操作原理一切均歸結于操作原理

Maulburg, Germany 真空泵浦是新鮮食品包裝過程中的重要組成部分。哪些真空泵浦可以實現最高效率?只要測試設置設計合理,直接比較即可回答此問題。最近發佈的比較研究表明,油封螺杆真空泵浦極具優勢。不過,此結果僅源自於似乎不太現實的測試設置。現在,獨立測試機構 TÜV Süd 也對相關真空泵浦進行了比較。此次比較需要真實類比標準工業過程。在這些條件下,結果明顯有利於油潤滑旋片真空泵浦。
圖1: 配置標準電機時的功率消耗. Source: Busch Vacuum Solutions
圖1: 配置標準電機時的功率消耗. Source: Busch Vacuum Solutions

本文對這兩次比較測試進行了對比。為清晰起見,下文中分別稱其為測試 1 和測試 2。為更便於閱讀,油封螺杆真空泵浦縮寫為 SVP,油潤滑旋片真空泵浦縮寫為 RVVP。 

測試 1:需求驅動控制型和滿負載運行
此測試由油封螺杆真空泵浦 (SVP) 製造商發起。該公司主要生產壓縮機,參與測試的機器即衍生自壓縮機技術。它與 Busch 的 R 5 RA 0630 C 油潤滑旋片真空泵浦 (RVVP) 進行比較。然而,由於諸多原因,測試設置不允許進行真實比較。
測試循環模擬了由真空支援的不同製程。不過也明顯包含了生產中斷時間,其中包括夜間停機時間,在停機時間,RVVP 會繼續運行,這一點與 SVP 不同。在測試中,SVP 作為某系統的一部分運行,該系統帶有變頻器 (FC) 和集成式控制系統,後者會在生產中斷期間停止真空泵浦。另一方面,RVVP 很明顯是作為獨立機器連接,以滿功率連續運行。
測試 1 無疑是風馬牛不相及的比較。持續運行的真空泵浦消耗的電力自然高於所比較的受控真空泵浦,後者會在生產中斷期間自動停止。RVVP 還可能配備了變頻器 (FC) 和控制系統 - Busch 提供與此真空泵浦匹配的系統。這應該可以創造類似的啟動條件。但很顯然,實際上並沒有。遺憾的是,測試描述缺少有關這些重要框架條件的精確資訊。
由於設計問題,RVVP 通常在調試階段(大氣壓力和約 300 mbar 之間)具有最高功率消耗(圖 1)。不過,功率消耗會隨著入口壓力的降低而顯著降低。另一方面,SVP 在大氣壓力和極限壓力之間的功率消耗大致相同。這意味著,在極限壓力和 100 mbar 之間,RVVP 在運行範圍內所需的功率比 SVP 低得多。

測試 2:同等條件
第二次比較測試(圖 2)是獨立測試機構 TÜV Süd 最近執行的測試。該機構是業內領先的測試機構之一。使用的真空泵浦與測試 1 相同。不過,這次是模擬真實運行,無生產中斷或夜間停機情況。測試 2 模擬了真空包裝機的工作循環。這是業內真空泵浦常用的循環。兩台真空泵浦都由完全一致的真空助力泵浦提供額外支援,此類應用通常都會如此。此外,測試設置和程式由一家著名的真空包裝機製造商進行檢查,並確認為真實模擬。
作為應用示例,選擇了一台腔體容量較大的包裝機,就如肉類或乳酪產品包裝中使用的一樣。通常,此類機器帶有自動產品供應功能,每分鐘可處理多個循環。
測試中,使用 300 升腔體並在腔體、真空助力泵浦和真空泵浦之間安裝一個 11.5 米長管道系統來類比此機器。此腔體被循環抽真空至真空度 5 mbar。
抽真空時間取決於真空泵浦的性能。抽真空循環間隔時間設置為 14 秒 - 此尺寸包裝機的典型時間間隔。真空泵浦所需的抽真空時間及其耗能量均記錄在案。 



圖2: 配備真空容器、真空助力泵浦和作為前級泵浦的測試用真空泵浦的真實測試設置

明確的結果
運行的不同測試其結果都明確清晰:較之螺杆真空泵浦 (SVP),旋片真空泵浦 (RVVP) 抽真空速度更快(圖 3),能耗更低。此結果進一步縮短了停機時間,或增加了能源節約,具體取決於 RVVP 的設定速度。例如,相較之下,RVVP 在 40 赫茲模式下速度快 11%,功率消耗節約 42%。 


圖3: 成套裝置(視真空泵浦的速度或設計而定)

除了抽真空時間和耗能量,測試期間還測量了入口壓力下的抽氣速率和耗能量(圖 4)。然後,根據這些測量值計算得出不同真空度下的單位能耗 (SEC)。這樣即可精確瞭解每小時抽一立方米空氣需要消耗多少功率,以達到特定真空度。這方面,所有真空度下,RVVP 都同樣優於 SVP。能源節約幅度在 13% 至 73% 之間。在 10 mbar 的真空度(實際典型值)下,RVVP 能耗比 SVP 低 38%(圖 4)。 


圖4: 入口壓力下測試用真空泵浦的單位能耗 (SEC) 比較

原理問題
令人驚訝的是,結果非常明確。RVVP 是真空泵浦技術中的典型。測試中所用的 R 5 RA 0630 C 得益於數十年來對真空產生技術的不斷優化。相比之下,SVP 基本就是一個改裝的壓縮機。雖然真空產生和壓縮都是關於抽氣,但不同的目標需要不同的技術解決方案。
對於壓縮機,壓縮比通常是 1:10;對於真空泵浦,則介於 1:100 至 1:1000 之間,要高得多。從技術上講,這意味著在螺杆壓縮機中,兩個螺杆和殼體生產公差更高。也就意味著,生產更具成本效益,即使內部洩漏不斷增加,亦能實現 1:100 的目標壓縮比。不過,之所以如此,只是因為在滿負載條件下以更高轉速(約 7000 rpm)對其進行補償。另一方面,RVVP 是純真空泵浦,配備精密部件,公差極小,可以將內部洩漏率降至最低,最終實現更高的壓縮比。因此,從抽真空開始到結束,真空泵浦的性能始終保持一致,且能耗低。因而它僅在最高轉速 1000 rpm 下運行。更低的轉速可以減少機械負載,從而減少維護需求。此外,這可以顯著延長使用壽命,降低機器使用壽命成本。
另一方面,SVP 需要通過進氣控制閥單獨進行壓力控制,以避免在 1000 毫巴至 300 毫巴壓力範圍內真空泵浦超載。當壓力介於大氣壓力和粗真空之間時,真空泵浦的運行性能顯著降低。由於此原因,兼之壓縮機結構設計,都使得抽真空時間顯著延長。
正是這些差異,最終影響著比較測試的結果。

結論
測試 2 是在真實條件下進行的。同類型比較 - 換言之,收集和比較的是真空泵浦的實際性能資料。無論是在抽真空時間方面,還是能耗方面,Busch 的 R 5 RA 0630 C 油潤滑旋片真空泵浦 (RVVP) 都顯著優於最初設計作為壓縮機的螺杆真空泵浦 (SVP)。測試結果確認了這款最暢銷的真空泵浦在該性能等級中的優越性。 


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