DE19500823A1 - Vakuum-Pumpstand - Google Patents
Vakuum-PumpstandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Pumpstand zum zykli
schen Abpumpen eines Behälters und zum Aufrechterhalten
eines Betriebsvakuums in dem Behälter, welcher zum Ab
pumpen des Behälters eine erste und zweite Vakuumpumpe
hat, welche hintereinander angeordnet sind und eine erste
und eine zweite Pumpstufe bilden.
Pumpstände der vorstehenden Art werden in der Technik
beispielsweise zum zyklischen Abpumpen von Adsorbern ein
gesetzt, um die Regeneration von Zeolithen oder sonstigen
Adsorptionsmitteln im Unterdruck bei Vakuum-Swing Anlagen
oder Druck-Vakuum-Swing-Anlagen zur Sauerstoff- und
Stickstoffanreicherung vorzunehmen. Bei solchen Anlagen
kommt es darauf an, relativ rasch große Gasmengen aus ei
nem Adsorber abzusaugen und anschließend in ihm einen Be
triebsunterdruck aufrecht zu erhalten. Das geschieht der
zeit mit Pumpständen, welche aus mehrstufig arbeitenden
Drehkolbengebläsen aufgebaut sind. Solche Pumpstände be
friedigen zwar von ihrer Funktion her, jedoch geht das
Bemühen der Fachwelt dahin, ihren Energiebedarf weiter zu
verringern, da dieser bei zyklischen Prozessen eine große
Rolle spielt. Bei den aus Drehkolbengebläsen gebildeten
Pumpständen sind jedoch in letzter Zeit nur noch geringe
Fortschritte in Bezug auf eine Verminderung des Energie
bedarfs erzielt worden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen möglichst
einfach aufgebauten und kostengünstig herstellbaren Va
kuum-Pumpstand der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß sein Energiebedarf möglichst gering ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die erste Vakuumpumpe ein Radialgebläse mit einer in ihre
Ansaugleitung geschalteten, regelbaren Drossel und die
zweite Vakuumpumpe ein Drehkolbengebläse oder eine Was
serringpumpe ist, daß die zweite Vakuumpumpe in eine Va
kuumleitung parallel zu einer Auslaßleitung der ersten
Vakuumpumpe geschaltet und mit ihrem Eingang an einer Ab
zweigung mit der Auslaßleitung verbunden ist und daß
strömungsmäßig hinter der Abzweigung in der Vakuumleitung
und der Auslaßleitung jeweils ein Steuerteil zum Lenken
des Fördervolumens bei höheren Drücken von der ersten Va
kuumpumpe unmittelbar oder bei geringeren Drücken von der
ersten Vakuumpumpe über die zweite Vakuumpumpe zum Auslaß
des Vakuum-Pumpstandes angeordnet ist.
Der Einsatz eines Radialgebläses als erste Vakuumpumpe
wurde bislang von der Fachwelt immer dann verworfen, wenn
die Ansaugzustände für das Radialgebläse stark schwanken.
Beispielsweise müssen bei Vakuum-Swing-Anlagen Adsorber
zyklisch von einem absoluten Druck von jeweils etwa 1000
mbar auf etwa 300 mbar evakuiert werden. Die Energieauf
nahme von Radialgebläsen ist bei 1000 mbar Ansaugzustand
um den Faktor 3,9 höher als zum Beispiel bei einem An
saugzustand von 600 mbar. Von 600 mbar an bis ca. 100
mbar ist das Saugvermögen von Radialgebläsen bei Ausnut
zung des max. Druckverhältnisses nahezu konstant, die En
ergieaufnahme ist jedoch um den Wert der differenz
druckabhängigen, volumetrischen Verluste bei vergleichba
ren Drehkolbengebläsen geringer. Radialgebläse haben auf
grund ihrer hohen Drehzahl von ca. 11.000 min-1 und mehr,
kaum Gasrückströmung und dadurch einen volumetrischen
Wirkungsgrad von nahezu 1. Bei gleichem Saugvermögen zwi
schen einem Radialgebläse und einem Drehkolbengebläse ist
somit die Energieaufnahme bei vergleichbarem Differenz
druck zwischen Einlaß und Auslaß bei Radialgebläsen deut
lich geringer. Dies bedeutet, daß bei einem Druck an der
Ansaugseite von 600 mbar 18% und bei einem Ansaugdruck
von 300 mbar 23% weniger Energieaufnahme unter Ausnut
zung des maximalen Kompressionsverhältnisses bei diesen
Betriebszuständen erreicht wird.
