBRA od společnosti Busch nevyžadují v kompresní komoře olej, což šetří náklady.

Hladina hluku

Pohyb pístových vývěv tam a zpět má tendenci vytvářet značný hluk a hladinu vibrací. To může být problém v prostředí, kde je důležité regulovat hluk a minimalizovat vibrace.

Suchoběžné šroubové vývěvy COBRA pracují s mnohem nižší hladinou hluku přibližně 69 dB(A), což je srovnatelné se zvukem domácího vysavače. Naproti tomu pístová vývěva může v závislosti na své velikosti dosahovat až 85 dB(A), což odpovídá hluku při stání v blízkosti rušné silnice.

Bezpečnost provozu

Pístové vývěvy se používají především k přečerpávání kapalin nebo plynů pohybem pístu ve válci směrem tam a zpět. Nejsou optimalizovány pro udržování vysokého vakua v nepřetržitém provozu, ale mohou být účinné při generování hrubého až středního vakua, například při vakuovém tvarování nebo balení.

Šroubové vývěvy Busch jsou známé svou dlouhou životností, která zaručuje účinnost a bezpečnost provozu po dlouhou dobu a to pro všechny hladiny vakua. Suchoběžné šroubové vývěvy COBRA jsou navrženy pro náročná prostředí, jako je odplyňování oceli. Mají mimořádně vysokou odolnost vůči parám a toleranci vůči částicím, což zajišťuje stabilní výkon v náročných průmyslových aplikacích.