Det handlar om driftsprincipen

Maulburg, Germany Vakuumpumpar är viktiga komponenter vid förpackning av färska livsmedel. Vilka vakuumpumpar uppnår högst effektivitetsfaktor? En direkt jämförelse kan besvara denna fråga förutsatt att testkonfigurationen utformats på rätt sätt. En nyligen publicerad jämförande studie visar hur pass överlägsna oljetätade skruvvakumpumpar är. Dessa resultat visade sig dock först när en till synes orealistisk konfiguration användes. Den oberoende organisationen TÜV Süd har också jämfört de berörda vakuumpumparna. Deras jämförelse resulterade i en realistisk simulering av en industriell standardprocess. Under dessa förhållanden talar resultatet tydligt för den oljesmorda lamellvakuumpumpen
Bild 1: Energiförbrukning med standardmotor. Source: Busch Vacuum Solutions
Bild 1: Energiförbrukning med standardmotor. Source: Busch Vacuum Solutions

Denna artikel jämför två jämförande test. För tydlighetens skull benämner vi dem hädanefter Test 1 och Test 2. För bättre läslighet ges den oljetätade skruvvakuumpumpen förkortningen SVP och den oljesmorda lamellvakuumpumpen ges RVVP

Test 1: Behovsdriven styrning kontra drift med full belastning
Initiativet till detta test togs av tillverkaren av den oljetätade skruvvakuumpumpen (SVP). Företaget specialiserar sig huvudsakligen på kompressorer, och maskinen i fråga är en variant med kompressorteknik. Den jämfördes med en R 5 RA 0630 C oljesmord lamellvakuumpump (RVVP) från Busch. Denna testkonfiguration möjliggör dock ingen realistisk jämförelse. Detta beror på flera saker.
Testcykeln simulerade olika vakuumstyrda processer. Produktionsavbrott, inklusive ställtider nattetid där RVVP, till skillnad från SVP, fortsatte att köra, räknades också in. I testet användes SVP som en del av ett system med frekvensomvandlare och ett integrerat styrsystem som stoppade vakuumpumpen under avbrott. Å andra sidan ska RVVP ha varit ansluten som en isolerad maskin som kördes kontinuerligt med full effekt.
Test 1 var en jämförelse mellan vad som ofta kallas "äpplen och päron". Den kontinuerliga vakuumpumpsdriften förbrukade självfallet mer energi än sin reglerade motpart, som stoppade driften automatiskt vid avbrott. RVVP kunde också vara utrustad med en frekvensomvandlare och ett styrsystem. Hos Busch finns nämligen en sådan version av denna vakuumpump. Detta hade inneburit likvärdiga starförhållanden. Men så förhöll det sig alltså inte här. Tyvärr saknar testets beskrivning specifik information om sådana grundförutsättningar.
På grund av sin konstruktion förbrukar en RVVP i allmänhet som mest energi under driftsättningsfasen mellan atmosfärstryck och cirka 300 mbar (fig. 1). Effektförbrukningen avtar dock drastiskt med sjunkande inloppstryck. En SVP, å andra sidan, förbrukar ungefär samma mängd energi mellan atmosfärstryck och sluttryck. Detta innebär att en RVVP förbrukar avsevärt mindre energi i arbetsområdet mellan sluttryck och 100 mbar än en SVP.

Test 2: Likvärdiga förhållanden
Det andra jämförande testet (fig. 2) genomfördes av den oberoende testorganisationen TÜV Süd, som är en av de ledande institutionerna av sitt slag. Samma vakuumpumpar användes som i Test 1. Här simulerades istället driften i realtid, utan avbrott eller driftstopp nattetid. Test 2 simulerade arbetscykeln hos en vakuumförpackningsmaskin. Detta är en vanligt förekommande tillämpning för vakuumpumpar inom industrin. Så som ofta är fallet med tillämpningar som dessa hade de båda vakuumpumparna en identisk vakuumbooster. Dessutom kontrollerades testkonfigurationen och -proceduren av en välkänd tillverkare av vakuumförpackningsmaskiner som bekräftade att simuleringen var realistisk.
En förpackningsmaskin med stor kammarvolym av den typ som används vid förpackning av kött- eller ostprodukter valdes ut för att exemplifiera tillämpningen. En sådan maskin med automatisk produkttillförsel hanterar typiskt sett flera cykler per minut.
I testet försågs maskinen med en 300 liter stor kammare och ett 11,5 meter långt rörledningssystem mellan kammare, vakuumbooster och vakuumpump. Kammaren evakuerades cykliskt till en vakuumnivå på 5 mbar.
Evakueringstiden var förbunden med vakuumpumparnas prestanda. Tiden mellan evakueringscykler ställdes in till 14 sekunder – en typiskt tidslängd för den här storleken på förpackningsmaskin. Tidsåtgången för vakuumpumparnas nedpumpning samt deras energiförbrukning registrerades. 


