De sex vanligaste misstagen vid användnign av turbomolekylära vakuumboosters och hur man undviker dem

Vakuumboosters är nödvändiga i tillämpningar där höga pumphastigheter och låga tryck krävs, som livsmedelsförpackning, beläggning, metallurgi och läckagedetektering. Ändå kan även små misstag i installationen eller driften leda till kostsamma driftstörningar, skador på utrustningen eller fullständigt haveri. I den här artikeln utforskar vi de sex vanligaste misstagen vid användning av en vakuumbooster och hur man övervinner dem.

1. Tillåter inte tid för att svalna innan sluttryck uppnås

Det rekommenderas alltid att låta en vakuumbooster svalna mellan drift vid maximalt differenstryck och sluttryck. Maximalt differenstryck uppstår under evakueringscykeln och genererar mest värme. Det leder till att temperaturen stiger plötsligt, vilket minskar mellanrummet mellan rotorn och huset. Vid sluttrycket har nästan alla gaser avlägsnats. De roterande loberna roterar med mycket höga varvtal, men gasgenomströmningen är minimal eller till och med noll. Det innebär att värmen inte kan avledas snabbt genom gasen och höljets yta. Om upprepade cykler utförs med otillräcklig avsvalningstid har loberna inte längre tillräckligt med utrymme för att rotera på grund av det minskade mellanrummet och boostern kommer att kärva. I extrema fall kan detta leda till ett totalt haveri.

2. Felaktiga temperaturvariationer

Plötsliga kraftiga sänkningar av den omgivande temperaturen under drift, särskilt vid sluttryck, kan vara kritiska för en booster. Den termiska chocken gör att huset drar ihop sig medan loberna fortfarande är varma. På samma sätt som vid otillräcklig avsvalningstid, minskar det nödvändiga mellanrummet mellan huset och loberna, vilket resulterar i att vakuumboostern kärvar. För att förhindra temiska chocker bör operatören undvika att plötsligt öppna dörrar i närheten av vakuumboostern, särskilt på vintern när temperaturskillnaderna kan vara stora. Dessutom måste boosters som är placerade utomhus skyddas mot regn med ett tak eller en kåpa.

Extrem försiktighet måste också iakttas i händelse av brand. Om släckvatten riktas mot vakuumboostern kan huset spricka. Detta är särskilt viktigt för boosters med hus av grått gjutjärn. Segjärn, med sin högre materialstyrka, klarar sådana termiska fluktuationer bättre.

3. Tillåter plötslig vätskeinströmning

Vätskeinströmning är en risk i processer som involverar kondenserbara ångor, våta gaser, vätsketransport eller termisk växling. Detta inkluderar tillämpningar som vakuumdestillering och ångåtervinning. Små mängder vätska kan förångas snabbt och enkelt tack vare det vakuum som genereras av förpumpen och vakuumboostern – under vakuum, det reducerade trycket sänker vätskans kokpunkt, vilket gör att den avdunstar snabbt även vid lägre temperaturer. Problem kan dock uppstå om stora mängder vätska plötsligt flödar från processen in i vakuumpumparna. Denna plötsliga vätskeinströmning kan ha samma effekt som sänkning av lufttemperaturen, vilket orsakar plötslig kylning och i slutligen leder till att boostern förstörs. Den extra mängden vätska kan inte avdunsta tillräckligt snabbt och trycket på förvakuumsidan kan stiga till för höga nivåer, vilket kan orsaka problem som överhettning, stopp eller mekaniska skador. För att förhindra att denna typ av situation uppstår bör en behållare, t.ex. en vätskeavskiljare, placeras mellan processkammaren och vakuumboostern så att vätskan avlägsnas innan den når boostern.

4. Felaktigt förhållande mellan booster och förpump

I tillämpningar som kräver cykeltider på bara några sekunder, som t.ex. lastlås med snabba cykler, måste operatören säkerställa att inkopplingsförhållandet – förhållandet mellan vakuumboosterns kapacitet och förpumpens kapacitet – är litet, t.ex. 2:1. Inkopplingsförhållandet definierar systemets nedpumpningstid, energiförbrukning, total utrustningskostnad, utrustningens fotavtryck och den värme som genereras under drift. Högre inkopplingsförhållanden är möjliga, men på bekostnad av cykeltiden, och därför väljs inkopplingsförhållandet med hänsyn till tillämpningskraven.

