Главное — принцип действия

Maulburg, Germany Вакуумные насосы являются важным оборудованием при упаковке свежих продуктов. Какой вакуумный насос имеет самый высокий КПД? На этот вопрос может ответить метод прямого сопоставления, если была выполнена соответствующая настройка параметров испытания. Недавно опубликованное сравнительное исследование показывает превосходство винтового вакуумного насоса с масляным уплотнением. Однако этот результат был получен при использовании параметров испытания, которые кажутся нереалистичными. Независимая испытательная компания TÜV Süd также провела сравнение используемых вакуумных насосов. Компания провела реалистичное моделирование стандартного производственного процесса. В этих условиях результат оказался явно в пользу пластинчато-роторных вакуумных насосов с масляной смазкой.
Рис. 1: Энергопотребление со стандартным двигателем. Source: Busch Vacuum Solutions
Рис. 1: Энергопотребление со стандартным двигателем. Source: Busch Vacuum Solutions

В данной статье описываются два сравнительных испытания. Для ясности далее они называются Испытание 1 и Испытание 2. Для удобства винтовой вакуумный насос с масляным уплотнением сокращенно обозначен как SVP, а масляный пластинчато-роторный вакуумный насос — как RVVP

Испытание 1. Мощность по требованию или работа при полной нагрузке
Это испытание было инициировано компанией-производителем винтового вакуумного насоса с масляным уплотнением (SVP). Компания в основном специализируется на компрессорах, и рассматриваемая машина сконструирована на основе компрессорной технологии. Данный насос сравнивался с масляным пластинчато-роторным вакуумным насосом R 5 RA 0630 C (RVVP) производства Busch. Однако параметры испытания не позволяли проводить реалистичное сравнение по нескольким причинам.
В ходе испытаний моделировались различные процессы, связанные с вакуумированием. Однако перерывы в эксплуатации, включая ночные простои, в течение которых RVVP, в отличие от SVP, продолжал работать, очевидно, также были включены. В ходе испытания SVP работал как часть системы, включающей частотные преобразователи и интегрированную систему управления, которая останавливала вакуумный насос во время перерывов. С другой стороны, насос RVVP, очевидно, был подключен как изолированная машина, которая постоянно работала на полную мощность.
Таким образом, в испытании 1 сравнивались, образно говоря, яблоки с апельсинами. Непрерывно работающий вакуумный насос, естественно, потреблял больше электроэнергии, чем его регулируемый аналог, который автоматически останавливался при перерыве в работе. Насос RVVP также может быть оснащен преобразователем частоты и системой управления — компания Busch предлагает такую версию этого вакуумного насоса. Это поставило бы оба насоса в одинаковые начальные условия. Очевидно, этого сделано не было. К сожалению, в описании испытания нет точной информации о таких существенных базовых условиях.
Из-за своей конструкции RVVP имеет в целом самое высокое энергопотребление на этапе запуска в диапазоне давления между атмосферным и примерно 300 mbar (рис. 1). Однако потребление энергии резко уменьшается с уменьшением впускного давления. SVP же потребляет примерно такое же количество энергии в диапазоне между атмосферным и предельным остаточным давлением. Это означает, что насос RVVP требует значительно меньшей мощности в рабочем диапазоне между предельным остаточным давлением и 100 mbar, чем SVP.

Испытание 2. Равные условия
Второе сравнительное испытание (рис. 2) было недавно проведено независимой испытательной компанией TÜV Süd. Это одна из ведущих экспертных организаций такого рода. Были испытаны те же вакуумные насосы, что и в испытании 1. Однако в этот раз была смоделирована реальная работа без перерывов и ночных остановок. Испытание 2 имитировало рабочий цикл вакуум-упаковочной машины. Это обычная сфера применения вакуумных насосов в промышленности. Как часто бывает в таких случаях, оба вакуумных насоса дополнительно поддерживаются идентичными вакуумными усилителями (бустерными вакуумными насосами). Кроме того, параметры и процедура испытания были проверены известным производителем вакуум-упаковочных машин и признаны реалистической имитацией.
В качестве примера применения была выбрана упаковочная машина с большим объемом камеры, которая используется для упаковки мясных или сырных продуктов. Как правило, такая машина с автоматической подачей продукта выполняет несколько циклов в минуту.
В ходе испытания эта машина была смоделирована с использованием камеры объемом 300 l и системы труб длиной 11,5 m между камерой, вакуумным усилителем и вакуумным насосом. Вакуумирование камеры проводилось циклически, до уровня вакуума 5 mbar.
Время вакуумирования зависело от производительности вакуумных насосов. Промежуток между циклами вакуумирования был установлен равным 14 s — типичный промежуток времени для упаковочных машин такого размера. Фиксировалось требуемое время вытягивания вакуумных насосов и их потребление энергии. 


