Kolvpumpar jämfört med skruvvakuumpumpar

Kolvpumpar och skruvvakuumpumpar är två vanliga typer av vakuumpumpar som används för att generera nödvändigt vakuum i industriella, kommersiella och laboratoriemiljöer. Även om båda har sina fördelar ger skruvvakuumpumpar överlägsen prestanda i många tillämpningar, från förpackning till odling av kiselkristaller för solcellspaneler. Att välja rätt vakuumteknik är avgörande för driftseffektivitet och kostnadseffektivitet.

Så här fungerar skruvvakuumpumpar

En skruvvakuumpump är en positiv deplacementpump som avlägsnar luft eller andra gaser från ett slutet utrymme för att generera vakuum. Den arbetar med två skruvrotorer som roterar i motsatt riktning i ett cylinderformat hus. Det pumpade mediet kommer in i vakuumpumpen genom inloppet och fångas upp i kammare som bildas mellan cylindern och de dubbla skruvarna. När rotorerna roterar flyttar de det pumpade mediet längs skruvarnas längd mot utloppet. Under denna process minskar utrymmet (volymen) som finns tillgängligt för det pumpade mediet eftersom kammarens storlek minskar kontinuerligt. Detta leder till att det pumpade mediet komprimeras tills det når sin minsta möjliga volym. Sedan trycks det genom utloppet.

Under processen kommer inte skruvrotorerna i kontakt med varandra eller vakuumpumpens hus, vilket minimerar slitaget och eliminerar behovet av smörjmedel som olja.

Så här fungerar kolvpumpar

Precis som skruvvakuumpumpar arbetar kolvpumpar enligt principen för positiv deplacement. De konstruerades ursprungligen för att effektivt överföra vatten och andra vätskor under tryck, främst för jordbruks- och hushållsbruk för att suga upp vatten från brunnar eller floder. Men de klarar även att generera vakuum.

Själva pumpen består av en cylinder där en kolv rör sig fram och tillbaka. På varje sida av cylindern finns en ventil – en för sug, en för utlopp. Kolven är kopplad till en vevstake som är fäst på en vevaxel. En elmotor roterar vevaxeln och flyttar kolven när vakuumpumpen är igång.

Vakuumgenereringen startar vid insugsslaget, då kolven rör sig bakåt. Detta ökar volymen i cylindern. När volymen ökar minskar trycket inuti cylindern och gasmolekylerna har mer utrymme att röra sig. Trycket inuti cylindern är nu lägre än trycket i kärlet som ska evakueras. När gaser rör sig från områden med högre tryck till områden med lägre tryck sugs luften eller gasen i kärlet in i cylindern.

När kolven når slutet av sin slaglängd stängs sugventilen och det pumpade mediet fångas in. Kolven rör sig sedan i motsatt riktning, vilket minskar cylindervolymen och komprimerar det pumpade mediet. När det komprimeras sker en tryckökning och mediet trycks ut genom utloppsventilen. Genom att kolven upprepade gånger flyttas fram och tillbaka evakuerar pumpen kontinuerligt luft eller gas från kärlet och genererar vakuum.

Typer av kolvpumpar

Till skillnad från vakuumpumpar är kolvpumpar inte optimerade för att generera konstant höga vakuumnivåer, men kan vara effektiva för grov- till finvakuum. För att uppnå ett jämnare flöde kan man använda pumpar med flera kolvar och cylindrar. Enkelverkande kolvpumpar har en ventil i varje ände, där gassugning och utsläpp sker enligt den ovan beskrivna principen. Varje kolvcykel genererar vakuum genom att suga in gas under insugsslaget, följt av kompression och utblås under utblåsslaget.

Däremotgenererar dubbelverkande kolvpumpar vakuum under både kolvens framåt- och bakåtrörelse. I denna konstruktion är cylindern uppdelad i två kammare, en på vardera sida om kolven. Varje kammare har en sug- och en utloppsventil.

När kolven rör sig bakåt expanderar volymen i kammare A. Samtidigt sjunker trycket i kammaren och gaser sugs från den pumpade behållaren genom sugventilen. I kammare B sker den omvända processen. När kolven rör sig bakåt komprimeras den tidigare pumpade gasen och trycks ut genom utloppsventilen. När kolven rör sig framåt igen byter kamrarna roller. Detta innebär att insugning av gas sker i kammare B, medan den pumpade gasen i kammare A komprimeras och släpps ut. Denna konstruktion är effektivare eftersom evakueringen sker både vid de bakåtgående och framåtgående slagen, vilket resulterar i ett jämnare flöde.

Vanliga tillämpningar

Även om driftsprincipen för skruvvakuumpumpar och kolvpumpar skiljer sig åt kan de i många fall användas för samma tillämpningar. Kolvpumpar kan dock inte uppnå höga vakuumnivåer. De kan användas i tuffa miljöer med varierande temperaturer, eller då slipande ämnen som sand som kan finnas i det pumpade mediet. Exempel på relevanta tillämpningar är värmebehandling vid komposittillverkning, vakuumdestillering inom kemi- och läkemedelsindustrin eller vakuumsmältning inom metallurgi.

