Driftsprincippet er den afgørende faktor

Maulburg, Germany Vakuumpumper er vigtige komponenter i pakningen af friske fødevarer. Hvilke vakuumpumper opnår den højeste effektivitetsfaktor? Dette spørgsmål kan besvares med en direkte sammenligning, så længe testopstillingen er konstrueret fornuftigt nok. En nyligt udført sammenligningsundersøgelse indikerer, at olietætnede skruevakuumpumper er de bedste. Dette resultat fremkom dog kun ved brug af en testopstilling, som forekommer meget urealistisk. Nu har den uafhængige testorganisation TÜV Süd også lavet en sammenligning af de pågældende vakuumpumper. Dette indebar en realistisk simulering af en standardindustriproces. Under disse betingelser faldt resultatet tydeligt ud til fordel for olieomsmurte lamelvakuumpumper.
Fig. 1: Strømforbrug med standard motor. Source: Busch Vacuum Solutions
Fig. 1: Strømforbrug med standard motor. Source: Busch Vacuum Solutions

Denne artikel sammenligner de to sammenlignelige tests. For at gøre det så tydeligt som muligt henvises der i det efterfølgende til dem som Test 1 og Test 2. For læsbarhedens skyld er den olietætnede skruevakuumpumpe forkortet til SVP og den olieomsmurte lamelvakuumpumpe til RVVP

Test 1: Efterspørgselsbaseret styring vs. fuld-drift
Denne test blev iværksat af producenten af den olieomsmurte skruevakuumpumpe (SVP). Virksomheden er hovedsageligt specialiseret i kompressorer, og den pågældende maskine er et afledt produkt af kompressorteknologien. Den blev sammenlignet med en olieomsmurt lamelvakuumpumpe (RVVP), R 5 RA 0630 C, fra Busch. Testopstillingen giver imidlertid ikke mulighed for en realistisk sammenligning, og det er der flere årsager til.
Testcyklussen simulerede forskellige vakuumunderstøttede processer. Men produktionspauser, herunder natlige driftsstopperioder hvori RVVP'en, ulig SVP'en, fortsatte med at køre, blev også medtaget. I testen var SVP'en i drift som en del af et system med frekvensomformere og et integreret reguleringssystem, som standsede vakuumpumpen i pauser. På den anden side var RVVP'en øjensynligt tilsluttet som en isoleret maskine, som kørte kontinuerligt ved fuld kraft.
Test 1 sammenlignede med andre ord æbler med appelsiner. Den konstant kørende vakuumpumpe brugte i sagens natur mere elektricitet end dens regulerede modstykke, som automatisk blev standset i pauserne. RVVP'en kunne også have været udstyret med en frekvensomformer og et reguleringssystem – Busch har en sådan version af denne vakuumpumpe i sit sortiment. Dette kunne have genereret lignende startbetingelser. Dette blev tydeligvis ikke gjort. I beskrivelsen af denne test mangler der desværre præcise oplysninger om sådanne afgørende rammebetingelser.
I kraft af dens design har en RVVP generelt det højeste strømforbrug i opstartsfasen mellem atmosfærisk tryk og ca. 300 mbar (fig. 1). Strømforbruget mindskes dog drastisk, efterhånden som indsugningstrykket reduceres. En SVP forbruger på den anden side omtrent den samme mængde strøm mellem atmosfærisk tryk og sluttrykket. Det betyder, at en RVVP har brug for væsentligt mindre strøm i driftsområdet mellem sluttrykket og 100 mbar sammenlignet med en SVP.

Test 2: Lige betingelser
Den anden sammenligningstest (fig. 2) blev for nylig udført af den uafhængige testorganisation TÜV Süd. Den er en af de førende institutioner inden for dette felt. Der blev anvendt den samme type vakuumpumpe som i test 1, men denne gang blev der simuleret rigtig drift uden pauser eller natlige driftsstop. Test 2 simulerede en vakuumpakkemaskines arbejdscyklus. Det er en udbredt anvendelse af vakuumpumper i industrien. Som det ofte er tilfældet med sådanne anvendelser, blev begge vakuumpumper også understøttet af en identisk vakuum booster. Derudover blev testopstillingen og proceduren kontrolleret af en kendt producent af vakuumpakkemaskiner, som bekræftede, at simuleringen var realistisk.
Som et eksempel på en anvendelse blev der valgt en pakkemaskine med en stor kammervolumen. Sådan en type, som anvendes til pakning af kød- eller osteprodukter. En sådan maskine med automatisk tilførsel af produktet håndterer typisk flere cyklusser i minuttet.
I testen simulerede maskinen med et 300 liter stort kammer og et 11,5 meter langt rørsystem mellem kammeret, vakuum boosteren og vakuumpumpen. Kammeret blev cyklisk evakueret til et vakuumniveau på 5 mbar.
Evakueringstiden afhang af vakuumpumpernes ydeevne. Tiden mellem evakueringscyklusserne blev indstillet til 14 sekunder – en typisk tidsperiode for pakkemaskiner af denne størrelse. Vakuumpumpernes påkrævede nedpumpningstid og deres energiforbrug blev registreret. 



