Das Prinzip der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe wurde bereits 1890 als „Wasserringpumpe“ entwickelt. Durch ihre einfache und robuste Konstruktion eignen sich diese Pumpen insbesondere zur Vakuumerzeugung bei Anwendungen, in denen feuchte Gase oder Dämpfe abgesaugt werden sollen. Sie kommen im Bereich der Grobvakuumerzeugung u. a. in der Verfahrenstechnik und der chemischen Industrie zum Einsatz.
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen nutzen als Betriebsmittel Wasser oder eine mit dem abzusaugenden Gas oder Dampf kompatible Flüssigkeit. Ethylenglykol, Mineralöle oder organische Lösemittel kommen ebenso
zum Einsatz wie andere Flüssigkeiten. Das Grundprinzip ist bei allen Baugrößen und -versionen dasselbe: Ein exzentrisch angebrachtes Flügelrad dreht sich in einem zylinderförmigen Gehäuse. Dieses ist so weit mit Betriebsflüssigkeit gefüllt, dass die Flügel des Laufrads darin eintauchen. Durch die Drehbewegung des Flügelrads und die dadurch entstehende Fliehkraft bildet die Flüssigkeit im Gehäuse den sogenannten Flüssigkeitsring. In den Räumen zwischen den einzelnen Flügeln und dem Flüssigkeitsring wird das Gas gefördert. Durch die exzentrische Anordnung des Flügelrads
verändern die Zwischenräume ihr Volumen,
sodass Gas angesaugt, verdichtet und wieder ausgestoßen wird. Der Flüssigkeitsring dichtet die einzelnen Zwischenräume zum Zylinder hinab. Man spricht deshalb auch anstelle von Betriebsflüssigkeit von der Sperrflüssigkeit.
Wirkungsweise
Dieses Wirkungsprinzip ermöglicht, bedingt durch die verwendete Betriebsflüssigkeit, nur den Einsatz im Grobvakuumbereich. Der Grund dafür ist die Abhängigkeit des erreichbaren Vakuumniveaus vom Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit, die kontinuierlich durch die Vakuumpumpe gefördert wird. Dadurch lässt sich eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen betreiben. Außerdem arbeitet sie weitestgehend isotherm. D. h., das zu fördernde Medium erwärmt sich während des Verdichtungsvorganges kaum. Deshalb sind Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen geradezu prädestiniert, Dämpfe und Gase mit hohem Feuchtigkeitsanteil zu fördern. Die niedrigen Temperaturen in der Vakuumpumpe begünstigen die Kondensation von Dämpfen. Die Vakuumpumpe arbeitet gewissermaßen zusätzlich auch als Kondensator. Da die Kondensation bereits beim Eintreten des Dampfes in die Vakuumpumpe stattfindet, verringert sich das Volumen des Mediums drastisch. Somit erreicht man neben dem Kondensationseffekt auch eine Erhöhung des nominalen Saugvermögens. Beim Ansaugen von heißen Gasen erhöht sich das nominale Saugvermögen durch die Abkühlung des Gases
in der Pumpe durch dessen Volumens-reduktion. Ein großer Vorteil von Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen besteht darin, dass die Betriebsflüssigkeit und die für die Bauteile verwendeten Materialien auf das Fördermedium abgestimmt werden können. Dadurch ist auch das Fördern von korrosiven und explosionsgefährdeten Gasen und Dämpfen möglich. Durch die niedrigen
Betriebstemperaturen ist das Fördern von
explosionsgefährdeten Stoffen wesentlich unkritischer zu beurteilen, als bei anderen mechanischen Vakuumpumpen.
Bauformen
Grundsätzlich lassen sich ein- und zweistufige Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen unterscheiden. Bei der ersteren Variante erfolgt der Verdichtungsvorgang in einer Verdichtungsstufe. Bei der zweistufigen Vakuumpumpe wird das aus der ersten Stufe vorverdichtete Fördermedium einer zweiten Verdichtungsstufe zugeführt und erneut verdichtet. Einstufig sind Enddrücke von 130 hPa (mbar) realisierbar, zweistufig erreicht eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe bis zu 33 hPa (mbar). Die Baugrößen variieren stark. Busch Vakuumpumpen und Systeme hat verschiedene Baureihen und Ausführungen von Dolphin-Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen im Programm, deren Saugvermögen den Bereich von 25 bis 26 500 m³ Saugvermögen pro Stunde abdecken.
Varianten
Die Zu- und Abfuhr der Betriebsflüssigkeit kann auf drei Arten erfolgen:
- Durchlaufbetrieb: Dies gilt als einfachste Variante zum Betrieb einer Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe und wird immer dann verwendet, wenn genügend Betriebsflüssigkeit zur Verfügung steht. Es erfolgt eine permanente Zufuhr der Betriebsflüssigkeit in die Verdichtungsstufe. Die Flüssigkeit wird dann, zusammen mit dem Gas und dem Kondensat, ausgestoßen.
- Offener Flüssigkeitskreislauf: Beim offenen Kreislauf wird die Betriebsflüssigkeit zusammen mit dem Gas nach dem Austritt aus der Vakuumpumpe in einen Flüssigkeitsabscheider geleitet. Dort erfolgt die Trennung von Flüssigkeit und Gas. Das Gas tritt aus oder wird weitergeleitet, während die Betriebsflüssigkeit im Kreislauf wieder zur Pumpe gefördert wird. Zusätzlich wird permanent frische Betriebsflüssigkeit über den Flüssigkeitsabscheider zugeführt.
