Zdjęcie: Becker

Pompy próżniowe to urządzenia odgrywające kluczową rolę w wielu dziedzinach – od przemysłu po badania naukowe. Ich główną funkcją jest usuwanie gazów i tworzenie próżni w zamkniętych systemach.

Pompy próżniowe różnią się konstrukcją i zasadą działania. Pompy te, występujące w wielu odmianach, znajdują zastosowanie m.in. w branży HVAC oraz wszędzie tam, gdzie konieczne jest wytworzenie próżni na potrzeby licznych procesów technologicznych, związanych np. z przemysłem spożywczym, farmaceutycznym, elektroniką czy medycyną.

Cel – wytworzenie różnicy ciśnień

Pompy próżniowe, zwane również pompami odciągowymi, są urządzeniami służącymi do usuwania gazów (wytworzenia podciśnienia) w układach zamkniętych.

Ich budowa obejmuje szereg kluczowych komponentów – w tym silnik elektryczny, wirnik, wirnik zębatkowy lub tłokowy, komora ssawna, komora wylotowa oraz system uszczelniający.

Solidna budowa pomp – najczęściej ze stali nierdzewnej, żeliwa, brązu i mosiądzu – gwarantuje wysoką odporność na uszkodzenia mechaniczne, działanie czynników korozyjnych, a także zapewnia długą żywotność podczas pracy w każdych warunkach.

Zasada działania pompy próżniowej polega na wytworzeniu różnicy ciśnień między komorą ssawną a wylotową. Gazy i pary są wypompowywane z układu poprzez zasysanie ich do komory ssawnej, a następnie wyrzucane na zewnątrz przez komorę wylotową.

Najważniejsze parametry

W celu doboru odpowiedniej pompy próżniowej należy wziąć pod uwagę takie parametry techniczne jak:

• szybkość pompowania/wydajność w m3, mierzona zwykle w jednostce czasu;
• osiągana próżnia końcowa, czyli najmniejsze ciśnienie końcowe;
• wydajność;
• średnica przyłącza na wlocie i wylocie pompy;
• tolerancja na zawartość pary wodnej.

Wybierając pompę, należy także uwzględnić wyposażenie, takie jak: filtry, elektrozawory, tłumiki na stronie ssawnej i tłocznej.

Wiele odmian

Zasada działania pompy jest uzależniona od jej rodzaju. Świat pomp próżniowych jest bardzo zróżnicowany, a każdy typ ma swoje unikalne cechy i zastosowania. Można wyróżnić pompy dyfuzyjne, molekularne, turbomolekularne, olejowe, bezolejowe oraz pompy typu Roots.

Szeroki wachlarz pomp próżniowych uzupełniają modele objętościowe i strumieniowe. Wybór konkretnej pompy jest uzależniony tylko i wyłącznie od jej przeznaczenia.

Wśród pomp próżniowych znajdują się:

• pompy odśrodkowe – wykorzystujące działanie wirnika do zasysania gazów i wyrzucania ich na zewnątrz za pomocą siły odśrodkowej;
• pompy tłokowe – opierające się na ruchu tłoka, który tworzy próżnię poprzez zwiększanie objętości zamkniętego obszaru;
• pompy wirowe – działające na zasadzie ruchu obrotowego wirnika, który wytwarza siłę odśrodkową, usuwając gaz z wnętrza;
• pompy turbomolekularne – wykorzystujące działanie rotujących łopatek do zasysania gazów i tworzenia wysokiej próżni.

