Hoe werkt een roterende schuifpomp?

Een roterende verplaatsingsvacuümpomp bevat doorgaans gas dat wordt aangezogen, mogelijk samengeperst, en vervolgens wordt uitgestoten door rotoren, zuigers, schoepen, kleppen, enz. indien nodig. Het pompproces wordt in gang gezet door de roterende beweging van de zuiger in de pomp.
Het is noodzakelijk om onderscheid te maken tussen geoliede en droge compressieverplaatsingspompen. Afdichtolie kan een hoge compressieverhouding bereiken van ongeveer 105 in één trap. Bij afwezigheid van olie zal het "interne lek" aanzienlijk hoger zijn en de haalbare compressieverhouding dienovereenkomstig lager, ongeveer 10.

Zoals te zien is in de classificatie in Tabel 2.1, omvatten oliegesealde verdringerpompen roterende schoepen, enkel- en tweefasige roterende plunjerpompen, en enkelvoudige trochoïde pompen, die momenteel alleen van historisch belang zijn. Al deze pompen zijn uitgerust met een gasballast-apparaat dat voor het eerst in detail werd beschreven door Gaede in 1935. Gasballastapparatuur maakt het mogelijk om stoom (vooral waterdamp) binnen gespecificeerde technische grenzen te verpompen zonder dat de stoom in de pomp condenseert.

Rotary schoepenpompen (zie figuur 2.6) bestaan uit een cilindrische behuizing (pomp ring) (1), waarin een excentrisch opgehangen gesleufde rotor (2) draait in de richting van de pijl. De rotor heeft een schoep (16), die meestal door centrifugale kracht naar buiten wordt gedrukt door een veer, zodat de schoep langs de behuizing schuift. Het gas dat via de inlaat (4) binnenkomt, wordt begeleid door de schoep en wordt uiteindelijk via het oliekeerringsventiel (12) uit de pomp afgevoerd.

1. Inlaataansluiting
2. Vuilafscheider
3. Terugslagklep
4. Inlaataansluiting
5. Schoep
6. Afleverkamer
7. Rotor
8. Orificeplaat
9. inactieve gasballastaansluiting
10. Afvoerkanaal
11. Uitlaatklep
12. Spring12 Ontvochtiger
13. Opening; aansluiting oliefilter

De TRIVAC B-serie (Fig. 2.6) heeft slechts twee schoepen die 180° ten opzichte van elkaar zijn geplaatst. De bladen worden door middelpuntvliedende kracht naar buiten gedrukt zonder gebruik te maken van veren. Bij lage omgevingstemperaturen kan dit het gebruik van dunnere oliën vereisen. De pomp beschikt over een tandwieloliepomp voor drukgesmeerde smering. De TRIVAC B-serie is uitgerust met een zeer betrouwbare anti-terugzuigklep en heeft een horizontale of verticale opstelling van inlaat- en uitlaatopeningen. Het oliepeilglas en de gasballastbediening bevinden zich aan dezelfde zijde van het olievat (gebruiksvriendelijk ontwerp). In combinatie met het TRIVAC BCS-systeem kan het worden uitgerust met een zeer breed scala aan accessoires, die voornamelijk zijn ontwikkeld voor halfgeleiderapplicaties. Olie reservoirs voor roterende schoepenpompen en andere oliegesloten verdringerpompen worden gebruikt voor smering en afdichting, evenals voor het vullen van dode ruimtes en sleuven voor koeldoeleinden om warmte uit gascompressie af te voeren. Er bevindt zich een oliekeerring tussen de rotor en de pompring. Deze onderdelen staan “bijna” in contact met elkaar langs een rechte lijn (cilinderhulslijn). In de pompring is een zogenaamde afdichtingskanaal ingebouwd om het oppervlak van de oliekeerring te vergroten (zie Fig. 2.4). Dit zorgt voor een betere afdichting en maakt hogere compressieverhoudingen of lagere einddrukken mogelijk.