Fig. 2: Realistisk testopstilling med vakuumbeholder, vakuum booster og testet vakuumpumpe som forpumpe

Utvetydige resultater
De forskellige testkørslers resultater var konsekvent entydige: Lamelvakuumpumpen (RVVP) tømmes hurtigere (fig. 3) og bruger mindre energi end skruevakuumpumpen (SVP). Afhængigt af den indstillede hastighed for RVVP'en medfører dette yderligere forkortede nedpumpningstider eller øgede energibesparelser. RVVP er til sammenligning f.eks. 11 procent hurtigere i 40 hertz tilstand og sparer 42 procent i strømforbrug. 


Fig. 3: Pakkede enheder afhængigt af vakuumpumpens hastighed eller design

Foruden nedpumpningstiden og energiforbruget blev pumpehastigheden og energiforbruget også målt i testen som en funktion af indsugningstrykket (fig. 4). Det specifikke energiforbrug (SEC) ved forskellige vakuumniveauer blev beregnet ud fra disse målte værdier. Dette giver nøjagtige oplysninger om, hvor mange watt det kræver at udvinde en kubikmeter luft pr. time for at nå et specifikt vakuumniveau. Her er RVVP'en også SVP'en overlegen i alle vakuumniveauer. Energibesparelserne ligger mellem 13 og 73 procent. Ved et vakuumniveau på 10 mbar (typisk niveau) bruger RVVP'en 38 procent mindre energi end SVP'en (fig. 4). 


Fig. 4: Sammenligning af specifikt energiforbrug (SEC) af testede vakuumpumper som en funktion af indsugningstrykket

Et principspørgsmål
Resultaterne er overraskende utvetydige. RVVP'en er en klassiker inden for vakuumpumpeteknologi. Den R 5 RA 0630 C, der blev anvendt her, drager fordel af årtiers tekniske optimering af vakuumgenerering. I modsætning hertil er SVP'en dybest set en konverteret kompressor. Selvom både vakuumgenerering og kompression handler om gasudskilning, kræver de forskellige formål forskellige tekniske løsninger.
For kompressorer er kompressionsforholdet normalt 1:10, og for vakuumpumper ligger det på 1:100 til 1:1000, hvilket er meget højere. Rent teknisk betyder dette, at i en skruekompressor kan de to skruer og huset alle produceres med højere tolerancer. Det betyder, at produktionen er mere omkostningseffektiv, og at kompressionsforholdet på 1:100 opnås på trods af det stigende antal af indvendige lækager. Dette er dog kun, fordi det kompenseres af en meget højere rotation på ca. 7000 o/min ved fuld belastning. RVVP'en er på den anden side en ren vakuumpumpe med præcisionsdele og minimale tolerancer, som reducerer indvendige lækager til et minimum, hvilket i sidste ende baner vej for et meget højere kompressionsforhold. Det giver derfor en konstant ydeevne, fra evakueringen starter til den slutter, med lavt energiforbrug. Den kører således kun med en maksimal hastighed på 1000 o/min. Den lavere hastighed reducerer den mekaniske belastning og dermed behovet for vedligeholdelse. Det gør det også muligt at opnå en væsentligt længere brugslevetid og lavere omkostninger for maskinens livscyklus.
SVP'en kræver til gengæld separat trykstyring ved hjælp af en indsugningsreguleringsventil for at undgå overbelastning af vakuumpumpen i området mellem 1000 og 300 millibar. Mellem atmosfærisk tryk og "grov" vakuum arbejder den med væsentligt reduceret ydeevne. Dette samt designet, der stammer fra kompressorkonstruktion, bidrager i stor grad til at forlænge nedpumpningstiden.
Det er lige præcis disse forskelle, som i sidste ende påvirker sammenligningstestens resultater.

Konklusion
Test 2 blev udført under realistiske betingelser. Æbler blev sammenlignet med æbler – de faktiske sammenligningsdata for vakuumgenerering blev indsamlet og sammenlignet. Den olieomsmurte lamelvakuumpumpe (RVVP), R 5 RA 0630 C, fra Busch klarede sig væsentligt bedre end skruevakuumpumpen (SVP), som oprindeligt blev designet som en kompressor, både hvad angår nedpumpningstiden og energiforbruget. Testresultaterne bekræfter overlegenheden af denne vakuumpumpe, som er denne præstationsklasses bedst sælgende. 


Kategorier
Vil du vide mere?
Kontakt os direkte i (Busch Danmark)
+45 (0)87 88 07 77 Kontakt os