Gemäß der Erfindung ergibt sich dadurch eine Energieein
sparung, daß durch die regelbare Drossel das Saugvermögen
des Radialgebläses bei maximalem Druckverhältnis in jedem
Ansaugzustand konstant gehalten wird. Dieses Drosseln
zwischen einem Atmosphärendruck von 1000 mbar auf 600
mbar so lange, bis durch das Absaugen ein absoluter Druck
von 600 mbar saugseitig erreicht ist, bedingt natürlich
einen relativ hohen Energieverlust im Vergleich zu einem
Drehkolbengebläse, bei dem eine solche Drosselung unnötig
ist. Überraschenderweise konnte jedoch für den zyklischen
Betrieb, bei dem relativ rasch hintereinander von Normal
druck auf einen Betriebsunterdruck abgesaugt werden muß,
festgestellt werden, daß durch den besonders wirtschaft
lichen Betrieb, der sich durch die Kombination eines Ra
dialgebläses mit einem Drehkolbengebläse bei Saugdrücken
kleiner 600 mbar ergibt, dieser anfängliche höhere Ener
giebedarf mehr als kompensiert wird, so daß es insgesamt
zu einer Energieersparnis kommt, wenn man die Verrohrung
so vornimmt, wie das im Anspruch 1 gekennzeichnet wurde.
Diese ermöglicht es nämlich, beim Starten des Pumpstandes
mit dem Drehkolbengebläse den Pumpenstrang mit dem Radi
algebläse zu evakuieren.
Die zweite Pumpstufe oder weitere Pumpstufen sind erfin
dungsgemäß deshalb als Drehkolbengebläse ausgeführt, weil
ein im Vergleich als zweite Stufe ausgeführtes Radialge
bläse mit einem Ansaugdruck zwischen 1000 mbar bis 600
mbar arbeiten müßte und somit immer im energetisch ungün
stigen Arbeitsbereich für Radialgebläse liegen würde.
Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Pumpstand ist auch,
daß sich mit im Handel derzeit erhältlichen Vakuumpumpen
maximale Saugleistungen von über 90.000 m³/h erreichen
lassen und daß die Herstellungskosten geringer sind als
die vergleichbarer Pumpstände.
Wenn die erste und zweite Vakuumpumpe so geschaltet sind,
daß sie ausschließlich hintereinander und nicht parallel
arbeiten, dann kann die Steuerung der Volumenströme
zwangsläufig erfolgen, ohne daß hierzu die Steuerteile
motorisch betätigt werden müssen, so daß die Verlegung
von Steuerleitungen unnötig wird, wenn gemäß einer vor
teilhaften Weiterbildung der Erfindung das Steuerteil in
der Auslaßleitung als eine zum Auslaß des Vakuum-Pump
standes hin öffnende Rückschlagklappe und das Steuerteil
in der Vakuumleitung als eine zum Einlaß der zweiten
Pumpstufe hin öffnende Rückschlagklappe ausgebildet ist.
Bei der der ersten Vakuumpumpe vorgeschalteten regelbaren
Drossel könnte es sich um einen üblichen Drallregler han
deln. Die Drossel vermag jedoch zugleich die Leitung, in
der sie angeordnet ist, abzusperren, so daß beim Anfahren
ein Evakuieren des Pumpenstranges mit dem Radialgebläse
ohne Anordnung eines zusätzlichen Absperrorgans möglich
wird, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfin
dung die der ersten Vakuumpumpe vorgeschaltete, regelbare
Drossel ein motorisch betätigbares und bis in Schließ
stellung bewegbares Klappenventil ist. Ein solches Klap
penventil ermöglicht es, große Querschnitte rasch zu ver
ändern, so daß eine trägheitsarme Regelung möglich wird.
Beim Anfahren und während Leerlaufphasen kann das die
zweite Pumpenstufe bildende Drehkolbengebläse besonders
verlustarm weiterlaufen, wenn die zweite Vakuumpumpe
einen ihre Auslaßseite und Einlaßseite miteinander ver
bindenden Bypass mit einem motorisch betätigbaren Sperr
ventil hat.
Wenn zu Beginn des Absaugens in dem abzusaugenden Behäl
ter Normaldruck herrscht, dann ist es vorteilhaft, daß zu
Beginn des Abpumpens beide Vakuumpumpen parallel zueinan
der arbeiten können, weil dann möglichst rasch das not
wendige Gasvolumen abgesaugt werden kann. Das läßt sich
auf einfache Weise dadurch erreichen, daß von der den
Auslaß der ersten Vakuumpumpe mit dem Einlaß der zweiten
Vakuumpumpe verbindenden Vakuumleitung eine Saugleitung
zur Ansaugleitung der ersten Vakuumpumpe strömungsmäßig
bis vor die Drossel führt und das Steuerteil motorisch
gesteuert ist.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur
weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da
von schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend beschrieben. Diese zeigt einen Schaltplan ei
nes Pumpstandes nach der Erfindung.