Leybold produceert verschillende series roterende lamellenpompen die speciaal zijn ontworpen voor diverse toepassingen, zoals hoge aanzuiging, lage einddruk of gebruik in de halfgeleiderindustrie. Tabel 2.2 geeft een overzicht van de belangrijkste kenmerken van deze gebieden. De TRIVAC roterende lamellenpomp wordt vervaardigd als een tweefasige (TRIVAC D) pomp (zie figuur 2.7). Tweefasige oliekeerringenpompen kunnen worden gebruikt om lagere bedrijfs- en einddrukken te bereiken in vergelijking met overeenkomstige enkelvoudige pompen. De reden hiervoor is dat bij een enkelvoudige pomp de olie onvermijdelijk in contact komt met de buitenlucht, waaruit gas wordt opgenomen, waarvan een deel ontsnapt naar de vacuümzijde, wat de te bereiken einddruk beperkt. De door Leybold geproduceerde oliekeerringen-tweefasige verdringingspomp levert de reeds ontgaste olie aan de vacuümzijde van de eerste trap (trap 1 in figuur 2.7). De einddruk varieert van fijn tot hoog vacuüm. Opmerking: Het bedienen van de zogenaamde hoogvacuumtrap (trap 1) met weinig of geen olie, ondanks de zeer lage einddruk, kan leiden tot aanzienlijke problemen en de werking van de pomp aanzienlijk belemmeren.

I Hoge vacuümtrap
II Tweede front vacuümtrap
a – Klepstop
b – Klepbladveer

Fig. 2.9 toont een dwarsdoorsnede van een roterende plunjerpomp van het enkelbloktype. De zuiger (2), aangedreven door de excentriek (3), die draait in de richting van de pijl, beweegt langs de kamerwand. Het verpompte gas stroomt via de zuigopening (11) de pomp in en vervolgens via het zuigkanaal op het schuifventiel (12) de pompkamer (14) binnen. Het schuifventiel vormt een eenheid met de zuiger en schuift heen en weer tussen de draaibare ventielgeleider (stang 13). Het in de pomp aangezogen gas bereikt uiteindelijk de compressiekamer (4). Terwijl de zuiger draait, wordt deze hoeveelheid gas samengedrukt totdat het wordt uitgestoten via het oliekeerringsventiel (5). Net als bij roterende lamellenpompen worden olie reservoirs gebruikt voor afdichting, smering, het vullen van dode ruimtes en koeling. Omdat de pompkamer door de zuiger in tweeën wordt gedeeld, voltooit elke omwenteling een werkcyclus (zie Fig. 2.10). Roterende plunjerpompen worden geproduceerd als enkel- en tweefasige pompen. Voor veel vacuümprocessen kan de combinatie van Roots-pompen en enkelvoudige roterende plunjerpompen vele voordelen bieden ten opzichte van alleen tweefasige roterende plunjerpompen. Als zo'n combinatie of tweefasige pomp niet voldoende is, wordt het gebruik van een Roots-pomp in combinatie met de tweefasige pomp aanbevolen. Dit geldt niet voor combinaties van roterende lamellen- en Roots-pompen.

1. Bovenste dode punt
2. Zuigkanaalspleet op schuif is vrijgegeven – starttijd
3. Onderste dode punt – zuigkanaalspleet is volledig vrijgegeven en het verpompte gas (pijl) stroomt ongehinderd de pompkamer (schaduw) binnen
4. De zuigkanaalspleet wordt weer gesloten door de scharnierstang te draaien – einde van de zuigtijd
5. Bovenste dode punt – maximale afstand tussen roterende zuiger en stator net voor het begin van de compressietijd
6. Draaiende plunjer maakt gasballastopening vrij – begin van de gasballastingang
7. Gasballastopening is volledig vrij
8. Einde gasballastinlaat
9. Einde van de pomptijd

Motoren die worden geleverd met roterende schoepen- en roterende plunjerpompen hebben een omgevingstemperatuur van 12 °C en gebruiken onze speciale oliën voor maximale vermogensbehoeften (ongeveer 400 mbar). In het bedrijfsbereik van de pomp hoeft het aandrijfsysteem bij bedrijfstemperatuur slechts ongeveer een derde van het geïnstalleerde motorvermogen toe te passen (zie figuur 2.11).

1. Bedrijfstemperatuurcurve 1 - 89 °F (32 °C)
2. Bedrijfstemperatuurcurve 2 - 40 °C (104 °F)
3. Bedrijfstemperatuurcurve 3 - 140 °F (60 °C)
4. Bedrijfstemperatuurcurve 4 - 194 °F (90 °C)
5. Adiabatische compressie theoretische curve
6. Isothermische compressie theoretische curve