Kapalinokružné vývěvy – Klasická vakuová technologie a přesto s nejmodernějším provedením

Vakuová technologie nikdy nepřestala být zdokonalována, nejen v nedávné minulosti, ale také po celá desetiletí svého vývoje. V současné době se používají suchoběžné šroubové vývěvy v technologii zpracování chemických látek a v mnoha dalších aplikacích stejně tak, jako se suchoběžné zubové vývěvy etablovaly jako standardní generátory vakua v celých průmyslových odvětvích. Také olejomazné rotační lamelové vývěvy jsou v mnoha aplikacích na špičkové úrovni moderní techniky, a to nejen díky neustálému zdokonalování. Ve svých oblastech použití se jedná obecně vzato o nejpoužívanější vývěvy.

Princip kapalinokružné vývěvy byl vyvinut již v roce 1890 v podobě „vodního kruhového čerpadla“. Vzhledem ke své jednoduché a robustní konstrukci jsou kapalinokružné vývěvy (obr. 1) vhodné pro výrobu vakua v mnoha aplikacích, ve kterých jsou evakuovány vlhké plyny a páry, nebo v aplikacích, ve kterých má proces kondenzování uvnitř vývěvy tendenci probíhat při procesu stlačení. Proto jsou ideálně vhodné pro vlhké procesy, a proto jsou používány pro výrobu hrubého vakua ve zpracovatelské technologii, chemickém průmyslu, při výrobě a zpracování benzínu, pro kapacitory ventilačních parních turbín, ve výrobě plastů, papírenství, potravinářství a v mnoha dalších průmyslových aplikacích.

Provozní princip

Jako provozní kapalinu používají kapalinokružné vývěvy vodu nebo kapalinu kompatibilní s plynem nebo párou k evakuaci. Používají se etylenglykol, minerální oleje nebo organická rozpouštědla, stejně tak jako další kapaliny, které jsou již součástí procesu. Základní princip je stejný u všech velikostí a verzí.

Ve válcové skříni rotuje excentricky upevněné oběžné kolo (obr. 2). Tato skříň je naplněna provozní kapalinou tak, aby lopatky oběžného kola byly ponořeny v kapalině. Otáčivý pohyb oběžného kola a vyvolaná odstředivá síla způsobují, že se z kapaliny ve skříni tvoří takzvaný kapalinový prstenec. Plyn je čerpán v mezerách mezi jednotlivými lopatkami a kapalinovým prstencem. V důsledku excentrického uložení oběžného kola se objem těchto mezer mění a výsledkem je, že je plyn odsáván, stlačován a opět vypouštěn. Kapalinový prstenec utěsňuje jednotlivé prostory směrem dolů k válci. Proto se někdy nazývá také těsnicí kapalinou než provozní kapalinou.

Mechanismus

Vzhledem k použité provozní kapalině lze tento mechanismus používat pouze v rozpětí hrubého vakua. Je tomu tak z toho důvodu, že dosažitelná hladina vakua závisí na tlaku páry a viskozitě provozní kapaliny, která je neustále čerpána skrz vývěvu. To umožňuje provoz kapalinokružné vývěvy při relativně nízkých teplotách. Provoz je také převážně izotermálního rázu. To znamená, že čerpané médium se během procesu komprese sotva stihne zahřát. Proto jsou kapalinokružné vývěvy téměř předurčeny pro čerpání par a plynů s vysokým podílem vlhkosti. Nízké teploty ve vývěvě ulehčují kondenzaci vlhkých výparů a plynů. Do této míry to znamená, že vývěva funguje také jako kapacitor. Protože kondenzace probíhá v okamžiku, kdy dochází k pronikání plynu do vývěvy, přičemž objem plynu je dramaticky snížen. Kromě kondenzačního efektu to způsobuje také nárůst jmenovité rychlosti čerpání. Provozní kapalina odklání horko z komprese, procesu, který podporuje kondenzaci a zvyšuje rychlost čerpání. Jednou výraznou výhodou kapalinokružných vývěv je to, že provozní kapalina a materiály používané pro jednotlivé součásti lze přizpůsobit tak, aby vyhovovaly čerpanému médiu. Díky tomu lze čerpat výbušné plyny a páry. Vzhledem k nízkým provozním teplotám lze čerpání výbušných materiálů v každém případě považovat za mnohem méně problematické než s pomocí jiných mechanických vývěv.

