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Trockene Schraubenvakuumpumpe Arbeitsprinzip

Die Technologie der trockenen Vakuumpumpen - insbesondere der chemischen Schraubenpumpen mit variabler Steigung - bietet klare, messbare Vorteile in einer Vielzahl von wichtigen Anwendungen. Eine richtig konzipierte trockene Schraubenvakuumpumpe gewährleistet, dass die Verarbeitungsanforderungen mit einer sicheren, zuverlässigen und kostengünstigen Lösung erfüllt werden.

Trockene Schraubenvakuumpumpen benötigen kein Wasser oder Öl zur Abdichtung oder Schmierung in den Vakuumstufen. Mit diesen trockenen Vakuumsystemen entfallen die Entstehung von Abwasser, die Verschmutzung und die hohen Behandlungskosten.

Dry Screw Vacuum Pump Technology side view

Betrieb einer trockenen Schraubenvakuumpumpe

Dry Screw Vacuum Pump Operation plan

  • Eine trockene Schraubenvakuumpumpe besteht aus zwei parallelen, berührungslos arbeitenden schraubenförmigen Rotoren (1) und (2), Abb. 1, die über Präzisionszahnräder (3)synchron mit hoher Drehzahl rotieren. Sie drehen sich in entgegengesetzte Richtungen und fangen dabei eine Gasmenge am Einlass (5) auf und transportieren sie zur Auslassöffnung (6) und in den Auslasskanal (7). Die Wände des Stators (9) und die besondere Form der ineinander greifenden Schrauben bilden die Kompressionskammern oder -taschen (4) , die das Gas transportieren.
  • Geringe Abstände zwischen den Schnecken und dem Stator sowie geringe Abstände zwischen den ineinander greifenden Schnecken sorgen dafür, dass die Rückwärtsleckage zum Einlass hin gering ist im Vergleich zu dem von den Schneckentaschen erzeugten Vorwärtsgasfluss.
  • Ein Rückfluss der gepumpten Gase wird durch die Länge der Dichtungsgrenze (d. h. die Anzahl der Spiralen und die engen Abstände) verhindert. Bei Pumpen, die mit einer Kompressionsplatte ausgestattet sind, kommt es zu einer leichten Umkehrexpansion des Gases in die Schrauben, wenn das Auslassventil oder der Anschluss zum ersten Mal freigelegt wird. Dieses wird schnell ausgestoßen, da das eingeschlossene Volumen durch die Wirkung der Schrauben schrittweise auf Null reduziert wird.
  • Der Rückstrom von Gas wird in erster Linie durch die Breite der "Dichtflächen" an den Spitzen des Schneckenprofils gesteuert. Diese breiten Stege verlaufen in unmittelbarer Nähe des Stators und minimieren die Rückwärtsleckage von Gas. Die Enddrücke in Schraubenspindelpumpen können weniger als 0,01 Torr (0,01 mBar) betragen. 
  • Bei Modellen mit variabler Steigung wird das Gas bei Änderung der Steigung komprimiert, um eine zusätzliche Kompression vor dem Pumpenauslass zu erreichen. Dadurch wird die Wärmebelastung gleichmäßiger über die Länge der Rotoren verteilt. Bei Modellen mit einfacher Steigung wird in der letzten halben Umdrehung mehr Kompression gegen eine Kompressionsplatte oder ein Ventil erreicht, wodurch die Wärmeentwicklung in Richtung Auspuff gelenkt wird. Bei trockenen Pumpen müssen die Temperaturen hoch genug sein, um eine durchgehende Kondensation zu vermeiden, und niedrig genug, um Selbstentzündung und Polymerisation zu verhindern. Die progressiv höhere Gastemperatur zum Auslass hin bei Pumpen mit variabler Steigung trägt wesentlich dazu bei, die Kondensation der gepumpten Dämpfe zu verhindern. Schraubenspindelpumpen mit variabler Steigung nutzen die Energie auch effizienter als solche mit nur einer Steigung. 
  • Die Kühlung erfolgt über den umgebenden Mantel (8). Die Pumpen können für direkte oder indirekte Kühlung im geschlossenen Kreislauf konfiguriert werden. Letzteres hat viele Vorteile, denn es bedeutet, dass das Kühlwasser der Anlage nie direkt mit dem Pumpenmaterial in Berührung kommt und der Mantel nicht verschlammt oder aufgrund schlechter Kühlwasserqualität korrodiert.
  • Ein Gasballastanschluss (10) ist verfügbar. Bei Bedarf kann ein Gasballast dazu beitragen, eine kalte Pumpe aufzuwärmen oder eine nasse Pumpe schneller zu trocknen, brennbare Dämpfe aus dem Entflammbarkeitsbereich zu entfernen und Feststoffe aus einer Pumpe zu entfernen, insbesondere beim Spülen mit Lösungsmitteln.

