DD284944A5

DD284944A5 - Pumpaggregat fuer hohes vakuum

Info

Publication number: DD284944A5
Application number: DD89333030A
Authority: DD
Inventors: Claude Saulgeot; Jacques Long
Original assignee: ��@�K@�Kk��
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1990-11-28
Also published as: EP0373975B1; ES2041429T3; US5039280A; FR2640697B1; ATE90143T1; JPH03500440A; FR2640697A1; EP0373975A1; DE68906869D1; DE68906869T2; WO1990007061A1; JPH0355679B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpaggregat fuer hohes Vakuum, mit einer Primaerpumpe in Reihe mit einer Sekundaerpumpe, die an einen zu evakuierenden Behaelter angeschlossen ist und mit Mitteln zum Starten der Sekundaerpumpe, wenn der Druck vor der Primaerpumpe unter einen Wert P1 sinkt. Erfindungsgemaesz ist ein passives Reservoir in Reihe mit einem Absperrventil zwischen den Auslasz der Sekundaerpumpe und den Einlasz der Primaerpumpe eingefuehrt und es sind Steuermittel zum Schlieszen des Absperrventils und zum Abschalten der Primaerpumpe vorgesehen, die wirksam werden, wenn der Druck im passiven Reservoir einen Wert P2P1 erreicht, waehrend das Absperrventil geoeffnet und die Primaerpumpe eingeschaltet werden, wenn der Druck in dem passiven Reservoir wieder den Druck P1 erreicht. Fig. 1{Pumpenaggregat; Vakuum, hoch; Primaerpumpe; Sekundaerpumpe; Behaelter; Reservoir, passiv; Absperrventil; Steuermittel}

Description

P"mpaggregat für hohes Vakuum Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpaggregat für hohes Vakuum.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, zum Erhalt von Drücken unterhalb von 10 mBar eine Primärpumpe und eine Sekundärpumpe in Reihe anzuordnen

Beim Starten des Aggregats wird nur die Primärpumpe eingeschaltet, bis der Druck vor der Primärpumpe auf einen solchen Wert P, sinkt, daß die Sekundärpumpe eingeschaltet werden kann. Die Sekundärpumpe wird dann eingeschaltet und die beiden Pumpen sind gleichzeitig dauernd in Reihe in Betrieb. Der gewünschte Druck im Behälter wird se nach einer mehr oder weniger langen Zeit erreicht.

Ein solches Pumpaggregat benötigt elektrische Energie zur Versorgung der Antriebsmotoren der Pumpen. Diese Energie kann entweder von einer Netzversorgung oder von einer in das Pumpaggregat integrierten Akkumulatorenbatterie kommen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, die während der Pumpvorgänge verbrauchte elektritsche Energie zu reduzieren.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es ein Pumpenaggregat zu schaffen, das einen ge Energiebedarf aufweist und besonders für tragbare Aggregate geeignet ist, die von einer Akkumulatorenbatterie gespeist werden, indem für eine Batterie von gegebenem Gewicht und gegebenen Ausmaßen die Erhöhung der Dauer der Autonomie des Pumpaggregats ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird ein Pumpaggregat für hohes Vakuum geschaffen, mit einer Primärpumpe in Reihe mit einer Sekundärpumpe, die an einen zu evakuierenden Behälter angeschlossen ist, und mit Mitteln zum Starten dur Sekundärpumpe, wenn der Druck vor der Primärpumpe unter einen Wert P, sinkt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein passives Reservoir in Reihe mit einem Absperrventil zwischen den Auslaß der Sekundärpumpe und den Einlaß der Primärpumpe eingeführt ist und Steuermittel zum Schließen des Absperrventils und zum Abschalten der Primärpumpe vorgesehen sind, die wirksam werden, wenn der Druck im passiven Reservoir einen Wert P₂ 4. P₁ erreicht, während das Absperrventil geöffnet und die Primärpumpe eingeschaltet werden, wenn der Druck in dem passiven Reservoir wieder den Druck P, erreicht. Die Primärpumpe ist vorzugsweise eine Adsorptionspumpe mit einer Kühlvorrichtung, woher die Mittel zum Abschalten der Primärpumpe auf die Kühlvorrichtung einwirken.

Ausfühhungsbeispiele

Nachfolgend wird ein AusführungsbeispieJ. der Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Pumpaggregat;

- 3 Fig. 2 eine typische Betriebskur, ve des Pumpaggregats.

Figur 1 zeigt also schematisch ein Pumpaggregat, das eine Sekundärpumpe 1 mit ihrem Antriebsmotor 2 aufweist, die an ihrer Ansaugseite mit einem Behälter 3, in dem man ein hohes Vakuum erhalten will, und auf ihrer Auslaßseite mit einer von ihrem Antriebsmotor 5 angetriebenen Primärpurnpe 4 verbunden ist, wobei diese Primärpumpe 4 zur Atmosphäre hin ausläßt.

