Vloeistofringvacuümpompen – klassieke vacuümtechnologie, maar tegelijkertijd state-of-the-art

Vacuümtechnologie blijft altijd in ontwikkeling – niet alleen in het recente verleden, maar al tientallen jaren maakt het een constante vooruitgang door. Vandaag de dag worden droge schroefvacuümpompen gebruikt in de chemische verwerkingstechnologie en veel andere toepassingen, net als droge klauwenvacuümpompen zich hebben gepositioneerd als standaard vacuümopwekkers in volledige industriesectoren. Oliegesmeerde draaischuifvacuümpompen zijn ook state-of-the-art in veel toepassingen, met name dankzij hun continue ontwikkeling. In hun toepassingsgebieden zijn ze over het algemeen de meest gebruikte vacuümpompen.

Het principe achter de vloeistofringvacuümpomp werd al in de jaren 1890 ontwikkeld in de vorm van de "waterringpomp". Dankzij hun eenvoudige en robuuste constructie zijn vloeistofringvacuümpompen (afb. 1) geschikt voor vacuümopwekking in toepassingen waarbij nevelgassen of dampen worden geëvacueerd of toepassingen waarbij condensatie in de vacuümpomp neigt plaats te vinden tijdens het compressieproces. Ze zijn daarom ideaal geschikt voor vochtige processen en worden dus gebruikt voor het opwekken van grofvacuüm in procestechnologie, de chemische industrie, tijdens petroleumproductie en -verwerking, voor de ventilatie van condensors van stoomturbines, in de kunststofindustrie, papierproductie, de voedseltechnologiesector en veel andere industriële toepassingen.

Werkingsprincipe

Als bedrijfsvloeistof gebruiken vloeistofringvacuümpompen water of een vloeistof die compatibel is met het gas of de damp die geëvacueerd moet worden. Ethyleenglycol, minerale oliën of organische oplosmiddelen worden ook gebruikt, alsook andere vloeistoffen die al onderdeel uitmaken van het proces. Het basisprincipe is hetzelfde in alle afmetingen en uitvoeringen.

Een excentrisch geplaatst rotorwiel draait binnen een cilindrische behuizing (afb. 2). Deze behuizing is zo ver gevuld met bedrijfsvloeistof dat de rotorschuiven ondergedompeld zijn in de vloeistof. De draaibeweging van het rotorwiel en de hieruit voortvloeiende centrifugaalkracht zorgen ervoor dat de vloeistof in de behuizing de zogenaamde vloeistofring vormt. Het gas wordt in de ruimten tussen de individuele schuiven en de vloeistofring gepompt. Dankzij de excentrische plaatsing van het rotorwiel veranderen de volumes van deze ruimten met als resultaat dat het gas naar binnen wordt gezogen, wordt gecomprimeerd en opnieuw wordt vrijgegeven. De vloeistofring dicht de individuele ruimten naar beneden af tot aan de cilinder. Daarom wordt de vloeistof soms de afdichtingsvloeistof genoemd in plaats van de bedrijfsvloeistof.

Mechanisme

Als gevolg van de gebruikte bedrijfsvloeistof kan dit mechanisme alleen worden gebruikt in het grof vacuümbereik. De reden hiervoor is dat het bereikbare vacuümniveau afhankelijk is van de dampdruk en de viscositeit van de bedrijfsvloeistof, die constant door de vacuümpomp wordt gepompt. Hierdoor kan een vloeistofringvacuümpomp bij relatief lage temperaturen worden gebruikt. Het werkt ook voornamelijk isothermaal. Dat betekent dat het rondgepompte medium nauwelijks opwarmt tijdens het compressieproces. Dit is waarom vloeistofvacuümpompen virtueel voorbestemd zijn voor het pompen van dampen en gassen met een hoog vochtgehalte. De lage temperaturen in de vacuümpomp zijn geschikt voor condensatie van vochtige gassen en dampen. Tot op bepaalde hoogte betekent dit dat de vacuümpomp aanvullend functioneert als een condensator. Omdat condensatie al plaatsvindt wanneer het gas de vacuümpomp binnenstroomt, wordt het volume van het gas drastisch verminderd. Naast het condensatie-effect zorgt dit ook voor een toename in de nominale pompsnelheid. De bedrijfsvloeistof leidt de compressiewarmte weg, een proces dat condensatie en een toename in pompsnelheid ondersteunt. Een belangrijk voordeel van vloeistofringvacuümpompen is dat de bedrijfsvloeistof en de materialen die worden gebruikt voor de componenten kunnen worden aangepast aan het te verpompen medium. Dit maakt het ook mogelijk om explosieve gassen en dampen te verpompen. Dankzij de lage bedrijfstemperaturen kan het verpompen van explosieve materialen in ieder geval worden beschouwd als minder problematisch dan met andere mechanische vacuümpompen.

