Pumpenaggregat hoher volumetrischer Saugleistung Pumpen grosser volumetrischer Saugleistung wer den in der Vakuumtechnik für die Aufrechterhaltung eines niedrigen Druckes in Anlagen benötigt, in die grössere Gas- oder Dampfmengen entweder durch Un- dichtigkeit hineinströmen oder in denen im Verlauf eines in der Anlage durchgeführten Prozesses grössere Gas- oder Dampfmengen frei werden.
Für diese Aufgaben sind Pumpen erforderlich, die nur in einem begrenzten Druckgebiet, nämlich dem gewünschten Arbeitsbereich, eine hohe volume- trische Saugleistung haben, während die volume- trische Saugleistung bei höheren oder niedrigeren Drucken kleiner sein darf. Pumpenaggregate mit einer derartigen Saugleistungscharakteristik können beispielsweise durch Hintereinanderschaltung einer rotierenden Ölluftpumpe, z.
B. einer Gasballast pumpe, als Vorpumpe und eines Hochvakuumge- bläses grosser theoretisch-volumetrischer Förderlei- stung,-z. B. eines Rootsgebläses oder eines Turboge bläses, realisiert werden. Ebenso können Pumpen aggregate mit einer derartigen Sauggeschwindigkeits- charakteristik mehrere Gebläse und eine Vorpumpe aufweisen.
Da Pumpenaggregate dieser Art, wie bereits ge sagt, nur in einem gewissen Druckbereich ihre volle volumetrische Saugleistung besitzen, ist es erforder lich, den an diese Pumpenaggregate angeschlossenen Rezipienten zunächst bis auf den gewünschten Ar beitsdruck zu evakuieren. In bekannter Weise kann man hierzu folgendermassen verfahren: Das Hochvakuumgebläse.des Pumpenaggregates wird durch eine Leitung überbrückt, die vom An saugstutzen des Hochvakuumgebläses zum Ansaug stutzen der Vorpumpe führt und die durch ein Ventil versperrt werden kann. Ausserdem muss bei dieser Anordnung die Vorpumpe einen vom Antrieb des Gebläses getrennten Antriebsmotor haben.
Bei der Vorevakuierung auf den gewünschten Arbeitsdruck wird nun folgendermassen verfahren: Das Ventil in der Umwegleitung wird geöffnet und die rotierende Ölluftpumpe (Vorpumpe) wird angeschaltet. Ist der gewünschte Arbeitsdruck er reicht, so wird das Ventil geschlossen und das Hoch vakuumgebläse mit grosser volumetrischer Ansaug leistung eingeschaltet. Die Betätigung des Ventils und die Einschaltung des Hochvakuumgebläses erfolgen entweder von Hand oder durch ein vom Druck in der Anlage gesteuertes Schaltorgan.
Diese Anordnung erfordert bei Betätigung von Hand einen gewissen Arbeitsaufwand und schliesst die Möglichkeit einer Fehlbedienung ein. Bei automatischer Betätigung durch ein druckabhängiges Schaltorgan ist ein ge wisser Aufwand an Schaltmitteln erforderlich.
Die gleichzeitige Einschaltung von Drehkolben gebläse bzw. Turbogebläse und rotierender Pumpe ist ohne weiteres nicht möglich. Für die Drucke an der Saugseite des Gebläses und der Vorpumpe gilt nämlich nach dem Boyle-Mariotteschen Gesetz: wobei P1 X Si = P2 X S2 P1 = Druck an der Saugseite des Gebläses, P2 = Druck an der Saugseite der Vorpumpe, Si = Volumetrische Saugleistung des Gebläses, S2 = Volumetrische Saugleistung der Vorpumpe.
Daraus folgt für die Druckdifferenz zwischen An saugseite und Auspuffseite des Gebläses:
EMI0001.0046
P2 <SEP> P<B>l</B> <SEP> p1 <SEP> CSi <SEP> 1.1
<tb> S., d. h., dass die Druckdifferenz dem Druck auf der Saugseite des Gebläses proportional ist, d. h. wie derum, dass bei hohen Ansaugdrucken, wie sie bei der ersten Evakuierung von Atmosphärendruck an vorkommen, sehr hohe Druckdifferenzen zwischen Ansaug- und Auspuffstutzen des Gebläses auftreten. Diese hohen Druckdifferenzen bringen folgende Nachteile mit sich: 1. Das Gebläse wird überlastet.
