Engineeren van vacuümsystemen in machines

Engineeren van vacuümsystemen in machines Jos Caarls Busch B.V.

1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

Busch Worldwide

4 productielocaties, 50 vestigingen, 2100 medewerkers wereldwijd


Ontwerp van een systeem Pomp

Proces p

leiding

Welke pomp en leiding ?


Inhoud •Basis vacuümtechniek (druk, gaswet, vacumeren) •Geleidingsvermogen en weerstand •Inlek en procesgassen •Pompprincipes •Duurzaamheid •Samenvatting


Druk Druk = kracht per oppervlakte- eenheid

1 atmosfeer = 100 000 N/m2 = 100 000 Pa = 1000 hPa Vacuüm = minder druk dan atmosferisch Druk is een maat voor vacuüm 1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

Basis vacuümtechniek Wet van Boyle Gay-Lussac:

p x V = constant

p x V = (m/M) x R x T p V m M R p=

= druk in mbar = volume in m3 = massa in kg = molecuulgewicht = algemene gasconstante (83,14) (Σm/M) x R x T V 1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein

Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

Evacueren van een ruimte Snelheid wordt bepaald door: • S pompsnelheid in l/s of m3/h Een (ideale) pomp sluit per tijdseenheid t een bepaald volume V van het te evacueren systeem af en verwijdert de daarin toevallig aanwezige deeltjes.


Afpomptijd

Drukverloop als functie van de tijd P(t) = po e -S t / V

1200

druk (mbar)

1000 800 600 400 200 0 0

0.1

0.2

0.3 tijd (uur)


0.4

0.5

0.6

Afpomptijd S = (V/t) . ln (po/pe) en ook

t = (V/S) . ln (po/pe)


Vereiste pompcapaciteit

Wordt bepaald door: -Vereiste afpomptijd -Weerstand van de leiding tussen pomp en vacuümruimte -Vrijkomende gassen uit het proces -Inlek systeem


Weerstand leidingwerk

Proces

p

druk p

Weerstand van de leiding veroorzaakt drukverlies. Δp vermindert de effectieve pompcapaciteit (algemene gaswet: p . V = constant)

Weerstand is afhankelijk van soort stroming. 1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

geleiding

Turbulente stroming p . D > 500 kenmerk: weinig weerstand

Laminaire stroming p . D < 500 meer weerstand

V i s k e u z e s t r o m i n g

Moleculaire stroming λ>D 1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

Berekening pompcapaciteit

Proces p

S eff

S

p p - p

Bij visceuze stroming:

S eff =


p

xS

Afpomptijd

Bijvoorbeeld: Gegeven: Te evacueren volume: Maximale tijd: Procesdruk:

20 m3 30 minuten 4 hPa (a)

Gevraagd: benodigde pompcapaciteit Antwoord:

S = (20/0,5) x ln(1013/4) = 221 m3/h


Drukverlies in de leiding Pomp 250 m3/h met 10 m leiding DN50: Drukverlies als functie van de druk: P (hPa) delta P (hPa) in % 1000 39 4% 800 600 400 200 100 50 20 10 5 2 1

32 26 18 10 6 3 2 1 0,89 0,85 0,84

4% 4% 5% 5% 6% 6% 10% 10% 18% 43% 84%

90 80 70 60 50

delta P (hPa)

40

in %

30 20 10 0 0

200

400

600

800

1000

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0


5

10

15

20

Capaciteitsverlies door de leiding Voor proces is nodig 220 m3/h. Stel: pomp 250 m3/h, 10 meter leiding DN 50 Bij p = 100 hPa Δp = 6 % dus 6 % verlies van pompcapaciteit: Seff = 235 m3/h Bij p = 4 hPa Δp = 22 % dus 8 % verlies van pompcapaciteit: Seff = 195 m3/h


Pompcapaciteit en leidingwerk Conclusie: “dat ken net” (dat gaat niet goed) Oplossing: •pomp 250 m3/h •leiding DN65 Bij 100 hPa Δp = 2 % dus 2 % verlies van pompcapaciteit: Seff = 245 m3/h Bij p = 4 hPa, 8% verlies Seff = 230 m3/h Opgelost. 1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

Vereiste pompcapaciteit Wordt bepaald door: -Vereiste afpomptijd -Weerstand van de leiding tussen pomp en vacuümruimte

-Vrijkomende gassen uit het proces -Inlek systeem Met p . V = (m/M) . R . T 1 kg/h lucht bij 4 hPa is 220 m3/h 1 kg/h waterdamp bij 4 hPa is al 340 m3/h!


Pompprincipes Oliegesmeerde pompen - draaischuif - vloeistofring Droge pompen - venturi - schroef - roots - klauwen - zijkanaal


Vacuum Pump Principles

Oil recirculated rotary vane vacuum pump R 5



Liquid ring vacuum pump Dolphin



Venturi



Roots pump Panda



Rotary claw vacuum pump and compressor Mink



Dry screw vacuum pump COBRA



Side channel blower Samos


Iedere pomp heeft eigen drukbereik Karakteristieke pompcapaciteit 100

Capaciteit (%)

90 80

Rotary vane oil lubricated

70

Rotary claw

60

Rotary vane dry

50

Roots blower

40

Venturi

30

Side channel (two stage)

20

side channel (single stage)

10 0 0

200

400

600

800

Druk (hPa)


1000

Energieverbuik

specific suction capacity 70 60 50 specific suction 40 capacity (m3/kW) 30 20 10 0 Venturi

Roots blower

Rotary vane liquid ring rotary claw (oil lubricated) pump type


Duurzaamheid Energieverbruik • oliegesmeerd: ca 2 kW per 100 m3/h • klauwen: ca 1,6 kW per 100 m3/h Vervuiling • Olie door oliegesmeerde pompen • Oliegesmeerde pompen: bij lage druk olie in vacuüm (p < 0,001 hPa) • Olie uit carter (indien aanwezig)


Conclusie - Grote diversiteit aan pompen met elk eigen specifieke toepassingen - De toepassing bepaalt het ontwerp van een systeem (druk, afpomptijd, proces en inlek) - Voor goed ontwerp is overleg onmisbaar


VRAGEN ?


Einde 1 februari 2011 N-B-C - Nieuwegein Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.

Engineeren van vacuümsystemen in machines

Recommend Documents