Constructie

Er wordt een basisdifferentiatie gemaakt tussen eentraps en tweetraps vloeistofringvacuümpompen. In de eentraps uitvoering wordt het bovenbeschreven compressieproces uitgevoerd in één compressiefase. In de tweetraps vacuümpomp (afb. 3) wordt het voorgecomprimeerde verpompte medium van de eerste fase overgebracht naar een tweede compressiefase en nogmaals gecomprimeerd. Met eentraps vloeistofringvacuümpompen kunnen eiddrukken van 130 hPa (mbar) worden bereikt, terwijl de tweetraps uitvoeringen een druk van 33 hPa (mbar) kunnen bereiken.

Zelfs de afmetingen variëren aanzienlijk. Busch Vacuum Solutions heeft verschillende series en uitvoeringen van DOLPHIN vloeistofringvacuümpompen in zijn portfolio, met pompsnelheden die het bereik van 25 tot 26.500 kubieke meter per uur beslaan.

Varianten

Toevoer en verwijdering van bedrijfsvloeistof kan op drie manieren plaatsvinden:

1. Niet-recirculerend bedrijf
Dit is de eenvoudigste bedrijfsvariant voor een vloeistofringvacuümpomp en wordt toegepast wanneer er voldoende bedrijfsvloeistof beschikbaar is. De compressiefase wordt constant voorzien van bedrijfsvloeistof. De vloeistof wordt vervolgens samen met het gas en het condensaat afgevoerd.

2. Open vloeistofcircuit
In een open circuit (afb. 4) wordt de bedrijfsvloeistof samen met het gas afgeleid naar een vloeistofafscheider nadat het de vacuümpomp verlaat. Daar worden vloeistof en gas van elkaar gescheiden. Het gas wordt afgevoerd of doorgesluisd, terwijl verse bedrijfsvloeistof wordt aangevoerd in de vloeistofafscheider. Dit zorgt ervoor dat het circuit voldoende vloeistof bevat en dat de temperatuur niet stijgt. Dit type open circuit kan tot 50 procent vloeistof besparen vergeleken met niet-recirculerend bedrijf.

3. Gesloten vloeistofcircuit
In een gesloten circuit bevindt zich ook een vloeistofafscheider downstream van de pomp (afb. 5). Gas wordt hieruit afgevoerd terwijl de bedrijfsvloeistof wordt afgeleid met behulp van een warmtewisselaar voordat het opnieuw de vacuümpomp binnenstroomt. De bedrijfsvloeistof wordt dus constant gekoeld. Deze configuratie bespaart tot 95 procent van de bedrijfsvloeistof. Dit betekent dat slechts kleine hoeveelheden verse vloeistof moeten worden aangevuld via de vloeistofafscheider. Om deze reden raden we het gesloten circuit aan wanneer er niet voldoende bedrijfsvloeistof beschikbaar is of wanneer er zoveel mogelijk bedrijfsvloeistof moet worden geconserveerd.

Op de toepassing afgestemde vacuümsystemen

Vloeistofringvacuümpompen zijn uiterst geschikt voor gebruik als modules in vacuümsystemen en -installaties. Lagere einddrukken kunnen worden bereikt in combinatie met stoomstralen. Er kunnen technisch en economisch optimale oplossingen worden gevonden voor vacuümsystemen die direct zijn afgestemd op de individuele toepassing. Busch Vacuum Solutions heeft tientallen jaren ervaring in het ontwerpen, configureren en maken van deze soorten systemen, die wereldwijd economisch en veilig worden gebruikt in de chemische procestechnologie, petroleumproductie en -verwerking, stroomopwekking en vele andere gebieden. De individuele maten van de DOLPHIN vloeistofringvacuümpompen van Busch zijn beschikbaar in verschillende ATEX-gecertificeerde uitvoeringen.