Stempelpumper vs. skruevakuumpumper

Stempelpumper og skruevakuumpumper er to almindelige typer af pumper, der bruges til at generere det nødvendige vakuum i industrielle og kommercielle miljøer, samt på laboratorier. Selvom begge har visse fordele, har skruevakuumpumper en højere ydeevne i mange anvendelser, fra pakning til dyrkning af siliciumkrystaller til solpaneler. Det er afgørende for drifts- og omkostningseffektiviteten at vælge den rigtige vakuumteknologi.

Sådan virker skruevakuumpumper

En skruevakuumpumpe er en positiv fortrængningspumpe, der fjerner luft eller andre gasser fra et lukket miljø for at generere vakuum. Den fungerer ved hjælp af to skrueformede rotorer, der drejer i modsat retning inde i et cylindrisk kabinet. Det pumpede medie kommer ind via indløbet og fanges og transporteres i kamre, der dannes mellem cylinderen og de dobbelte skruer. Når rotorerne drejer, flytter de det pumpede medie hele vejen langs med skruerne mod udløbet. I løbet af denne proces reduceres den plads (volumen), der er til rådighed for det pumpede medie, fordi kammerstørrelsen konstant reduceres. Som følge heraf komprimeres det pumpede medie, indtil det når den mindst mulige volumen. Derefter udstødes det via udløbet.

Under processen kommer de skrueformede rotorer ikke i kontakt med hinanden eller med pumpens kabinet, hvilket minimerer slitage og overflødiggør brug af smøremidler, såsom olie.

Sådan virker stempelpumper

Ligesom skruevakuumpumper fungerer stempelpumper efter princippet om positiv fortrængning. De var oprindeligt designet til effektiv overførsel af vand og andre væsker under tryk, primært til landbrugs- og husholdningsbrug, hvor de blev brugt til at trække vand op fra brønde eller floder. De er dog også i stand til at generere vakuum.

Selve pumpen består af en cylinder, hvori et stempel bevæger sig frem og tilbage. På hver side af cylinderen er der placeret en ventil – én til indsugning og én til udledning. Stemplet er forbundet med en tilslutningsstang, der er fastgjort til en krumtapaksel. Krumtapakslen roterer ved hjælp af en elektrisk motor og bevæger stemplet, når pumpen kører.

Vakuumgenereringen begynder med indsugningsslaget, hvor stemplet bevæger sig baglæns. Dette øger volumenen i cylinderen. Når volumenen øges, reduceres trykket inde i cylinderen, og gasmolekylerne har mere plads til at bevæge sig rundt. Trykket inde i cylinderen er nu lavere end trykket i den beholder, der skal evakueres. Når gasser bevæger sig fra områder med højere tryk til områder med lavere tryk, suges luften eller gassen i beholderen ind i cylinderen.

Når stemplet når enden af sin vandring, lukker sugeventilen og fanger det pumpede medie indeni. Derefter bevæger stemplet sig i modsat retning, hvilket reducerer cylinderens volumen og komprimerer det pumpede medie. Efterhånden som det komprimeres, sker der en trykstigning, og mediet udstødes gennem udstødningsventilen. Ved at bevæge stemplet flere gange frem og tilbage evakuerer pumpen hele tiden luft eller gas fra beholderen og genererer vakuum.

Typer af Stempelpumper

I modsætning til vakuumpumper er stempelpumper ikke optimeret til at opretholde konstant høje vakuumniveauer, men kan være effektive til groft til almindeligt vakuum. For at opnå et mere ensartet gennemløb/flow kan der anvendes pumper med flere stempler og cylindre. Enkeltvirkende stempelpumper har en ventil i hver ende, hvor gasindsugning og -udledning sker efter det ovenfor beskrevne princip. Hver stempelcyklus genererer vakuum ved at suge gas ind under indsugningsslaget, efterfulgt af kompression og udstødning under udstødningsslaget.

Dobbeltvirkendestempelpumper genererer derimod vakuum under både stemplets fremad- og tilbagegående bevægelse. I dette design er cylinderen opdelt i to kamre, et på hver side af stemplet. Hvert kammer har en indsugnings- og en udstødningsventil.

Når stemplet bevæger sig bagud, øges volumenen i kammer A. Samtidig falder kammertrykket og suger gasser fra den pumpede beholder gennem indsugningsventilen. I kammer B sker processen i omvendt rækkefølge. Så med stemplets bagudgående slag komprimeres den tidligere pumpede gas, som derefter udstødes gennem udstødningsventilen. Når stemplet bevæger sig fremad igen, byttes der om på kamrenes roller. Det betyder, at gassen suges ind i kammer B, mens den pumpede gas i kammer A komprimeres og udledes. Dette design er mere effektivt, da evakueringen både sker med det bagud- og fremadgående slag, hvilket resulterer i et mere jævnt gennemløb/flow.