2. Der Antriebsmotor des Gebläses wird über lastet, da die Leistungsaufnahme des Gebläses dem Produkt aus Druckdifferenz und volumetrischer Saug leistung proportional ist.
Wollte man diese Nachteile durch eine stärkere Auslegung von Gebläse und Antriebsmotor beheben, so wäre eine sehr starke Überdimensionierung beider Teile erforderlich, so dass hierdurch die Wirtschaft lichkeit im eigentlichen Arbeitsbereich, in dem nur sehr geringe Druckdifferenzen auftreten, in Frage gestellt würde.
Erfindungsgemäss sollen die hohe Druckdifferenz an dem Gebläse der Hochvakuumstufe und die damit verbundenen Nachteile dadurch vermieden werden, dass das Aggregat zum Antreiben des Gebläses bei hohen Ansaugdrucken mit geringerer Tourenzahl als bei niedrigen Ansaugdrucken eingerichtet ist. Eine Verringerung der Tourenzahl bei hohen Ansaug drucken kann beispielsweise durch die Verwendung eines zusätzlichen Motors kleinerer Leistung erzielt werden, der entweder mit geringerer Tourenzahl läuft oder bei gleicher Tourenzahl wie der Hauptmotor das Gebläse über eine grössere Untersetzung antreibt.
Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung. Das Gebläse 1 wird bei der Inbetrieb nahme zunächst durch den Motor 5 über den vor- dern der beiden Keilriemen 2 angetrieben.
Der Mo tor 5 besitzt entweder eine geringere Tourenzahl als der Hauptantriebsmotor 3 oder aber eine kleinere Keilriemenscheibe. Die Tourenzahl des Gebläses 1 wird vorzugsweise so gewählt, dass seine volume- trische Saugleistung gleich der volumetrischen Saug leistung der Vorpumpe 6 ist, da in diesem Fall keine Druckdifferenz an dem Gebläse 1 auftritt und in folgedessen der Antriebsmotor 5 nur die unvermeid liche Reibungsarbeit aufzubringen hat.
Nachdem auf diese Weise ein genügend niedriger Ansaugdruck am Ansaugstutzen des Gebläses 1 erreicht ist, wird nun mehr der Motor 3 eingeschaltet, der auf den hintern der beiden Keilriemen 2 des Gebläses 1 wirkt. Der Motor 5 wird gleichzeitig abgeschaltet und der Frei lauf 4 verhindert, dass der Motor 5 während des ganzen Betriebes mit überhöhter Tourenzahl mitläuft. Das Anschalten des Motors 3 und das Abschalten des Motors 5 nach Erreichen des gewünschten Ar beitsdruckes kann entweder durch einen vom Druck betätigten Schalter oder von Hand erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit, das Gebläse bei hohen Ansaugdrucken mit geringer Tourenzahl zu betreiben, besteht in der Verwendung eines Motors, dessen Feldspule so ausgelegt ist, dass beim Überschreiten einer gewissen Belastung ohne stärkeres Ansteigen der Stromaufnahme die Tourenzahl sinkt. Die Lei- stungscharakteristik eines solchen Motors zeigt die Fig. 2, in die die Tourenzahl N in Abhängigkeit von der aufgenommenen Leistung L aufgetragen ist.
überschreitet die Leistungsaufnahme den im Punkt 7 gegebenen Wert, so sinkt bei weiterer Be lastung die Tourenzahl sehr schnell ab. Eine solche Motorkennlinie kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Eisenbleche der Feldwicklung in Material und Stärke so ausgewählt werden, dass bei der Nennbelastung die Eisensättigung eintritt.
Eine weitere Möglichkeit zur geeigneten Steue rung der Drehzahl besteht in der Verwendung eines der bekannten Motoren mit regelbarer Tourenzahl, wobei die Tourenzahl entweder von Hand oder über Schaltelemente automatisch vom Druck oder von der Leistungsaufnahme geregelt werden kann.
Pump unit with high volumetric suction capacity Pumps with high volumetric suction capacity are required in vacuum technology to maintain a low pressure in systems into which large amounts of gas or steam flow either through leaks or in which larger gas or gas flows during a process carried out in the system. or amounts of steam are released.
For these tasks pumps are required which have a high volumetric suction power only in a limited pressure area, namely the desired working area, while the volumetric suction power may be smaller at higher or lower pressures. Pump units with such a suction capacity characteristic can, for example, by cascading a rotating oil air pump, eg.