Objętościowa konta strumieniowa

Biorąc pod uwagę zasadę działania, wyróżnia się przede wszystkim takie pompy jak:

• pompy objętościowe – zwane są również pompami wyporowymi. Sposób ich działania polega na zmniejszeniu objętości lub przesunięciu przestrzeni, która jest wypełniona cieczą. W pompach tego typu wykorzystuje się takie elementy jak elastyczne ściany, tłok, śruby, koła zębate.
• pompy strumieniowe – zwane inaczej strumienicami. W pompach tego typu wykorzystywane jest równanie Bernoulliego. Ten typ pomp wykorzystywany jest w laboratoriach. Woda jest tutaj istotnym czynnikiem, który wprawia cząsteczki powietrza w swego rodzaju ruch. W laboratoriach alternatywą jest wykorzystywanie zamiast wody pary wodnej.

Jak widać, zasadniczą różnicą między pompą objętościową a strumieniową jest sposób pracy danego urządzenia. Pompy objętościowe wypierają ustaloną ilość cieczy z układu ssawnego. Dochodzi do tego w wyniku przesunięcia, obrotu lub ruchu złożonego (przesunięcia i obrotu) określonego elementu roboczego – tłoka, koła zębatego, membrany, śruby, elastycznej ściany czy skrzydełka. Efektywność pracy zależy od zapewnienia odpowiedniej szczelności oddzielającej układ ssawny od układu tłocznego. Pompy objętościowe ze względu na swoją konstrukcję mogą pracować z ruchem: postępowo-zwrotnym, obrotowo-zwrotnym oraz obrotowym. Pompy wyporowe umożliwiają podnoszenie cieczy na bardzo dużą wysokość, cechując się przy tym dużą sprawnością i niezmienną wydajnością. Z kolei pompa strumieniowa wodna nie jest w stanie wytworzyć zbyt dużej próżni, jednak jej atutem jest bardzo prosta konstrukcja, która przystosowana jest do pracy w każdych warunkach. Pompy te wtłaczają ciecz roboczą do dyszy, dzięki czemu nabiera ona prędkości przy jednoczesnym spadku ciśnienia. Zaletami pomp strumieniowych są niska awaryjność i możliwość długotrwałej pracy ciągłej.

Jedno- czy dwustopniowa?

Pompa próżniowa może być jedno- lub dwustopniowa. Stopień określa złożoność konstrukcji. Pompy dwustopniowe mają bardziej skomplikowaną konstrukcję niż ich jednostopniowe odpowiedniki, co wpływa na ich wydajność w tym samym czasie.

Pompa jednostopniowa ma jeden cylinder, natomiast dwustopniowa jest wyposażona w dwa cylindry. Co ważne, cylindry te mają przełożenie na prędkość wypompowywania powietrza z układu. Podczas instalacji niewielkich układów wystarczy pompa jednostopniowa. Natomiast w przypadku większych układów – gdzie kluczowe są takie parametry jak wydajność, szybkość pompowania i końcowe ciśnienie – warto rozważyć pompę dwustopniową. Zwłaszcza z dodatkowymi akcesoriami, takimi jak wbudowany wakuometr czy zawór zwrotny. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie niższej próżni w porównaniu do pomp jednostopniowych.

Od branży spożywczej do medycznej

Pompy próżniowe są niezastąpionymi urządzeniami w wielu dziedzinach. Dzięki swojej wszechstronności i niezawodności pompy próżniowe odgrywają bardzo ważną rolę w wielu procesach produkcyjnych i badawczych.

Przykładem są współczesne zakłady przetwórstwa spożywczego, które wykorzystują próżnię w wielu procesach, np. do ewakuacji gazów nieskraplających się, głównie powietrza, w instalacjach wyparnych, oziębiania rozprężnego, usuwania obcych zapachów z płynnych produktów, liofilizacyjnego suszenia żywności, odgazowywania wody pitnej używanej do produkcji wody mineralnej, soków, piwa, podciśnieniowego transportu pneumatycznego. Próżnia jest też wykorzystywana w automatyzacji i robotyzacji produkcji. Pompy próżniowe często są również podstawowymi urządzeniami w procesach mieszania, krojenia, segregacji, w procesach próżniowego przetwarzania żywności. Powszechnie stosowane są już próżniowe opakowania żywności. Nie można pominąć stosowania próżni w laboratoriach badawczych, w których wykorzystuje się ją m.in. w procesach filtracji, destylacji, suszenia, odgazowywania i wielu innych.

