Vakuumpumpar med vätskering – traditionell vakuumteknik som fortfarande är aktuell

Vakuumtekniken har aldrig slutat utvecklas – inte bara under den senaste tiden, utan under flera decennier har den fortsatt att utvecklas. Numera används torrgående skruvvakuumpumpar inom kemisk processteknik samt inom många andra tillämpningar samtidigt som torrgående klovakuumpumpar har blivit den etablerade tekniken för att producera vakuum inom många industrisektorer. Även oljesmorda lamellvakuumpumpar har blivit standard inom många användningsområden, inte minst tack vare det kontinuerliga utvecklingsarbetet. Inom sina respektive användningsområden är de vanligtvis dominerande.

Den grundläggande principen bakom denna teknik utvecklades så tidigt som 1890 i form av ”vätskeringspumpen”. Med sin funktionella och robusta konstruktion passar vakuumpumpar med vätskering (fig. 1) som vakuumkälla i tillämpningar där fuktig gas eller ånga evakueras eller då kondensation kan bildas i vakuumpumpen vid komprimeringen. De passar därmed perfekt för fuktiga processer och används därför bland annat för grovvakuum inom processteknik och kemisk industri, vid produktion och bearbetning av petroleum, för evakuering av kondensorer i ångturbiner samt inom plastindustrin, papperstillverkning och livsmedelsbranschen.

Driftsprincipen

I vakuumpumpar med vätskering används som vatten som driftsvätska eller en vätska som är lämplig för gasen eller ångan som ska evakueras. Dessutom används etylenglykol, mineraloljor eller organiska lösningsmedel, samt andra vätskor som redan ingår i processen. Den grundläggande principen är densamma för alla storlekar och versioner.

En excentriskt monterad impeller roterar i ett cylinderhus (fig. 2). Cylinderhuset är fyllt med driftsvätska så att impellerns blad är nedsänkt under ytan. Genom impellerhjulets roterande rörelse och den resulterande centrifugalkraften kommer vätskan i cylindern att bilda den så kallade vätskeringen. Gasen pumpas in i utrymmena mellan de enskilda lamellerna och vätskeringen. Tack vare impellerhjulets excentriska placering ändras volymen i dessa utrymmen vilket gör att gasen sugs in, komprimeras och förs ut igen. Vätskeringen förseglar de enskilda utrymmena ned till cylindern. Av den anledningen kallas vätskan ibland för tätningsvätska istället för driftsvätska.

Mekanism

På grund av driftsvätskan kan denna mekanism endast användas i grovvakuumområdet. Anledningen är att det är ångtrycket hos driftsvätskan, som ständigt pumpas genom vakuumpumpen, som avgör vilken vakuumnivå som kan uppnås. Det gör att en vakuumpump med vätskering fungerar med relativt låga temperaturer. Den arbetar dessutom företrädesvis isotermiskt. Det innebär att det medium som ska pumpas knappt värms upp alls under kompressionsprocessen. Vakuumpumpar med vätskering blir därmed perfekta för pumpning av ånga och gas med hög fukthalt. Den låga temperaturen i vakuumpumpen är gynnsam för kondensering av processånga. I viss utsträckning innebär detta att vakuumpumpen även fungerar som en kondensator. Eftersom kondensat uppkommer när blandningen förs in i vakuumpumpen reduceras volymen drastiskt. Utöver kondensat leder det även till en ökad nominell kapacitet. Driftsvätskan avleder kompressionsvärmen, en process som främjar kondensering och en ökning av kapaciteten. En avgörande fördel med vakuumpumpar med vätskering är att driftsvätskan och materialen som används för komponenterna kan anpassas för det pumpade mediet. Det blir även möjligt att pumpa explosiv gas och ånga. Tack vare den låga drifttemperaturen är det generellt sett mycket mindre riskfyllt att pumpa explosiva material med dessa pumpar än med andra mekaniska vakuumpumpar.

Konstruktion

Det finns en grundläggande skillnad mellan vakuumpumpar med vätskering med ett och två steg. I enstegsversionen utförs kompressionsprocessen ovan i ett steg. I tvåstegsvakuumpumpen (fig. 3) forslas det förkomprimerade pumpade mediet från det första steget vidare till ett andra kompressionssteg där det återigen komprimeras. Med vakuumpumpar med ett steg går det att uppnå ett sluttryck på 130 hPa (mbar) och med två steg ett sluttryck på 33 hPa (mbar).

De kan också variera kraftigt storleksmässigt. Busch Vacuum Solutions kan erbjuda olika serier och versioner av DOLPHIN vakuumpumpar med vätskering, med pumphastigheter från 25 upp till 26 500 kubikmeter per timme.

Varianter

Tillförsel och avlägsnande av driftsvätska kan göras på tre olika sätt:

1. Ingen återcirkulering – kontinuerligt flöde
Det här är det enklaste driftsättet för vakuumpumpar med vätskering och det används alltid om det finns tillräckligt med driftsvätska. Kompressionssteget förses ständigt med driftsvätska. Vätskan frigörs sedan tillsammans med gas och kondens.

2. Öppet flöde – partiell återcirkulering
I ett öppet system (fig. 4) avleds driftsvätskan till en vätskeavskiljare tillsammans med gasen efter att den lämnar vakuumpumpen. Där separeras vätska och gas. Gasen frigörs eller förs vidare medan driftsvätskan förs tillbaka in i vakuumpumpen. Denna metod ser till att det finns tillräckligt med vätska i systemet och att temperaturen inte stiger. Den här typen av öppet system kan spara upp till 50 procent vätska jämfört med ett icke-återcirkulerande system.

3. Stängt flöde – total återcirkulering
Det finns en vätskeavskiljare nedströms från vakuumpumpen även i ett stängt system (fig. 5). Gasen frigörs från avskiljaren samtidigt som driftsvätskan avleds med en värmeväxlare innan den förs in i vakuumpumpen igen. Driftsvätskan håller därmed en konstant temperatur. Denna konfiguration sparar upp till 95 procent av driftvätskan. Det innebär att endast små mängder ny driftsvätska behöver tillföras via vätskeavskiljaren. Därför rekommenderar vi alltid ett stängt system om tillgången på driftsvätska är begränsad eller om så mycket driftsvätska som möjligt ska bevaras.

Anpassade vakuumsystem

Vakuumpumpar med vätskering passar utmärkt som moduler i vakuumsystem och -installationer. I kombination med gas-, luft- eller ångejektorer eller boosterpumpar går det att uppnå ett lägre sluttryck. Det finns tekniskt och ekonomiskt optimerade lösningar för vakuumsystem som är skräddarsydda för den specifika tillämpningen. Busch Vacuum Solutions har lång erfarenhet av att designa, konfigurera och bygga ekonomiska och säkra vakuumsystem som används inom bland annat kemisk processteknik, produktion och bearbetning av petroleum och kraftproduktion över hela världen. DOLPHIN vakuumpumpar med vätskering från Busch finns i olika storlekar och ATEX-certifierade versioner.