Das gezeigte Pumpaggregat ist zum Beispiel tragbar und autonom und enthält eine Akkumulatorenbatterie 6 zur Energieversorgung des Aggregats. Die Akkumulatorenbatterie speist einen elektrischen Steuerkreis 7, der unter anderem einen Dreiphasen-Gleichstrom-Wechselstromwandler zur Speisung der Motoren 2 und 5 aufweist, Über die Speiseleitungen B und

Wie man weiß, kann die Sekundärpumpe 1 nur unterhalb eines gewissen Drucks P,, genannt Anfangsdruck, arbeiten. So wird beim Start des Aggregats nur die Primärpumpe 4 eingeschaltet. Wenn dann der Druck vor der Primärpumpe unter diesen Druck P, fällt, wird die Sekundärpumpe 1 automatisch eingeschaltet. Man weiß, daß die vom Antriebsmotor 5 verbrauchte Leistung eine steigende Funktion des Ansaugdrucks ist. So schaltet sich die Sekundärpumpe ein, wenn der vom Antriebsmotor 5 aufgenomme Strom unter einen Wert fällt, der diesem Ansaugdruck P| entspricht. Zu diesem Zweck enthält der Steuerkreis 7 z. B. ein Stromschwellwertrelais, das bei einem vorbestimmten Wert des Storms in der Speiseleitung 9 anspricht.

Gemäß der Erfindung ist ein passives Resservoir 10 gefolgt von einem Absperrventil 11 zwischen den Auslaß 12 der Sekundärpumpe 1 und die Ansaugseite 13 der Primärpumpe 4 geschaltet. Das passive Reservoir 10 ist nur ein einfacher

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Hohlraum mit einem gewissen Volumen, daher wird es passiv genannt.

Der Steuerkreis 7 enthält eine Relais, das zwischen einem Maximalwert I, und einem Minimalwert I₂ des Antriebsmotors der Sekundärpumpe 1 arbeitet, wobei die Werte I, und I₂ des Stroms zwei Werten des Drucks P in dem passiven Reservoir 10 entsprechen: der erste dem Anfangsdruck P, und ein zweiter Wert einem Druck ?_r.C p. . Dieser Druck P₂ entspricht einem Wert P, des Drucks im Vakuumbehälter 3. Dieser Druck P₁ ist der Grenzansaugdruck der Sekundärpumpe 1. Wenn also der Druck im Reservoir 10 den Wert P₂ erreicht, bewirkt der Steuerkreis 7 über die Leitung 14 das Schließen des Absperrventils 11 und das Anhalten des Antriebsmotors 5 der Primärpumpe 4. Umgekehrt bewirkt der Steuerkreis 7 das Wiederöffnen des Absperrventils 11 und das Wiedereinschalten der Primärpumpe4, wenn der Druck im passiven Reservoir 10, aufgrund der Tatsache, daß die Sekundärpumpe 1 immer noch arbeitet und aufgrund des Entgasens der Wände des Behälters 3, bis auf den Wert P, ansteigt. Der Druck im Reservoir 10 sinkt wieder bis auf den Wert P₂, was aufs Neue das Anhalten der Primärpumpe 4 und das Schließen des Absperrventils 11 bewirkt. Der Druck im passiven Reservoir 10 schwankt so zwischen diesen beiden Werten P, und P₂, wobei die beiden Pumpen während einer ersten Zeitspanne in Betrieb sind und während einer zweiten Zeitspanne nur die Sekundärpumpe arbeitet.

Figur 2 zeigt diesen Betrieb.

Von der Zeit 0 zur Zeit t, startet das Pumpaggregat und nur die Primärpumpe 4 arbeitet. Zur Zeit t, erreicht der Druck im Reservoir 10 den Wert P,, und die Sekundärpumpe 1 wird

eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der von ihrem Antriebsmotor 2 verbrauchte Strom maximal und gleich I,. Der Druck sinkt bis auf P„ zum Zeitpunkt t« und der vom Motor 2 verbrauchte Strom sinkt bis auf einen Maximalwert I₂; das Relais schaltet ein und die Primärpumpe 4 wird angehalten und das Ventil 11 geschlossen. Von t₂ bis t, arbeitet nur die Sekundarpumpe. In t, schaltet sich die Primärpumpe wieder ein und das Ventil 11 öffnet sich von neuem, usw. Von t₃ bis tx arbeiten beide Pumpen, von t. bis te arbeitet nur die Sekundarpumpe usw.

Wenn man die Pumpleistung Q als Produk/t des Durchsatzes S und des Drucks P des gepumpten Gases definiert, hat man Q = PS.

Weiter oben wurde gesagt, daß der Druck P₂ der Druck im Reservoir 10 zu dem Zeitpunkt ist, in dem Ansaugen der Sekundarpumpe 1 einen Grenzdruck P, erreicht. In diesem Moment ist der Betrieb permanent, und die Pumpleistung Q der Primärpumpe 4 ist gleich dem Entgasungsfluß CL des Behälters 3.

In diesem Moment ist der von der Primärpumpe gepumpte Fluß Q - P₇S - Q,, wenn S der Pumpdruchsatz der Primärpumpe ist. So erhält man P₂ = Q,/S.

