EP2054626A1 - Verfahren zur abreaktion selbstentzündlicher stäube in einer vakuumpumpvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur abreaktion selbstentzündlicher stäube in einer vakuumpumpvorrichtung

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EP2054626A1
EP2054626A1 EP07788296A EP07788296A EP2054626A1 EP 2054626 A1 EP2054626 A1 EP 2054626A1 EP 07788296 A EP07788296 A EP 07788296A EP 07788296 A EP07788296 A EP 07788296A EP 2054626 A1 EP2054626 A1 EP 2054626A1
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supply
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vacuum pump
vacuum
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Definitions

  • the invention relates to a method for the reaction of self-igniting dusts in a dry-compressing vacuum pumping device and a corresponding vacuum pump.
  • particles or fine dusts are often formed which, due to their chemical composition and their large surface, are so reactive that they ignite spontaneously on contact with ambient air, whereby they react with atmospheric oxygen.
  • Such processes are, for example, the Czochalsky process for the production of silicon single crystals or the melting and Degassing of steels.
  • silicon oxide (SiO) is formed and in the second case, metallic fine dusts, such as. B. magnesium dust.
  • the dust particles are sucked into the vacuum pump, which generates the vacuum required for the process.
  • the dust particles are absorbed by the lubricant and not discharged from the pump.
  • the dusts also pose a safety risk for the maintenance personnel of the systems, as in the event of faulty operation or unplanned system ventilation, ignition of the dusts can not be ruled out. Such inflammation can even occur in the filter or in the piping.
  • the invention has for its object to provide a method for Abresure redesigner dusts in a dry-compressing vacuum pump, in which a continuous Oxidat ⁇ on the reactive dusts within the vacuum pump, whereby the vacuum pump as such simplifies and the work on the vacuum pump is made safer.
  • the inventive method is defined in claim 1. Thereafter, the vacuum pumping device during operation continuously metered oxygen is supplied, whereby an oxidation of the dust is effected.
  • the invention provides a targeted Abreakt ⁇ on oxidizable dusts in the vacuum pump.
  • silicon oxide (SiO 2 ) is oxidized to silicon dioxide (SiO 2 ) and metals are oxidized to metal oxides. Since gas is essentially conveyed by the vacuum pump and the absolute mass flow of dust per unit of time is relatively low, this method represents a possibility of allowing the reactive dusts to react continuously and in a controlled manner. An uncontrolled inflammation of the dusts is reliably prevented.
  • the oxygen supply can be in the form of pure oxygen or in the form of air.
  • the supplied oxygen-containing gas can be introduced at a suitable point in the vacuum pump device, for example in the pump chamber at the pump inlet, in the course of the compression chamber or at the Pumpenaustr ⁇ tt.
  • the invention further relates to a dry-compacting vacuum pumping device having at least one driven compression member and a housing with pump inlet and pump outlet.
  • the vacuum pump is characterized in that the housing has at least one oxygen inlet with a throttle valve for regulating the inlet cross-section.
  • a dry compressing vacuum pumping apparatus is contemplated; Screw pumps, claw pumps, Roots pumps, turbocompressors, side hydraulic compressors, dry compacting rotary vane pumps and others.
  • the vacuum pumping device may consist of a single vacuum pump or of a plurality of pumps connected in series, each of which forms a pump stage.
  • the oxygen may also be introduced into a reaction chamber located between two pump stages. In this case, a reaction space is provided. As a reaction space can also serve a pipe.
  • temperature or pressure sensors are provided for monitoring the reaction in the vacuum pumping device.
  • a method for cleaning the vacuum pumping device and the dusts of dust may be that after the end of the process, the supply of process gas is stopped and further an oxygen-containing gas mixture, for. As air is conveyed by the pumping device.
  • the oxygen required for the oxidation may also be contained in the sealing gas of a shaft seal.
  • the oxygen flows metered out of the shaft seal into a pump chamber or a line of the pumping device.
  • Fig. 2 is a section along the line I ⁇ -II of Figure 1 and
  • Fig. 3 is a schematic representation of the principle of the present
  • a vacuum pump is provided in the form of a screw pump.
  • This has an elongated housing 10, in which two screw rotors 12, 14 are rotatably mounted in opposite directions to each other.
  • Each screw rotor has a helically arranged tooth 16, 18, the pitch of which continuously decreases from the pump inlet 20 to the pump outlet 22, as can be seen in FIG.
  • the working chamber which migrates in the axial direction when the screw rotors rotate, decreases from the pump inlet 20 to the pump outlet 22.
  • the compression chamber 24th Between the pump inlet and the pump outlet is the compression chamber 24th
  • the pump inlet 20 forms the suction chamber, which is connected to the device to be evacuated.