För en liten lastlåskammare som till exempel används för att överföra halvledarskivor kan detta innebära en kapacitet på 500 m³/h för boostern och 250 m³/h för förpumpen. Anledningen till detta är att gasen från atmosfären upp till cirka 100 hPa (mbar) har den högsta densiteten och innehåller det största antalet molekyler att avlägsna, så även en låg kapacitet räcker. Detta område evakueras huvudsakligen med hjälp av förpumpen. Men när trycket sjunker så minskar även antalet molekyler per liter, så det krävs en mycket högre kapacitet i form av en booster för att ta bort molekylerna med en användbar hastighet. Förpumpar är konstruerade för att hantera gaser med hög densitet och stora tryckskillnader, men inte höga volymflöden. Boosters är däremot optimerade för att transportera stora volymer mycket tunn gas och har därför högre volymflöde.

Under 100 hPa (mbar) ökar vakuumboosters avsevärt systemets volymflöde och når maximal genomströmning under 10 hPa (mbar). Därför måste förpumpen ha rätt storlek så att den effektivt kan nå ett tryck på 100 hPa (mbar). Felaktig storlek på förpumpen kan ha flera negativa konsekvenser: För det första ökar en liten förpump cykeltiden, vilket påverkar tillämpningens produktivitet negativt och orsakar eventuellt defekter eller lägre produktkvalité. För det andra kommer även energiförbrukningen att öka i takt med att vakuumpumparna arbetar hårdare för att uppnå önskade vakuumnivåer. Slutligen ökar den extra påfrestningen slitaget på både vakuumboostern och förpumpen, vilket ökar underhållsbehovet och de därmed förknippade kostnaderna.

5. Låta damm och skräp ansamlas

Vissa processer, som metallurgi och kristalldragning, genererar avsevärda mängder partiklar och damm. Vi rekommenderar därför att dammfilter installeras på inloppssidan för att skydda både vakuumboostern och vakuumpumpen nedströms. Detta förhindrar att skräp kommer in i vakuumpumparna och orsakar skador i kompressionskammaren, vilket annars kan leda till minskad effektivitet, ökat underhållsbehov och processavbrott.

Dessutom bör inloppsfilter installeras vid vakuumboosterns inlopp för att förhindra att större partiklar kommer in. Detta skyddar också mot svetssträngar som kan lossna från svetsfogarna i rörsystemet. Vi rekommenderar att du använder inloppssilar som levereras av vakuumpumpens tillverkare för att säkerställa att det fria tvärsnittet matchar vakuumpumpens nominella inloppsdiameter. Detta säkerställer att kapaciteten inte försämras på grund av konduktansförluster. Om nätsilen har en mindre öppning än vakuumpumpens nominella inloppsdiameter begränsar den gasflödet. Detta minskar den effektiva kapaciteten. Användning av nät som designats av pumptillverkaren säkerställer att öppningen är tillräckligt stor så att vakuumpumpens prestanda inte försämras.

6. Att läckagetäthet inte säkerställs vid hantering av kritiska gaser

Vid pumpning av dyra, rena gaser som helium-3 eller helium-4 måste utbyte med den omgivande luften undvikas. Dessa gaser är extremt värdefulla och används ofta i tillämpningar som kräver mycket höga renhetsnivåer. Även små mängder kontaminering orsakad av luftinsläpp kan avsevärt påverka gasens kvalitet och effektivitet i dessa tillämpningar.

En hög täthetsnivå är därför avgörande för vakuumpumpen, med läckagehastigheter under 10-5 (mbar) l/s. Axeltätningsringar kan ibland vara ett problem i detta avseende: de kan bli otäta vid slitage. Därför rekommenderas vakuumpumpar med permanentmagnetkopplingar istället för konventionella axelgenomföringar.

Det är också möjligt att använda en vakuumbooster med en kapslad motor. En kapslad motor kapslar in rotorn i en hermetiskt försluten behållare, vilket eliminerar behovet av externa axeltätningar och därmed potentiella läckagepunkter. Eftersom den kapslade motorn är utvecklad för en specifik vakuumpump måste service utföras av vakuumpumpens tillverkare. Magnetkopplingar gör det däremot möjligt att använda mer kostnadseffektiva standardmotorer.

Sammanfattning

Korrekt underhåll och drift är nyckeln till att maximera effektiviteten och livslängden för en vakuumbooster. Genom att följa bästa praxis som att tillåta avsvalningstid innan sluttryck uppnås, undvika plötsliga temperaturvariationer, upprätthålla rätt förhållande mellan vakuumbooster och förpump, förhindra vätskeinströmning, installera dammfilter och säkerställa läckagetäthet vid hantering av kritiska gaser kan operatörer avsevärt minska risken för fel på utrustningen och driftstörningar.

Att förstå dessa vanliga misstag och implementera rekommenderade metoder kommer inte bara att förbättra vakuumboosterns prestanda utan också bidra till säkrare och mer ekonomiska industriella processer.