Oprócz branży przemysłowej pompy próżniowe stosuje się także w przemyśle: farmaceutycznym (produkcja leków), chemicznym (przeprowadzanie reakcji w kontrolowanych warunkach próżniowych), a także podczas procesu rafinacji ropy naftowej. Próżnia gwarantuje utrzymanie warunków niezbędnych do reakcji i oddzielania powstałych mieszanin. W przemyśle farmaceutycznym i tekstylnym pomp używa się do szybkiego suszenia produktów bez podwyższania temperatury.

Pompy te są z powodzeniem wykorzystywane w laboratoriach naukowych, m.in. do prowadzenia eksperymentów czy analizy próbek. W laboratoriach badawczych pompy próżniowe są używane do wielu zastosowań, chociażby takich jak separacja próbek, wypompowywanie gazów reakcyjnych, a także do produkcji próżniowych warunków eksperymentalnych.

Tytułowe urządzenia stosowane są również przy obróbce metali czy produkcji półprzewodników. Doskonale sprawdzają się także w takich obszarach jak: budowa i serwisowanie układów chłodniczych i klimatyzacyjnych, gdzie gazy stanowią medium do produkcji chłodu; produkcja ceramicznych materiałów budowlanych, polimerów i wyrobów z aluminium. Są także używane w maszynach drukarskich, w drukowaniu i produkcji papieru, jak również w odgazowywaniu oraz w analizie gazów. Wykorzystuje się je też w formowaniu szkła i tworzyw sztucznych na gorąco, a także w obróbce materiałów.

Pompy próżniowe doskonale nadają się do odkurzania urządzeń chemicznych oraz tych wszystkich, które mają zwiększone wymagania dotyczące braku wilgoci. Tego typu urządzenia znalazły też zastosowanie w gabinetach stomatologicznych oraz medycynie – wykorzystuje się je do pracy aparatów oddechowych.

Co istotne, pompy próżniowe stanowią także pompy wstępne dla urządzeń wytwarzających tzw. wysoką próżnię.

Przykładowe rozwiązania

Pompy próżniowe znajdują się w ofercie wielu firm operujących na polskim rynku. Przykładem jest nasz rodzimy producent – firma Hydro Vacuum, mająca swoją siedzibę w Grudziądzu. Oferowane przez firmę pompy próżniowe z serii PW są produkowane na bazie innowacyjnych rozwiązań technologicznych oraz konstrukcyjnych. Podstawowy surowiec, z którego powstają te urządzenia, to niezwykle odporne na korozję żeliwo. Trwała konstrukcja, odporność na obecność piasku w pompowanej cieczy oraz tolerancja jej wysokiej temperatury w połączeniu z bardzo dobrymi parametrami przekłada się na szerokie zastosowanie pomp próżniowych. To urządzenia znajdujące zastosowanie m.in. w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, spożywczym, papierniczym i tekstylnym. Urządzenia tego typu uczestniczą w różnych procesach technologicznych wymagających ssania i tłoczenia gazów pozbawionych olejów.

Producent zezwala na pompowanie gazów suchych o temperaturze maksymalnej 150°C oraz gazów nasyconych parami o temperaturze nie przekraczającej 100°C. Podczas pompowania gazów nasyconych ilość cieczy roboczej dopływającej do sprężarki należy odpowiednio zmniejszyć (o ilość cieczy dopływającą z gazem), aby nie doprowadzić do przeciążenia napędu.

Na uwagę zasługują też rozwiązania próżniowe oferowane przez firmę Busch Group. W ofercie firmy są m.in. pompy próżniowe łopatkowe, z pierścieniem cieczowym, dyfuzyjne czy o zmiennej prędkości. W portfolio firmy znajdują się też suche kłowe pompy próżniowe MINK.