  • the process gas 38 is sucked. It contains particles 40 in the form of non-oxided dusts.
  • the pump inlet 20 is connected to a laterally attached to the housing 10 oxygen inlet 26 which is provided with a throttle valve 28.
  • the throttle valve 28 may be set to different throttle areas to regulate the oxygen supply.
  • the oxygen may be pure oxygen or be part of a gas mixture, e.g. B. of air.
  • the dusts react in the pump housing 10 in a controlled manner with the supplied oxygen as soon as an oxygen partial pressure required for the reaction is established during the compression.
  • An alternative embodiment of the oxygen inlet is designated 26a.
  • the oxygen inlet 26a is located in the middle region of the length of the Compression space 24, and in the middle between the two intermeshing helical teeth 16, 18th
  • a third alternative is the oxygen inlet 26b, which is arranged at the pump outlet 22.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the pump with the Pumpeneiniass 20, in which the process gas 38 is sucked.
  • the oxygen inlet 26 is here at the intake of the pump inlet 20th
  • the full beads represent the unoxidized particles in Figure 3 and the hollow beads represent the oxidized particles.
  • the oxidation takes place in the compression space 24 depending on which of the oxygen inlets 26, 26a, 26b is open.
  • the shafts for rotating the screw rotors are designated 30 in FIG.

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Abstract

In eine Vakuumpumpvorrichtung, in die ein Prozessgas (38), das reaktive Partikel (40) enthalten kann, eingesaugt wird, wird kontrolliert über einen Sauerstoffeinlass (26, 26a, 26b) Sauerstoff in Form von Luft oder reinem Sauerstoff zugeführt. Dadurch erfolgt in dem Kompressionsraum (24) eine kontrollierte Oxidation, so dass die Stäube im Falle einer plötzlichen Belüftung sich nicht entzünden können.

Description

Verfahren zur Abreaktion selbstentzündlicher Stäube in einer Vakuumpumpyorrichtunq
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abreaktion selbstentzündlicher Stäube in einer trockenverdichtenden Vakuumpumpvorrichtung sowie eine entsprechende Vakuumpumpe.
Bei metallurgischen und verschiedenen anderen Prozessen, die im Vakuum ablaufen, entstehen häufig Partikel oder Feinstäube, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer großen Oberfläche so reaktiv sind, dass sie sich beim Kontakt mit Umgebungsiuft selbst entzünden, wobei sie mit dem Luftsauerstoff abreagieren. Solche Prozesse sind beispielsweise das Czochalsky- Verfahren zur Herstellung von Siizium-Einkristallen oder das Schmelzen und Entgasen von Stählen. Im ersten Fall entsteht Siliziumoxid (SiO) und im zweiten Fall entstehen metallische Feinstäube, wie z. B. Magnesiumstaub. Die Staubpartikel werden in die Vakuumpumpe eingesaugt, die das für den Prozess erforderliche Vakuum erzeugt. Bei öigedichteten Vakuumpumpen werden die Staubpartikel von dem Schmierstoff aufgenommen und nicht aus der Pumpe ausgetragen. Da die Partikel zumeist sehr hart sind und zusammen mit dem Öl wie ein Schleifmittel wirken, führt dies häufig zu starkem Verschleiß innerhalb der Vakuumpumpe. Bei trockenverdichtenden Vakuumpumpen, wie z. B. Schraubenvakuumpumpen, besteht dagegen die Gefahr, dass durch die starke Reaktion bei plötzlichem Sauerstoffkontakt Explosionen entstehen. In beiden Fällen werden die Anlagen daher mit aufwendigen Staubfiltern versehen, die den Staub vor der Vakuumpumpe ausfiltern. Die Stäube sammeln sich innerhalb des Staubfilters, wodurch allerdings die Explosionsgefahr aber nicht beseitigt wird. Bei trockenverdichtenden Pumpen ist auch eine Akkumulation von Stäuben auspuffseätig der Vakuumpumpe möglich.