Die Zeichnung zeigt schematisch einen leerzupumpenden Be
hälter 1, von dem eine Ansaugleitung 2 zu einem Einlaß 3
einer ersten Vakuumpumpe 4 führt. Diese erste Vakuumpumpe
4 ist erfindungsgemäß als Radialgebläse (Turboverdichter)
ausgebildet. Um diesem ein wirtschaftliches Arbeiten bei
Ansaugdrücken zwischen 600 mbar und 1000 mbar im Behälter
1 zu ermöglichen, ist in die Ansaugleitung 2 eine regel
bare Drossel 5 geschaltet. Diese wird auf nicht gezeigte,
jedoch für den Fachmann übliche Weise mit Hilfe von zwei
Drucksensoren 20, 21 so geregelt, daß am Einlaß 3 der er
sten Vakuumpumpe 4 immer ein Ansaugdruck von nicht über
600 mbar herrscht, solange der Druck im Behälter 1 höher
ist.
Die erste Vakuumpumpe 4 hat einen Auslaß 6, von dem eine
Auslaßleitung 7 zu einem Pulsationsdämpfer 8 und damit
über einen Schalldämpfer 9 zu einem Auslaß 10 des Vakuum-
Pumpstandes führt.
Die Auslaßleitung 7 ist an einer Abzweigung 11 mit einer
parallel zu ihr verlaufenden Vakuumleitung 12 verbunden,
die ebenfalls in den Pulsationsdämpfer 8 führt und in die
eine zweite Vakuumpumpe 13 geschaltet ist. Bei dieser
zweiten Vakuumpumpe 13, welche die zweite Pumpstufe bil
det, handelt es sich erfindungsgemäß um ein Drehkolbenge
bläse (Rootspumpe) oder um eine Wasserringpumpe.
Vom Auslaß 6 der ersten Vakuumpumpe 4 aus gesehen ist
hinter der Abzweigung 11 in der Auslaßleitung 7 und der
Vakuumleitung 12 jeweils ein Steuerteil 14 bzw. 15 ange
ordnet, bei dem es sich in beiden Fällen um eine Rück
schlagklappe handelt. Dabei öffnet die Rückschlagklappe
des Steuerteils 14 zur zweiten Vakuumpumpe 13 und die
Rückschlagklappe des Steuerteils 15 zum Pulsationsdämpfer
8 hin.
Der zweiten Vakuumpumpe 13 ist ein Bypass 16 mit einem
Sperrventil 17 zugeordnet. Dieser Bypass 16 vermag ihren
Ausgang mit der Vakuumleitung 12 zu verbinden und ermög
licht es deshalb, daß die zweite Vakuumpumpe 13 kurzge
schlossen und deshalb mit geringem Energiebedarf im Leer
lauf unter atmosphärischem Druck arbeiten kann. Die Vaku
umleitung 12 erlaubt es, beim Anfahren mit der zweiten
Vakuumpumpe 13 bei geschlossener Drossel 5 die erste Va
kuumpumpe 4 und die entsprechenden Leitungen zu evakuie
ren. Dadurch kann die als Radialgebläse ausgebildete Va
kuumpumpe 4 im Leerlauf ohne Saugvermögen und Druckdiffe
renz im Unterdruck bei minimalster Energieaufnahme arbei
ten.
Von der Vakuumleitung 12 kann eine strichpunktiert darge
stellte Saugleitung 18 zur Ansaugleitung 2 vor die Dros
sel 5 führen. In diese Saugleitung 18 ist eine Rück
schlagklappe 19 geschaltet, welche zur zweiten Vakuum
pumpe 13 hin öffnet. Eine solche Saugleitung 18 ermög
licht einen Parallelbetrieb der ersten und zweiten Vaku
umpumpe 4, 13, was vorteilhaft ist, wenn zu Beginn der
Absaugphase aus dem Behälter 1 ein großes Volumen abge
saugt werden muß, insbesondere wenn dann in ihm Normal
druck herrscht. Voraussetzung für einen solchen Parallel
betrieb ist, daß das Steuerteil 14 motorisch betätigbar
ist, so daß es nicht infolge des von der zweiten Vakuum
pumpe 13 erzeugten Unterdrucks von selbst öffnet, weil
dann die zweite Vakuumpumpe 13 an beiden Seiten der er
sten Vakuumpumpe 4 ansaugen würde.
Wenn schon zu Beginn des Absaugens des Behälters 1 in
diesem ein relativ geringer Druck herrscht, beispiels
weise 700 mbar, dann kann man zur Vereinfachung des Pump
standes auf diese Saugleitung 18 verzichten.