Skruvvakuumpumpar kan användas lika effektivt i samma krävande tillämpningar som kolvpumpar, men erbjuder ytterligare fördelar. De kan uppnå högre vakuumnivåer, kräver mindre underhåll och arbetar renare. Därför är de även lämpliga för stålavgasning, frystorkningsprocesser i livsmedelsindustrin eller olika tillämpningar inom litiumbatteritillverkningen. De finns i olika konstruktioner och erbjuder tillval för anpassning till olika branscher – även de som kräver rena, föroreningsfria miljöer som halvledartillverkning.

Fördelar med skruvvakuumpumpar

Energieffektivitet

Skruvvakuumpumpar är energieffektivare i vakuumtillämpningar, där kolvpumpar får arbeta hårdare. Kolvpumpar som ursprungligen konstruerades för att transportera vätskor under högt tryck, kan slösa energi vid vakuumgenerering. Detta beror på kolvens mekaniska rörelse som krävs för att upprätthålla vakuum, tillsammans med friktion och värmeförlust. Därför används kolvpumpar ofta under intermittent drift. Det innebär att de regelbundet slås till och från, till exempel vid förpackning eller hantering och lyft, där vakuum endast behövs under korta perioder. Skruvvakuumpumpar däremot genererar vakuum genom rotation, vilket möjliggör effektivare kontinuerlig drift. Detta minimerar energiförlusterna och bidrar till att upprätthålla konstanta vakuumnivåer.

Vakuumpumpar från Busch är designade för att maximera energieffektiviteten. De kan utrustas med ECOTORQUE, drivenheten med variabelt varvtal (VSD) från Busch. Detta tillval finns även för COBRA torra skruvvakuumpumpar. Genom att justera vakuumpumpens varvtal efter de faktiska processkraven kan ECOTORQUE uppnå energibesparingar på upp till 50 %. Detta gör dem till ett idealiskt val för alla branscher som vill minska energikostnaderna och öka driftseffektiviteten.

Underhåll

Skruvvakuumpumpar kräver generellt mindre underhåll jämfört med kolvpumpar. Kolvpumpar har fler mekaniska komponenter, som cylinderfoder och kullager, som slits med tiden. Skruvvakuumpumpar erbjuder bättre långsiktig hållbarhet, särskilt i tillämpningar där vakuumpumpen används kontinuerligt och där stillestånd på grund av underhåll måste hållas till ett minimum. Skruvrotorerna inuti vakuumpumpen kommer inte i kontakt med varandra eller cylinderhuset. Denna beröringsfria kompression av det pumpade mediet leder till att de rörliga delarna inte utsätts för slitage. För COBRA torrgående skruvvakuumpumpar hålls underhållskostnaderna på ett minimum eftersom endast växellådsoljan behöver bytas med jämna mellanrum.

Driftskostnader

Kolvpumpar kräver en konstant oljeförsörjning för att säkerställa korrekt smörjning av rörliga delar, upprätthålla en tät försegling mellan kolvar och cylinderväggar och avleda värme som genereras under drift. Därför installerar många kunder en speciell oljeledning för att eliminera behovet av konstant påfyllning av olja. Detta leder dock till högre driftskostnader på grund av de stora mängder olja som förbrukas. COBRA torrgående skruvvakuumpumpar från Busch behöver ingen olja i kompressionskammaren, vilket sparar in på dessa kostnader.

Bullernivåer

Kolvpumparnas rörelse fram och tillbaka tenderar att generera betydande buller- och vibrationsnivåer. Detta kan vara ett problem i miljöer där bullerkontroll och minimala vibrationer är viktiga.

COBRA torrgående skruvvakuumpumpar arbetar vid en mycket lägre ljudnivå på cirka 69 dB(A), jämförbart med ljudet från en hushållsdammsugare. Beroende på storlek kan en kolvvakuumpump däremot uppnå 85 dB(A), vilket motsvarar att stå nära en trafikerad väg.

Driftsäkerhet

Kolvpumpar används främst för att flytta vätskor eller gaser med hjälp av kolvens fram- och tillbakarörelse i en cylinder. De är inte optimerade för att upprätthålla höga vakuumnivåer vid kontinuerlig drift, men kan vara effektiva för att generera grov- till finvakuum, till exempel för vakuumformning eller förpackning.

Skruvvakuumpumpar från Busch är kända för sin långa livslängd, vilket ger effektivitet och tillförlitlighet under långa perioder för alla vakuumnivåer. COBRA torrgående skruvvakuumpumpar är designade för utmanande miljöer som stålavgasning. De har extremt hög ång- och partikeltolerans, vilket säkerställer stabil prestanda i krävande industriella tillämpningar.