Die Stäube stellen auch ein Sicherheitsrisiko für das Wartungspersonal der Anlagen dar, da bei einer fehlerhaften Bedienung oder einen ungeplanten Anlagenbelüftung eine Entzündung der Stäube nicht ausgeschlossen werden kann. Eine solche Entzündung kann sogar im Filter oder in der Verrohrung auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abreaktion selbstentzündlicher Stäube in einer trockenverdichtenden Vakuumpumpe anzugeben, bei welchem eine kontinuierliche Oxidatϊon der reaktiven Stäube innerhalb der Vakuumpumpe erfolgt, wodurch die Vakuumpumpe als solche vereinfacht und das Arbeiten an der Vakuumpumpe sicherer gemacht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Patentanspruch 1 definiert. Hiernach wird der Vakuumpumpvorrichtung während des Betriebes kontinuierlich dosiert Sauerstoff zugeführt, wodurch eine Oxidation des Staubes bewirkt wird. Die Erfindung sieht eine gezielte Abreaktϊon oxidierbarer Stäube in der Vakuumpumpe vor. So wird beispielsweise Siliziumoxid (SiO) zu Siliziumdioxid (SiO2) oxidϊert und Metalte werden zu Metalioxiden oxidiert. Da von der Vakuumpumpe im Wesentlichen Gas gefördert wird und der absolute Massenstrom an Staub pro Zeiteinheit relativ gering ist, stellt dieses Verfahren eine Möglichkeit dar, die reaktiven Stäube kontinuierlich und kontrolliert abreagieren zu lassen. Eine unkontrollierte Entzündung der Stäube wird sicher verhindert. Die Sauerstoffzufuhr kann in Form von reinem Sauerstoff oder in Form von Luft erfolgen. Durch die Zufuhr von Sauerstoff wird das Saugvermögen der Vakuumpumpe nur unwesentlich beeinträchtigt. Die pro Zeiteinheit in die Vakuumpumpe eingetragene Staubmenge ist so gering, dass sie mit einem relativ geringen Luft-Gasballast kontinuierlich verbrannt wird, ohne dass diese Verbrennung Schäden an der Pumpe hervorruft. Die Partikel, welche die Pumpe druckseitig wieder verlassen, sind sämtlich abreagiert. Eine Abscheidung von Stäuben kann somit mit üblichen Staubfiltern druckseitig erfolgen, ohne dass die Gefahr unkontrollierter Reaktionen besteht. Dies ermöglicht eine einfachere und kostengünstigere Installation der Vakuumpumpe. Eventuelle Ansammlungen von Stäuben in der auspuffseitigen Verrohrung sind sicherheitstechnisch unbedenklich, da nicht mehr reaktiv.
Das zugeführte sauerstoffhaltige Gas kann an geeigneter Stelle in die Vakuumpumpvorrichtung eingeführt werden, beispielsweise in den Schöpfraum am Pumpeneintritt, im Verlauf des Kompressionsraums oder am Pumpenaustrϊtt.
Die Erfindung betrifft ferner eine trockenverdichtende Vakuumpumpvorrichtung mit mindestens einem angetriebenen Kompressionsorgan und einem Gehäuse mit Pumpeneintritt und Pumpenaustritt. Die Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens einen Sauerstoffeinlass mit einem Drosselventil zum Regulieren des EinSassquerschnittes aufweist. - A -
AIs trockenverdichtende Vakuumpumpvorrichtung kommen in Betracht; Schraubenpumpen, Klauenpumpen, Roots-Pumpen, Turboverdichter, Seitenkanaiverdichter, trockenverdichtende Drehschieberpumpen und andere.
Die Vakuumpumpvorrichtung kann aus einer einzigen Vakuumpumpe bestehen oder auch aus mehreren in Reihe geschalteten Pumpen, von denen jede eine Pumpenstufe bildet. Der Sauerstoff kann auch in eine Reaktionskammer, die sich zwischen zwei Pumpenstufen befindet, eingeleitet werden. In diesem Fall ist ein Reaktionsraum vorgesehen. Als Reaktionsraum kann auch eine Rohrleitung dienen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind Temperatur- oder Drucksensoren zur Überwachung der Reaktion in der Vakuumpumpvorrichtung vorgesehen.
Ein Verfahren zum Reinigen der Vakuumpumpvorrichtung und der Zuleitungen von Stäuben kann darin bestehen, dass nach Ende des Prozesses die Zufuhr von Prozessgas beendet wird und weiterhin ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch, z. B. Luft, durch die Pumpvorrichtung gefördert wird.
Schließlich kann der für die Oxidation erforderliche Sauerstoff auch im Sperrgas einer Wellendichtung enthalten sein. In diesem Fall strömt der Sauerstoff dosiert aus der Wellendichtung in einen Pumpenraum oder eine Leitung der Pumpvorrichtung.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt, durch den Kompressionsraum einer Vakuumpumpe, D
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie IΪ-II von Figur 1 und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Prinzips der vorliegenden
Erfindung.
Gemäß Figur 1 ist eine Vakuumpumpe in Form einer Schraubenpumpe vorgesehen. Diese weist ein langgestrecktes Gehäuse 10 auf, in dem zwei Schraubenrotoren 12, 14 gegensinnig zueinander drehbar gelagert sind. Jeder Schraubenrotor weist einen schraubenförmig angeordneten Zahn 16, 18, dessen Steigung von dem Pumpeneintritt 20 zum Pumpenaustritt 22 hin stetig abnimmt, wie in Figur 1 erkennbar ist. Hierdurch verkleinert sich die bei drehenden Schraubenrotoren in axialer Richtung wandernde Arbeitskammer vom Pumpeneintritt 20 zum Pumpenaustritt 22 hin. Zwischen dem Pumpeneintritt und dem Pumpenaustritt befindet sich der Kompressionsraum 24.