Somit ist garantiert, dass sich genügend Flüssigkeit im Kreislauf befindet und sich die Temperatur nicht erhöht. Mit einem solchen offenen Kreislauf lassen sich im Vergleich zum Durchlaufbetrieb bis zu
50 % Flüssigkeit einsparen. - Geschlossener Flüssigkeitskreislauf: Beim geschlossenen Kreislauf ist ebenfalls ein Flüssigkeitsabscheider der Pumpe nachgeschaltet. Aus diesem tritt das Gas aus, während die Betriebsflüssigkeit durch einen Wärmetauscher geleitet wird, bevor sie wieder in die Vakuumpumpe eintritt.
Dadurch garantiert diese eine permanent kühle Betriebstemperatur. D. h., nur geringe Mengen von frischer Flüssigkeit müssen über den Flüssigkeitsabscheider zugeführt werden. Deshalb empfiehlt sich der geschlossene Kreislauf immer dann, wenn nicht ausreichend Betriebsflüssigkeit zur Verfügung steht beziehungsweise diese weitestgehend eingespart werden soll.
Maßgeschneiderte Vakuumsysteme
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen lassen sich sehr gut als Module in Vakuumsystemen und -anlagen einsetzen. In der Kombination mit Gas-, Luft- oder Dampfstrahlern oder Roots-Vakuum-Boostern sind niedrigere Enddrücke zu realisieren. In Vakuumanlagen, die direkt auf die individuelle Anwendung zugeschnitten sind, ist es möglich, technisch und wirtschaftlich optimale Lösungen zu finden. Die einzelnen Baugrößen von Dolphin-Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen sind in verschiedenen Atex-zertifizierten Ausführungen verfügbar.
Suchwort: cav0518busch
Halle 8.0, Stand B27
Autor: Uli Merkle
Head of Marketing Services,
Busch Dienste
Nachgefragt Neue Dolphin-Baureihen zur Achema
Busch präsentiert auf der Achema neue Baureihen von Dolphin-Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen. Welche Veränderungen haben Sie vorgenommen?
Beide Baureihen wurden komplett neu konzipiert. Optisch fällt sofort ins Auge, dass der Strömungskanal in das Pumpengehäuse integriert ist. Dadurch und durch den direkt angeflanschten Motor werden die Vakuumpumpen kompakter und ein Grundrahmen ist nicht mehr notwendig. Zudem eignen sich diese Vakuumpumpen hervorragend zum Einbau oder als einzelne Vakuummodule in Vakuumsystemen. Durch den modularen Aufbau ließ sich die Anzahl der Bauteile erheblich reduzieren.
Was sind die wesentlichen technischen Merkmale der neuen Vakuumpumpen?
Der Unterschied zwischen den beiden Baureihen liegt im erreichbaren Enddruck, d. h., dem maximalen Vakuumlevel, das die Vakuumpumpen erreichen können. Bei der Dolphin LM arbeiten die beiden Verdichtungsstufen parallel auf einer Welle. Dadurch wird ein Enddruck von 130 hPa (mbar) erreicht. Bei der Baureihe Dolphin LT sind die beiden Verdichtungsstufen durch den Strömungskanal so verbunden, dass sie von der abzusaugenden Luft, Gasen oder Dämpfen nacheinander durchströmt werden. Dadurch erfolgt die Verdichtung zweistufig, sodass Enddrücke von 33 hPa (mbar) erreicht werden
können.
Durch welche besonderen Vorteile zeichnen sich die neuen Baureihen aus?
Um Korrosion innerhalb der Vakuumpumpen zu verhindern, werden standardmäßig Edelstahl-Flügelräder verwendet, während das Gehäuse in der Standardversion aus Grauguss besteht. Mit dieser Materialkonfiguration können eine Vielzahl von Anwendungen in der Verfahrenstechnik abgedeckt werden. Für das Handling von stark korrosiven Medien bieten wir auch das Gehäuse in Edelstahl an. Ebenso sind alle Baugrößen in verschiedenen Atex-Ausführungen und Temperaturklassen lieferbar. Dadurch lassen sich diese Vakuumpumpen in fast allen Prozessen der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik, aber auch in vielen anderen Industriezweigen einsetzen. Alle Vakuumpumpen der Baureihe Dolphin LM/LT sind mit IE3-Standardmotoren ausgestattet, die einen energieeffizienten Betrieb garantieren. Die optimierten Wellenringdichtungen tragen zu einer deutlichen Erhöhung der Lebensdauer bei. Als Materialvarianten stehen, je nach
Fördermedium, Viton und FFKM zur Verfügung.
Welche weiteren Ausstellungsschwerpunkte hat Busch auf der diesjährigen Achema?
Neben den neuen Baureihen Dolphin LM/LT zeigen wir auch Lösungen für Verfahren, bei denen es zu keiner Kondensation des Mediums innerhalb der Vakuumpumpe kommen darf. Dazu präsentieren wir eine trockene, also betriebsmittelfreie Schrauben-Vakuumpumpe vom Typ Cobra NC. Diese Vakuumpumpen erreichen im Gegensatz zu Dolphin-Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen ein wesentlich höheres Vakuumniveau. Die Cobra NC werden wir in einem Vakuumsystem in der Kombination mit einem Vakuum-Booster zeigen. Denn gerade in der chemischen Verfahrenstechnik werden oft individuelle Lösungen für die Vakuumerzeugung gefordert.
Mit einer explosionsdruckfesten R 5 RE-Drehschieber-Vakuumpumpe runden wir unsere Präsentation auf der Achema ab. Sie sind zum Fördern explosionsfähiger Gas/Luft- und Dampf/Luftgemische konzipiert. Die Atex-zertifizierten Vakuumpumpen eignen sich zum Absaugen fast aller Stoffe der Explosionsgruppe IIB3, sowie von Benzindämpfen.
Uli Merkle, Head of Marketing Services, Busch Dienste GmbHBild: Busch Vakuumpumpen und Systeme