Das Verhältnis der Betriebs- und Anhaltezeiten der Primärpumpe 4 hängt direkt vom Ausmaß des Entgasens des Behälters 3 und der Größe des Volumens V des Reservoirs 10 ab. Die folgende Gleichung verbindet diese verschiedenen Größen:

P₁ - P₂ = (Q₁ ta)/V,

wobei tn die Anhaltezeit der Primärpumpe 4 ist, nämlich:

t₃ - t₂ oder t₅- t₄ in Figur 2.

So erhält man ta = (VZQ₁) '.P₁- P₂)

So sind die Anhaltezeiten ta umso größer, je größer das Volu men V des Reservoirs 10 ist, je größer der Anfangsdruck P, der Sekundärpumpe 1 ist und je kleiner der Entgasungsfluß Q₁ des Behälters ist.

Außerdem hängt die Betriebszeit t der Primärpumpe 4 (entsprechend den Zeiten t₂ - t, oder t» - t-, oder t, - t,- in Figur 2) vom Volumen V des Reservoirs 10 und dem Pumpdurchsatz S der Primpärpumpe 4 ab.

Die folgende Gleichung verbindet diese Elemente: t_m = (2,3V/S) log (P₁ZP₂)

So ist diese Betriebszeit der Primärpumpe 4 umso kürzer,

je geringer das Volumen V des Reservoirs 10 ist, je kleiner

das Druckverhältnis PiZP₂ ist und je größer der Durchsatz S der Primärpumpe 4 ist.

(2,3 V/S) log (P₁ZP₂) (2,3 Q₁ZS) log (P₁Z

Man hat: t/t ⁼

/t ^{m a} (VZQ₁) (P₁ - P₂) (P₁ - P₂)

Dieses Verhältnnis ist umso geringer, je niedriger der Entgasungsfluß Q₁ des Behälters 3 ist, je kleiner das Verhältnis P1/P9 ^is*» J^e 9^rößer der Pumpdurchsatz S der Primärpumpe 4 ist und je größer der Unterschied der Drücke P₁ - P₂ ist.

Wenn ζ. B. der Durchsatz S der Primärpumpe 4 i = 3,6 m³/h = l/s, der Entgasungsfluß Q₁ = 10"² mb.l/s, der maximale Anfangsdruck P₁ = 40 mb, der Minimaldruck P₂ = 4.10"³ mb beträgt, dann ergibt sich:

t = 9,2 Sekunden und t = 4 000 Sekunden.

Ill 3

tm _ 2,3 tm = 2,3

ta 1 000 tm + ta 1 002,3 ** 2,3.ΙΟ"³

So stellt die von der Primärpumpe 4 mit einem solchen Pumpaggregat während einer Verwendungszeit t des Aggregats die o,23 H der von der Primärpumpe 4 verbrauchten Energie dar, wenn diese Primpärpumpe 4 permanent während dieser ganzen Zeit t in Betrieb gewesen wäre, anstatt nur mit Unterbrechungen zu arbeiten. Die Sekundärpumpe 4 arbeitet permanent ab dem Zeitpunkt t,.

Man erkennt so die Bedeutung der Erfindung, insbesondere im Fall eines autonomen batteriegespeisten Aggregats.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf den Fall, in dem die Primärpumpe 4 eine Adsorptionspumpe ist, z. B. eine statische Pumpe vom Typ "Molekularsieb" oder Zeolith. Das Pumpen durch Einfangen der Moleküle ist nur wirksam bei sehr niedriger Temperatur, so daß diese Art Pumpe ein starkes Kühlsystem z. B. durch Zirkulation von Flüssigstickstoff benötigt.

In diesem Fall wird der Antriebsmotor 5 durch eine Kühlvorrichtung 5 ersetzt. Der Steuerkreis 7 wirkt also auf diese Kühlvorrichtung 5, um sie auszuschalten, und zwar unter den gleichen Bedingungen wie diejenigen, unter denen der Antriebsmotor 5 angehalten wurde im Fall einer drehenden Primärpumpe mit Auslaß der Atmosphäre.

Claims

Patentansprüche

1. Pumpaggregat für hohes Vakuum, mit einer Primärpumpe in Reihe mit einer Sekundärpumpe, die an einen zu evakuierenden Behälter (3) angeschlossen ist und mit Mitteln zum Starten der Sekundärpumpe, wenn der Druck vor der Primärpumpe unter einen Wert P₁ sinkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein passives Reservoir (10) in Reihe mit einem Absperrventil (11) zwischen den Auslaß (12) der Sekundärpumpe (1) und den Einlaß (13) der Primärpumpe (4) eingefügt ist und Steuermittel (7) zum Schließen des Absperrventils (11) und zum Abschalten der Primärpumpe (4) vorgesehen sind, die wirksam werden, wenn der Druck im passiven Reservoir (10) einen Wert P₂ < Pi erreicht, während das Absperrventil (11) geöffnet und die Primärpumpe (4) eingeschaltet werden, wenn der Druck in dem passiven Reservoir (10) wieder den Druck P, erreicht.
2. Pumpaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Primärpumpe eine Adsorptionspumpe mit einer Kühlvorrichtung (5) ist, wobei die Mittel zum Abschalten der Primärpumpe (4) auf die Kühlvorrichtung einwirken.

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