Konstrukce

Kapalinokružné vývěvy se dělí v podstatě na jedno- a dvoustupňové. V jednostupňové verzi probíhá výše uvedený proces komprese v jednom kompresním stupni. U dvoustupňové vývěvy (obr. 3) je předem stlačené čerpané médium přepravováno z prvního stupně do druhého kompresního stupně, a poté opět stlačeno. U verzí jednostupňových kapalinokružných vývěv lze dosáhnout koncového tlaku 130 hPa (mbar), zatímco u dvoustupňových verzí je možný tlak až 33 hPa (mbar).

Dokonce i velikosti se výrazně liší. Busch Vacuum Solutions má ve svém portfoliu různé série a verze kapalinokružných vývěv DOLPHIN, s rychlostmi čerpání, které pokrývají rozpětí 25 až 26 500 metrů krychlových za hodinu.

Varianty

Přivádění a odvod provozní kapaliny probíhá třemi způsoby:

1. Bezcirkulační provoz
Jedná se o nejjednodušší variantu pro provoz kapalinokružné vývěvy, který je používán kdykoli, kdy je k dispozici dostatek provozní kapaliny. Provozní kapalina je neustále přiváděna do kompresního stupně. Kapalina je poté odváděna spolu s plynem a kondenzátem.

2. Otevřená cirkulace kapaliny
V otevřené cirkulaci (obr. 4) je provozní kapalina odkláněna do odlučovače kapaliny spolu s plynem odcházejícím z vývěvy. Zde dochází k odlučování kapaliny a plynu. Plyn je vypouštěn nebo přemístěn, zatímco do odlučovače kapaliny je přivedena čerstvá provozní kapalina. To zaručuje, že v oběhu je dostatečné množství kapaliny a že teplota nebude růst. Tento typ otevřené cirkulace dokáže ušetřit až 50 procent kapaliny ve srovnání s bezcirkulačním provozem.

3. Uzavřená cirkulace kapaliny
V přívodní části z vývěvy se nachází v uzavřené cirkulaci také odlučovač kapaliny (obr. 5). Dochází k vypouštění plynu, zatímco provozní kapalina je odváděna za použití výměníku tepla ještě předtím, než se dostane opět do vývěvy. Provozní kapalina je tudíž neustále ochlazována. Tato konfigurace šetří až 95 procent provozní kapaliny. To znamená, že prostřednictvím odlučovače kapaliny je nutné přidávat pouze velmi malá množství čerstvé kapaliny. Z tohoto důvodu doporučujeme uzavřenou cirkulaci kdykoli, kdy není k dispozici dostatečné množství provozní kapaliny nebo když se má provozní kapalina v co největším objemu zachovat.

Vakuové systémy přizpůsobené Vašim potřebám

Kapalinokružné vývěvy jsou výjimečně vhodné pro použití jako moduly ve vakuových systémech a instalacích. V kombinaci s parními tryskami lze dosáhnout nižších koncových tlaků. Z technického a ekonomického hlediska lze nalézt optimální řešení pro vakuové systémy, které jsou přímo přizpůsobeny na míru jednotlivé aplikaci. Busch Vacuum Solutions má desítky let zkušeností s navrhováním, konfigurováním a výrobou těchto typů systémů, které nacházejí bezpečné a ekonomické uplatnění v provozu po celém světě v rámci zpracovatelské technologie, výroby a zpracování benzínu, výroby energie a mnoha dalších oblastech. Individuální kapalinokružné vývěvy DOLPHIN od společnosti Busch jsou k dispozici v různých verzích s certifikací ATEX.