Vorteile der Trockenschrauben-Vakuumtechnik

Einfache Wartung und leiser Betrieb

Trockene Schraubenvakuumpumpen benötigen kein Wasser oder Öl zur Abdichtung oder Schmierung in den Vakuumstufen. Mit diesen trockenen Vakuumsystemen entfallen die Entstehung von Abwasser, die Verschmutzung und die hohen Behandlungskosten.

Breiter Betriebsbereich

Die VSB-Modelle mit trockener Schraube arbeiten bei jedem Druck zwischen dem Leerwert und dem atmosphärischen Druck. In Verbindung mit einer hohen  Vakuumerhöhungspumpeist das Saugvermögen praktisch unbegrenzt.

Zuverlässige Leistung

Die niedrige Drehzahl der VSB-Serie gewährleistet einen reibungslosen und robusten Betrieb. Entwickelt, um einen höheren Auslassdruck als bei vertikalen Konstruktionen zu bewältigen, wodurch mehr Prozesszeit zur Verfügung steht. Mit höheren Dampf- und Flüssigkeitstoleranzen haben trockene Schraubenvakuumpumpen eine lange Lebensdauer. 

Trockene Schraubenvakuumpumpen - Funktionsweise

Wärmemanagement in trockenen Schraubenvakuumpumpen

Das Wärmemanagement ist für den zuverlässigen Betrieb von chemischen Schraubenvakuumpumpen von entscheidender Bedeutung.

In einer Pumpe, die für einen bestimmten Prozess zu kühl ist, können aggressive Dämpfe kondensieren, was zu Korrosion, zur Verdünnung von Schmiermitteln und zum Aufquellen von Dichtungen führt. Diese Schäden sind schwerwiegend, können aber nur auftreten, wenn der Dampf in die flüssige Phase kondensiert.

Sind dagegen die Betriebstemperaturen in der Pumpe für einen bestimmten Prozess zu hoch, sind unerwünschte Reaktionen wie Polymerisation oder Selbstentzündung möglich, hinzu kommen hohe Lagertemperaturen oder thermisches Festfressen. 

Die oben genannten Auswirkungen können durch Innenbeschichtungen etwas abgemildert werden, aber darauf sollte man sich nicht verlassen. Beschichtungen eignen sich hervorragend zum Schutz der Pumpe während der ersten Lagerung und der Inbetriebnahme des Systems, aber sie können nur eine bestimmte Zeit bei den Temperaturen und dem Vakuum, in denen die Pumpen die meiste Zeit verbringen, überleben.

Entscheidend ist, dass die Prozessdämpfe in der Dampfphase [grüner Bereich] in der Abbildung unten bleiben. Zu den Strategien, die dies gewährleisten, gehören die Temperatur-/Durchflussregelung des Pumpenkühlmittels, die Verwendung einer Stickstoffspülung zur Änderung des Prozesstaupunkts und der Einsatz von Einlasskondensatoren zur Entfernung des Dampfs vor der Pumpe.  

Zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit in Bereichen, in denen das System immer wieder vor Herausforderungen gestellt wird, können dem Pumpensystem zusätzliche Funktionen hinzugefügt werden, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Ein Beispiel ist ein Lösungsmittelspülsystem, das den Pumpmechanismus frei und sauber hält. Eine weitere Möglichkeit sind Knock-out-Töpfe (KOP) und Filter zum Auffangen von flüssigen oder pulverförmigen Schnecken, wenn diese nicht verhindert werden können. 

Dry screw vacuum pump technology temperature flow

Ölfreies Vakuum für industrielle Anwendungen

Die trockenen Schrauben-Vakuumpumpen von NASH sind bemerkenswert einfach, aber dennoch ausgereift, zuverlässig und hocheffizient. Die trocken laufende und berührungslose Technologie benötigt keine Schmierung in der Pumpenkammer. Daraus ergeben sich große Vorteile: keine Verunreinigung der Prozesse und keine Verschmutzung durch den Pumpenbetrieb. Die trockenen Vakuumpumpen von NASH können aufgrund ihrer ölfreien, berührungslosen Schraubenkonstruktion korrosive, organische und anorganische Stoffe sowie Lösungsmittel sicher und zuverlässig fördern. Zu den wichtigsten Anwendungen gehören:

  • Destillation (normal, Kurzweg & molekular)
  • Trocknung (Filter-, Gefrier- und Transformatortrocknung)
  • Verdunstung
  • Filtration
  • Hausvakuum (zentraler oder allgemeiner/Laborvakuumdienst, Pilotanlagen)
  • Reaktordienst
  • Lösungsmittelrückgewinnung (Kraftstoffdampf)
  • Sterilisation (Ethylenoxid)
  • Problemgase (entflammbar, niedrige Selbstentzündungstemperaturen, korrosive Gase und Wasserstoff)
  • Fördersysteme

Weitere Anwendungen sind

  • Kristallisation
  • Desodorierung
  • Entgasung
  • Desorptions
  • Handhabung von Flüssigkeiten
  • Imprägnierung
  • Pervaporation
  • Polymerisation
Dry screw vacuum pump technology applications