Typiske anvendelser

Skruevakuumpumper og stempelpumper har forskellige driftsprincipper/funktionsprincipper, men de kan anvendes til mange af de samme applikationer. Stempelpumper kan dog ikke nå høje vakuumniveauer. De er i stand til at fungere i barske miljøer med svingende temperaturer samt med slibende stoffer som sand, der kan være til stede i det pumpede medie. Relevante anvendelser er f.eks. varmebehandling i kompositproduktion, vakuumdestillering i den kemiske og farmaceutiske industri eller vakuumsmeltning i metallurgi.

Skruevakuumpumper kan anvendes lige så effektivt under de samme krævende anvendelsesforhold som stempelpumper, men de giver yderligere fordele. De kan opnå højere vakuumniveauer, kræver mindre vedligeholdelse og deres drift er mere ren. Derfor er de også velegnede til stålafgasning, frysetørringsprocesser i fødevareindustrien eller forskellige anvendelser i f.eks. litiumbatteriproduktion. De fås med forskellige design og valgmuligheder, så de kan tilpasses forskellige industrier – også dem, der kræver rene, kontamineringsfrie miljøer såsom semicon-produktion.

Fordele ved skruevakuumpumper

Energieffektivitet

Skruevakuumpumper er mere energieffektive i anvendelser med vakuum, hvor stempelpumper har det svært. Stempelpumper, der oprindeligt blev designet til at flytte væsker i et højtryksområde, kan have energitab, når der genereres vakuum. Dette skyldes stemplets mekaniske bevægelse, som er nødvendig for at opretholde vakuum, sammen med friktion og varmetab. Derfor anvendes stempelpumper ofte i intermitterende drift. Det betyder, at de slås til og fra med mellemrum, f.eks. ved pakning eller håndtering og løft, hvor der kun er behov for vakuum i korte perioder. Skruevakuumpumper genererer derimod vakuum gennem rotation, hvilket muliggør mere effektiv kontinuerlig drift. Dette minimerer energitabet og hjælper med at opretholde konstante vakuumniveauer.

Vakuumpumper fra Busch er designet til at maksimere energieffektiviteten. De kan udstyres med ECOTORQUE, det variable hastighedsdrev (VSD) fra Busch. Denne valgmulighed fås også til tørtløbende COBRA skruevakuumpumper. Ved at justere vakuumpumpens rotationshastighed, så den passer til de faktiske proceskrav, kan ECOTORQUE opnå energibesparelser på op til 50 %. Dette gør funktionen til et ideelt valg for alle brancher, der ønsker at reducere energiomkostningerne og forbedre driftseffektiviteten.

Vedligeholdelse

Skruevakuumpumper kræver generelt mindre vedligeholdelse end stempelpumper. Stempelpumper har flere mekaniske komponenter, såsom cylinderforinger og lejer, der udsættes for slitage over tid. Skruevakuumpumperne er mere holdbare på lang sigt, især i anvendelser, hvor pumpen er i kontinuerlig drift, og hvor stilstand på grund af vedligeholdelse skal holdes på et minimum. Skruerotorerne inde i vakuumpumpen kommer ikke i kontakt med hinanden eller cylinderens kabinet. Berøringsfri kompression af det pumpede medie medfører ingen slitage på de bevægelige dele. Tørtløbende COBRA skruevakuumpumper holder vedligeholdelsesomkostningerne på et minimum, da det kun er gearolien, der skal udskiftes regelmæssigt.

Driftsomkostninger

Stempelpumper kræver konstant olietilførsel for at sikre korrekt smøring af bevægelige dele, opretholde en stram tætning mellem stempler og cylindervægge og aflede den varme, der genereres under drift. Derfor installerer mange kunder en speciel olieledning, der fjerner behovet for konstant påfyldning. Dette medfører dog højere driftsomkostninger på grund af det store olieforbrug. Tørtløbende COBRA skruevakuumpumper fra Busch kræver ikke olie i kompressionskammeret, hvorved man slipper for disse udgifter.

Støjniveauer

Stempelpumpers fremad- og tilbagegående bevægelse plejer at generere temmelig høje støj- og vibrationsniveauer. Dette kan være et problem i miljøer, hvor støjkontrol og minimale vibrationer er vigtige.

Tørtløbende COBRA skruevakuumpumper arbejder ved et meget lavere støjniveau på ca. 69 dB(A), hvilket kan sammenlignes med lyden fra en støvsuger til husholdningsbrug. Afhængigt af størrelsen kan en stempelvakuumpumpe derimod nå op på 85 dB(A), hvilket svarer til at stå tæt på en trafikeret vej.

Driftsmæssig pålidelighed

Stempelpumper bruges primært til at flytte væsker eller gasser, ved at et stempel bevæger sig frem og tilbage i en cylinder. De er ikke optimeret til at opretholde høje vakuumniveauer under kontinuerlig drift, men kan være effektive til generering af groft til almindeligt vakuum, f.eks. til vakuumformning eller pakning.

Skruevakuumpumper fra Busch er kendt for deres lange serviceliv, hvilket giver effektivitet samt driftspålidelighed for alle vakuumniveauer i lang tid. Tørtløbende COBRA skruevakuumpumper er designet til udfordrende miljøer, såsom stålafgasning. De har en ekstremt høj damp- og partikeltolerance, hvilket sikrer en stabil ydeevne i krævende industrielle anvendelser.