Bild 2: Realistisk testkonfiguration med vakuumkärl, vakuumbooster och testad vakuumpump som förpump

Entydiga resultat
Resultaten av de olika testkörningarna var genomgående entydiga: lamellvakuumpumpen (RVVP) evakueras snabbare (fig. 3) och förbrukar mindre energi än skruvvakuumpumpen (SVP). Beroende på varvtalsinställningen hos RVVP gav detta kortare nedpumpningstider eller större energibesparingar. Exempelvis är RVVP 11 procent snabbare vid 40 Hz och har 42 procent lägre energiförbrukning vid en jämförelse. 


Bild 3: Förpackade enheter beroende på varvtal eller utförande hos vakuumpump

Utöver lamellvakuumpumpens nedpumpningstid och energiförbrukning mättes även kapacitet och energiförbrukning under testet som en funktion hos inloppstrycket (fig. 4). Den specifika energiförbrukningen (SEC) vid olika vakuumnivåer beräknades utifrån dessa mätvärden. Detta ger ingående information om hur många watt som krävs för att suga ut en kubikmeter luft per timme för att nå en viss vakuumnivå. Även här är RVVP överlägsen SVP på alla vakuumnivåer. Energibesparingarna uppgår till mellan 13 och 73 procent. Vid 10 mbar vakuumnivå (tillämpningsspecifikt) förbrukar RVVP 38 procent mindre energi än SVP (fig. 4). 


Bild 4: Jämförelse av specifik energiförbrukning (SEC) hos testade vakuumpumpar som en funktion av inloppstryck

En principfråga
Resultaten är förvånansvärt entydiga. RVVP är en klassiker inom vakuumpumpsteknik. R 5 RA 0630 C som används här drar nytta av decennier av teknisk optimering för vakuumgenerering. SVP, å andra sidan, är i stort sett en ombyggd kompressor. Även om både vakuumgenerering och kompression går ut på luftsutsugning ställer de olika ändamålen krav på olika tekniska lösningar.
För kompressorer ligger kompressionsförhållandet normalt kring 1:10. För vakuumpumpar gäller 1:100 till 1:1000 – alltså betydligt högre. För en skruvkompressor betyder detta tekniskt sett att de två skruvarna och huset kan tillverkas med högre toleranser. Detta ger en mer kostnadseffektiv produktion där målvärdet 1:100 för kompressionsförhållandet uppnås trots fler interna läckage. Detta beror på att det kompenseras av en mycket högre rotation på omkring 7000 v/min vid full belastning. RVVP, å andra sidan, är en renodlad vakuumpump med precisionsdelar och minimala toleranser som reducerar interna läckagehastigheter till ett minimum och som i slutändan möjliggör ett betydligt högre kompressionsförhållande. Detta innebär därför ihållande prestanda från början till slut vid evakuering med låg energiförbrukning. Den går därför bara på ett maxvarvtal på 1 000 v/min. Det lägre varvtalet reducerar den mekaniska belastningen och därmed underhållsbehovet. Detta möjliggör en betydligt längre livslängd hos maskinen samt lägre livscykelkostnader.
SVP, å andra sidan, kräver separat tryckreglering med en vakuumreglerventil som förhindrar överbelastning av vakuumpumpen i området 1000 - 300 millibar. Mellan atmosfärstryck och grovvakuum fungerar detta med väsentligt reducerad prestanda. Detta tillsammans med den kompressorbaserade utformningen, bidrar i hög grad till den längre nedpumpningstiden.
Det är just dessa skillnader som i slutändan påverkade resultaten av det jämförande testet.

Sammanfattning
Test 2 genomfördes under realistiska förhållanden. Äpplen jämfördes med äpplen, dvs. att faktiska prestandadata för vakuumgenerering samlades in och jämfördes. R 5 RA 0630 C oljesmorda lamellvakuumpump (RVVP) från Busch presterade mycket bättre än skruvvakuumpumpen (SVP) som från början utformats som en kompressor, både vad gäller nedpumpningstid och energiförbrukning. Testresultaten bekräftar överlägsenheten hos den bästsäljande vakuumpumpen i denna prestandaklass. 


Kategorier
Vill du veta mer?
Kontakta oss direkt (Busch Sverige)
+46 (0)31 338 00 80 Kontakta oss