B. a gas ballast pump, as a backing pump and a high vacuum blower with a large theoretical-volumetric delivery rate, -z. B. a Roots blower or a Turboge blower can be realized. Pump units with such a suction speed characteristic can also have several fans and a backing pump.
Since pump units of this type, as already mentioned, have their full volumetric suction power only in a certain pressure range, it is necessary to evacuate the recipients connected to these pump units to the desired working pressure. In a known manner, you can proceed as follows: Das Hochvakuumgebläse.des pump unit is bridged by a line that leads from the intake port of the high vacuum fan to the intake port of the backing pump and which can be blocked by a valve. In addition, with this arrangement the backing pump must have a drive motor that is separate from the drive of the fan.
When pre-evacuating to the required working pressure, proceed as follows: The valve in the bypass line is opened and the rotating oil air pump (backing pump) is switched on. When the required working pressure is reached, the valve is closed and the high-vacuum fan with high volumetric suction is switched on. The valve is actuated and the high vacuum fan is switched on either by hand or by a switching device controlled by the pressure in the system.
This arrangement requires a certain amount of work when operated by hand and includes the possibility of incorrect operation. With automatic actuation by a pressure-dependent switching element, a certain amount of switching means is required.
The simultaneous activation of the rotary piston blower or turbo blower and rotating pump is not easily possible. For the pressures on the suction side of the blower and the backing pump, according to Boyle-Mariotte's law, the following applies: where P1 X Si = P2 X S2 P1 = pressure on the suction side of the blower, P2 = pressure on the suction side of the backing pump, Si = volumetric suction power of the blower, S2 = volumetric suction power of the backing pump.
From this it follows for the pressure difference between the intake side and the exhaust side of the blower:
EMI0001.0046
P2 <SEP> P <B> l </B> <SEP> p1 <SEP> CSi <SEP> 1.1
<tb> S., d. that is, the pressure difference is proportional to the pressure on the suction side of the fan, i. H. In turn, at high intake pressures, such as those that occur during the first evacuation from atmospheric pressure, very high pressure differences occur between the intake and exhaust ports of the blower. These high pressure differences have the following disadvantages: 1. The fan is overloaded.
2. The drive motor of the blower is overloaded because the power consumption of the blower is proportional to the product of the pressure difference and the volumetric suction power.
If one wanted to remedy these disadvantages by a stronger design of the fan and drive motor, a very large oversizing of both parts would be necessary, so that this would call into question the economic efficiency in the actual work area, in which only very small pressure differences occur.
According to the invention, the high pressure difference at the fan of the high vacuum stage and the associated disadvantages are to be avoided by setting up the unit for driving the fan at high suction pressures with a lower number of revolutions than at low suction pressures. A reduction in the number of revolutions at high suction pressures can be achieved, for example, by using an additional motor with a lower output, which either runs at a lower number of revolutions or drives the fan via a larger reduction ratio with the same number of revolutions as the main motor.
Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the invention. When it is started up, the fan 1 is initially driven by the motor 5 via the front of the two V-belts 2.
The Mo tor 5 either has a lower number of revolutions than the main drive motor 3 or a smaller V-belt pulley. The number of revolutions of the fan 1 is preferably selected so that its volumetric suction power is equal to the volumetric suction power of the backing pump 6, since in this case there is no pressure difference on the fan 1 and consequently the drive motor 5 only has to apply the unavoidable friction work .
After a sufficiently low suction pressure has been reached at the suction port of the fan 1 in this way, the motor 3 is now switched on, which acts on the rear of the two V-belts 2 of the fan 1. The motor 5 is switched off at the same time and the freewheel 4 prevents the motor 5 from running with excessive revs during the entire operation. The switching on of the motor 3 and the switching off of the motor 5 after reaching the desired work pressure can be done either by a switch operated by the pressure or by hand.
Another possibility of operating the blower at high suction pressures with a low number of revolutions is to use a motor whose field coil is designed in such a way that when a certain load is exceeded, the number of revolutions is reduced without increasing the power consumption. The power characteristic of such a motor is shown in FIG. 2, in which the number of revolutions N is plotted as a function of the power L consumed.
If the power consumption exceeds the value given in point 7, the number of tours drops very quickly with further loading. Such a motor characteristic can be achieved, for example, by selecting the iron sheets of the field winding in terms of material and thickness so that iron saturation occurs at the nominal load.
Another possibility for suitable control of the speed is to use one of the known motors with a controllable number of revolutions, whereby the number of revolutions can be regulated either by hand or automatically via switching elements from the pressure or from the power consumption.