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Kühlen mit Gas

16.02.2011
Gasgekühlte Wälzkolbenpumpen sind in den letzten Jahren eher in den Hintergrund getreten. An ihrer Stelle werden meist Dampfstrahl-Vakuumpumpen eingesetzt. Sie bieten zwar ein hohes Saugvermögen bei hohen Druckdifferenzen, aber dafür muss auch Dampf in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Mit der Oktaline G von Pfeiffer Vakuum erlebt die gasgekühlte Wälzkolbenpumpe eine Renaissance.
Dampfstrahl-Vakuumpumpen sind einfach aufgebaut, garantieren ein hohes Saugvermögen und einen großen Druckbereich. Aber es gibt auch einen gravierenden Nachteil: Für den Betrieb muss ausreichend Dampf zur Verfügung stehen. Außerdem erzeugt dieser Pumpentyp wegen der hohen Dampfgeschwindigkeiten an der Injektordüse eine starke Geräuschbelastung. Um die TA-Lärm einzuhalten, sind daher kostspielige Schutzmaßnahmen nötig. Strom hingegen, der als Antriebsmittel für Vakuumpumpen dient, die von einem Elektromotor angetrieben werden, ist fast überall vorhanden. Sind ein großer Druckbereich bis

Bei der Wälzkolbenpumpe wird das traditionelle Roots-Prinzip angewendet. Hier drehen sich zwei 8-förmige Kolben gegenläufig synchron in einem Gehäuse. Dadurch entsteht die Pumpwirkung. Die Kolben dichten die Schöpfräume gegeneinander ab. Das Besondere daran ist, dass die Kolben sich nicht berühren. Daher funktioniert die Pumpe auch bei hohen Drehzahlen von 1.500 bis 3.600 min-1. Wälzkolbenpumpen stoßen ab einem Kompressionsverhältnis von mehr als 1 : 2 an ihre Grenzen. Das geschieht, wenn der Druck auf der Druckseite doppelt so hoch ist wie der Druck auf der Saugseite. Zudem ist je nach Größe der Pumpe nur ein bestimmter Differenzdruck möglich. Werden die Grenzwerte überschritten, wird die Pumpe thermisch überlastet. Schlimmstenfalls laufen die Kolben an, blockieren und schädigen die Pumpe.

Gasgekühlte Wälzkolbenpumpen können hingegen ein Kompressionsverhältnis von bis zu 1 : 8 erreichen. Hauptmerkmal der Oktaline G von Pfeiffer Vacuum ist, dass sie uneingeschränkt für hohe Differenzdrücke eingesetzt werden kann. Das Gas – durch die Verdichtung aufgeheizt – wird auf der Druckseite gekühlt und teilweise in den Schöpfraum zurückgeführt. Dazu sind keine Regeleinrichtungen nötig, da die Gasrückführung durch die Druckdifferenz festgelegt ist. Selbst bei geschlossener Saugleitung überhitzt die Maschine nicht.

Hammer statt Acht

Um die hohen Differenzdrücke erreichen zu können, nutzt Pfeiffer Vacuum folgendes Verfahren: Normalerweise gleichen Wälzkolben im Querschnitt einer 8; hier werden aber hammerförmige Rotoren verwendet. Sie haben längere Dichtflächen als gewöhnliche Rotoren – damit kann das Gas nicht von der Druckseite zur Saugseite zurück strömen. Die Nennleistung der Oktaline G liegt bei bis zu 200 kW. Es sind Leistungsstufen ab 5,5 kW erhältlich. Die Pumpen erreichen ein Nennsaugvermögen bis 9.600 m³/h und einen Enddruck von 130 mbar in einer Stufe.

Für die gasgekühlten Wälzkolbenpumpen sprechen die niedrigere Geräuschlast während des Betriebs und die kompakte Bauart. Die Pumpen haben ein gutes Verhältnis von Saugvermögen zu Maschinengewicht. Zudem ist bei diesem Pumpentyp, im Gegensatz zur Drehschieberpumpe, keine Ölschmierung im Gasraum erforderlich. Bisher war der Bedarf an elektrischer Energie ein Nachteil bei gasgekühlten Wälzkolbenpumpen. Die Ausgangssituation hat sich jedoch geändert. Denn heute verbrauchen sie in Verbindung mit einem Frequenzumrichter deutlich weniger Strom. Außerdem lässt sich nicht nur das gewünschte Saugvermögen genau einstellen, auch ein Sanftanlauf, der die Pumpe schont, ist möglich. Darüber hinaus haben sich die Bedingungen, unter denen Chemieunternehmen produzieren, geändert.

Die Firmen sind heute Industrieparks, in denen kleine, eigenständige Betriebe angesiedelt sind. Daher können sie den zum Betrieb von Dampfstrahlpumpen benötigten Dampf nicht mehr zu Selbstkosten an zentralen Werksstandorten produzieren. Stattdessen müssen sie diesen zu höheren Kosten von externen Versorgungsunternehmen beziehen. Zudem ist eine Okta G im Vergleich zu einem Dampfstrahler auf lange Sicht kostengünstiger. „Aus Erfahrung lässt sich sagen, dass eine Okta G, wenn sie acht Jahre lang läuft, weniger Kosten verursacht als ein Dampfstrahler“, so Heinz Barfuss, Market Management Industry bei Pfeiffer Vacuum.

Gasumlaufgekühlte Wälzkolbenpumpen kommen bei Differenzdrücken und Kompressionsverhältnissen zum Einsatz, denen herkömmliche Wälzkolbenpumpen nicht standhalten. Und da die Energiekosten dank des Frequenzumrichters gesenkt werden konnten, verzeichnen sie ein wachsendes Potenzial am Markt und sind eine Alternative zur Dampfstrahl-Vakuumpumpe. Typische Anwendungen der gasgekühlten Wälzkolbenpumpen sind die Evakuierung von Monomeren bei der Herstellung von Kunststoffgranulat in der Polyurethan- und Polyesterherstellung, die Stahlentgasung und die Heliumverdichtung.

| SCOPE
Weitere Informationen:
http://www.scope-online.de/Fluidtechnik/Fluidtechnik---Waelzkolbenpumpen.htm

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