Der Pumpeneintritt 20 bildet den Schöpfraum, der an die zu evakuierende Einrichtung angeschlossen wird. In diesen Schöpfraum wird das Prozessgas 38 eingesaugt. Es enthält Partikel 40 in Form nicht-oxϊdierter Stäube.
Der Pumpeneintritt 20 ist mit einem seitlich an das Gehäuse 10 angesetzten Sauerstoffeinlass 26 verbunden, der mit einem Drosselventil 28 versehen ist. Das Drosselventil 28 kann auf unterschiedliche Drosselquerschnitte eingestellt werden, um die Sauerstoffzufuhr zu regulieren. Der Sauerstoff kann reiner Sauerstoff sein oder Bestandteii eines Gasgemisches sein, z. B. von Luft.
Die Stäube reagieren in dem Pumpengehäuse 10 in kontrollierter Weise mit dem zugeführten Sauerstoff, sobald sich während der Verdichtung ein für die Reaktion erforderlicher Sauerstoffpartialdruck einstellt.
Eine alternative Ausführungsform des Sauerstoffeinlasses ist mit 26a bezeichnet. Der Sauerstoffeinlass 26a befindet sich im mittleren Bereich der Länge des Kompressionsraums 24, und zwar mittig zwischen den beiden zusammengreifenden schraubenförmigen Zähnen 16, 18.
Eine dritte Alternative bildet der Sauerstoffeinlass 26b, der am Pumpenaustritt 22 angeordnet ist.
Bei den Sauerstoffe) nlässen 26, 26a erfolgt jeweils eine Ansaugung des Sauerstoffs bzw. der Außenluft, weil dort ein Vakuum vorhanden ist. Der Sauerstoffeiniass 26b ist hingegen am Pumpenaustritt 22 vorgesehen, wo Atmosphärendruck herrscht. Daher muss eine angesetzte Sauerstoffquelie einen Überdruck haben. In jedem Fall ist ein Drosselventil 28 an dem Sauerstoffeinlass vorgesehen.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Pumpe mit dem Pumpeneiniass 20, in den das Prozessgas 38 eingesaugt wird. Der Sauerstoffeinlass 26 befindet sich hier an dem Ansaugstutzen des Pumpeneinlasses 20.
Die vollen Kügelchen stellen in Figur 3 die nicht-oxidierten Partikel dar und die Hohlkügelchen die oxidierten Partikel. Die Oxidation erfolgt in dem Kompressionsraum 24 in Abhängigkeit davon, welcher der Sauerstoffeinlässe 26, 26a, 26b geöffnet ist.
Die Wellen zum Drehen der Schraubenrotoren sind in Figur 3 mit 30 bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abreaktion selbstentzündlicher Stäube in einer trockenverdichtenden Vakuumpumpvorrichtung,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Vakuumpumpvorrichtung während des Betriebes kontinuierlich dosiert Sauerstoff zugeführt wird, wodurch eine Oxidation des Staubes (40) bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Sauerstoff am Eintritt (20) der Vakuumpumpvorrichtung oder in den Zuleitungen der Vakuumpumpe erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Sauerstoff im Verlauf eines Kompressionsraums (24) der Vakuumpumpvorrichtung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Sauerstoff im Verlauf von oder zwischen mindestens zwei Kompressionsräumen erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Sauerstoff am Austritt (22) oder in den Abgasleitungen der Vakuumpumpvorrichtung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Sauerstoff über ein einstellbares bzw. regelbares Drosselventil (28) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Reinigen der Pumpvorrichtung sowie der Zuleitungen von Stäuben und zur voliständigen Abreaktion der Stäube, die Zufuhr von zu verdichtendem Prozessgas (38) beendet wird und weiterhin ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch, z. B. Luft, durch die Pumpvorrichtung gefördert wird.
8. Trockenverdichtende Vakuumpumpvorrichtung mit mindestens einem angetriebenen Kompressionsorgan und einem Gehäuse (10) mit Pumpeneintritt (20) und Pumpenaustritt (22),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Gehäuse (10) oder eine der daran angeschlossenen Leitungen mindestens einen Gas- bzw. Sauerstoffeinlass (26, 26a, 26b) mit einem Drosselventil (28) zum Regulieren des Einlassquerschnittes aufweist.
9. Vakuumpumpvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen zur Überwachung der Reaktion der Oxidation vorgesehen sind, insbesondere in Form von Temperatursensoren bzw. Drucksensoren in demjenigen Raum, in welchem die Oxidation erfolgt.
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