Рис. 2: Реалистичные параметры испытания с использованием вакуумного контейнера, вакуумного усилителя и испытываемого вакуумного насоса в качестве форвакуумного насоса

Однозначные результаты
Результаты различных испытаний были согласованными и однозначными: пластинчато-роторный вакуумный насос (RVVP) выполняет вакуумирование быстрее (рис. 3) и потребляет меньше энергии, чем винтовой вакуумный насос (SVP). В зависимости от установленной скорости RVVP это приводит к сокращению времени вакуумирования или увеличению энергосбережения. Например, RVVP работает на 11 % быстрее в режиме 40 Hz и потребляет на 42 % меньше энергии. 


Рис. 3: Исполнение модульных установок в зависимости от скорости или конструкции вакуумного насоса

Помимо времени вытягивания и потребления энергии, во время данного испытания измерялись скорость откачки и потребление энергии как функция впускного давления (рис. 4). По этим измеренным значениям рассчитывалось удельное потребление энергии (SEC) при различных уровнях вакуума. Это дает точную информацию о том, сколько ватт необходимо для извлечения одного кубического метра воздуха в час, чтобы достичь определенного уровня вакуума. В этом случае RVVP также превосходит SVP на всех уровнях вакуума. Экономия энергии составляет от 13 до 73 %. При уровне вакуума 10 mbar (типично для практического применения) RVVP потребляет на 38 % меньше энергии, чем SVP (рис. 4). 


Рис. 4: Сравнение удельного потребления энергии (SEC) испытываемых вакуумных насосов как функции впускного давления

Принципиальный вопрос
Результаты являются на удивление однозначными. RVVP — это классика в технологиях вакуумных насосов. Используемый здесь R 5 RA 0630 C прошел десятилетия технической оптимизации процесса генерации вакуума. В отличие от него, насос SVP является, по сути, переоборудованным компрессором. Хотя и создание вакуума, и сжатие связаны с откачкой газа, различные цели требуют различных технических решений.
Для компрессоров степень сжатия обычно составляет 1 : 10; для вакуумных насосов она составляет от 1 : 100 до 1 : 1000, то есть намного выше. С технической точки зрения это означает, что в винтовом компрессоре оба винта и корпус могут быть изготовлены с большими допусками. Это означает, что производство является более рентабельным и целевая степень сжатия 1 : 100 достигается несмотря на увеличение количества внутренних утечек. Однако это происходит только потому, что имеет место более быстрое вращение, примерно 7000 rpm при полной нагрузке. С другой стороны, RVVP представляет собой чистый вакуумный насос с прецизионными деталями и минимальными допусками, что сводит к минимуму внутренние утечки и в конечном итоге обеспечивает гораздо более высокую степень сжатия. Поэтому он обеспечивает постоянную производительность от начала до конца вакуумирования при низком потреблении энергии. Максимальная скорость данного насоса составляет всего лишь 1000 rpm. Более низкая скорость уменьшает механическую нагрузку и, как следствие, снижает требования, предъявляемые к техническому обслуживанию. Это также позволяет значительно увеличить срок службы насоса и сократить затраты на его обслуживание.
С другой стороны, насосы SVP требуют отдельного регулирования давления с помощью впускного регулирующего клапана, чтобы предотвратить перегрузку вакуумного насоса в диапазоне от 1000 до 300 millibar. Между атмосферным давлением и грубым вакуумом их производительность в значительной мере снижается. Это, а также конструкция, характерная для компрессора, вносит существенный вклад в увеличение времени вытягивания.
Именно эти различия в конечном итоге повлияли на результаты сравнительного испытания.

Вывод
Испытание 2 проводилось в реальных условиях. Яблоки сравнивались с яблоками — другими словами, были собраны и сравнены фактические данные о производительности процесса генерации вакуума. Масляный пластинчато-роторный вакуумный насос R 5 RA 0630 C (RVVP) производства Busch работал гораздо эффективнее, чем винтовой вакуумный насос (SVP), изначально разработанный как компрессор, как с точки зрения времени вытягивания, так и в плане потребления энергии. Результаты испытаний подтверждают превосходство самого продаваемого вакуумного насоса в этом классе производительности. 


Категории
Хотите узнать больше?
Свяжитесь с нами (Busch Россия):
+7 495 648 67 26 Связаться