Zu Beginn des Absaugens des Behälters 1 arbeiten die er
ste Vakuumpumpe 4 und die zweite Vakuumpumpe 13 parallel
zueinander, so daß über die Ansaugleitung 2 und die Saug
leitung 18 Gas über den Pulsationsdämpfer 8 zum Auslaß 10
gefördert wird. Wenn die von der ersten Vakuumpumpe 4 ge
förderte Gasmenge kleiner wird als das von der zweiten
Vakuumpumpe 13 mögliche Fördervolumen, dann saugt die
zweite Vakuumpumpe 13 über die Vakuumleitung 12 den am
Auslaß 6 der ersten Vakuumpumpe 13 anfallenden Volumen
strom ab.
Bezugszeichenliste
1 Behälter
2 Ansaugleitung
3 Einlaß
4 erste Vakuumpumpe
5 regelbare Drossel
6 Auslaß
7 Auslaßleitung
8 Pulsationsdämpfer
9 Schalldämpfer
10 Auslaß
11 Abzweigung
12 Vakuumleitung
13 zweite Vakuumpumpe
14 Steuerteil
15 Steuerteil
16 Bypass
17 Sperrventil
18 Saugleitung
19 Rückschlagklappe
20 Drucksensor
21 Drucksensor
2 Ansaugleitung
3 Einlaß
4 erste Vakuumpumpe
5 regelbare Drossel
6 Auslaß
7 Auslaßleitung
8 Pulsationsdämpfer
9 Schalldämpfer
10 Auslaß
11 Abzweigung
12 Vakuumleitung
13 zweite Vakuumpumpe
14 Steuerteil
15 Steuerteil
16 Bypass
17 Sperrventil
18 Saugleitung
19 Rückschlagklappe
20 Drucksensor
21 Drucksensor
Claims (5)
1. Vakuum-Pumpstand zum zyklischen Abpumpen eines Behäl
ters und zum Aufrechterhalten eines Betriebsvakuums in
dem Behälter, welcher zum Abpumpen des Behälters eine er
ste und zweite Vakuumpumpe hat, welche hintereinander
angeordnet sind und eine erste und eine zweite Pumpstufe
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vakuumpumpe
(4) ein Radialgebläse mit einer in ihre Ansaugleitung (2)
geschalteten, regelbaren Drossel (5) und die zweite Vaku
umpumpe (13) ein Drehkolbengebläse oder eine Wasser
ringpumpe ist, daß die zweite Vakuumpumpe (13) in eine
Vakuumleitung (12) parallel zu einer Auslaßleitung (7)
der ersten Vakuumpumpe (4) geschaltet und mit ihrem Ein
gang an einer Abzweigung (11) mit der Auslaßleitung (7)
verbunden ist und daß strömungsmäßig hinter der Abzwei
gung (11) in der Vakuumleitung (12) und der Auslaßleitung
(7) jeweils ein Steuerteil (14, 15) zum Lenken des För
dervolumens bei höheren Drücken von der ersten Vakuum
pumpe (4) unmittelbar oder bei geringeren Drücken von der
ersten Vakuumpumpe (4) über die zweite Vakuumpumpe (13)
zum Auslaß (10) des Vakuum-Pumpstandes angeordnet ist.
2. Vakuum-Pumpstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Steuerteil (15) in der Auslaßleitung (7) als
eine zum Auslaß (10) des Vakuum-Pumpstandes hin öffnende
Rückschlagklappe und das Steuerteil (14) in der Va
kuumleitung (12) als eine zum Einlaß der zweiten Pump
stufe (13) hin öffnende Rückschlagklappe ausgebildet ist.
3. Vakuum-Pumpstand nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die der ersten Vakuumpumpe (4) vorge
schaltete, regelbare Drossel (5) ein motorisch betätigba
res und bis in Schließstellung bewegbares Klappenventil
ist.
4. Vakuum-Pumpstand nach zumindest einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Va
kuumpumpe (13) einen ihre Auslaßseite und Einlaßseite
miteinander verbindenden Bypass (16) mit einem motorisch
betätigbaren Sperrventil (17) hat.
5. Vakuum-Pumpstand nach zumindest einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der den
Auslaß der ersten Vakuumpumpe (4) mit dem Einlaß der
zweiten Vakuumpumpe (13) verbindenden Vakuumleitung (12)
eine Saugleitung (18) zur Ansaugleitung (2) der ersten
Vakuumpumpe (4) strömungsmäßig bis vor die Drossel (5)
führt und das Steuerteil (14) motorisch gesteuert ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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