Dzięki innowacyjnej konstrukcji technologia kłowa MINK łączy doskonałe parametry, niezawodność i sprawność. Może być stosowana do wytwarzania próżni i sprężonego powietrza. Sucha i bezstykowa zasada działania zapewnia korzyść w postaci niemal bezobsługowej eksploatacji.

Pompy próżniowe MINK doskonale nadają się do zastosowań przemysłowych, w których kluczowe znaczenie mają stałość próżni lub nadciśnienia i bezolejowe działanie.

Kłowe pompy próżniowe MINK są wyposażone w dwa wirniki w kształcie kła. Wirniki zamontowane w obudowie poruszają się w przeciwnych kierunkach. Kształt wirników kłowych umożliwia zassanie, sprężanie i usuwanie przepompowywanego medium. Minimalny prześwit między wirnikami a obudową komory optymalizuje wewnętrzną szczelność oraz wewnętrzne uszczelnienie. Dzięki temu nie ma konieczności stosowania smarów ani płynów eksploatacyjnych w komorze sprężania. Pompy te są napędzane przez silnik zamontowany bezpośrednio na kołnierzu. Synchronizująca skrzynia przekładniowa zapewnia precyzyjną synchronizację wirników.

Ciekawe propozycje znajdują się także w ofercie Elmo Rietschle, będącej dostawcą rozwiązań wspierających zastosowania próżniowe i ciśnieniowe.

Przykładem jest śrubowa pompa próżniowa S-VSI (wielkości 100 i 300) reprezentująca nowoczesną, zaawansowaną technologię próżniową pracy na sucho, która jest nie tylko niezwykle energooszczędna i niezawodna, ale także zapewnia niskie koszty eksploatacji. Jest ona wykorzystywana w różnych zastosowaniach przemysłowych, takich jak suszenie czy pakowanie.

W ofercie znajdują się też pompy i sprężarki kłowe pracujące na sucho serii C firmy Elmo

Rietschle, które wytwarzają podciśnienie i sprężone powietrze w technologii bezstykowej w sposób wydajny i ekonomiczny. Jest to możliwe dzięki zasadzie sprężania wewnętrznego w konstrukcji kłów obrotowych. Gaz zostaje wstępnie sprężony w komorze sprężania, a następnie odprowadzony. Kły pomp serii C charakteryzują się zoptymalizowanym precyzyjnym kształtem i toczą się bezstykowo, synchronizowane przez precyzyjny mechanizm. Sprężanie odbywa się na sucho i bez zużycia części. Specjalne uszczelnienia oddzielają komorę sprężania od przekładni. Wirniki kłowe sterują transportem czynnika poprzez otwieranie i zamykanie kanałów wlotowych i wylotowych. Nie jest więc potrzebny płyn uszczelniający w komorze sprężania. Dostępne są wersje przeciwwybuchowe o zmniejszonym wycieku oraz pompy próżniowe zgodne z wymaganiami norm ATEX.

Elmo Rietschle proponuje też ekologiczne rotacyjne pompy łopatkowe pracujące na sucho, które są wykorzystywane w przemysłowych systemach wytwarzania próżni i ciśnienia oraz w systemach kombinowanych — ciśnieniowo-próżniowych. Natomiast sprawdzone w praktyce rotacyjne maszyny łopatkowe smarowane olejem są zazwyczaj wykorzystywane do wytwarzania próżni.

Pompy próżniowe można znaleźć również w ofercie firmy Atlas Copco. Oprócz suchych pomp próżniowych w asortymencie firmy znajdują się np. pompy próżniowe z uszczelnieniem olejowym, które mają wiele zastosowań, zwłaszcza w procesach przemysłowych związanych z próżnią. Technologia napędu o zmiennej prędkości obrotowej potencjalnie obniża koszty energii o co najmniej 50%. Smarowane olejem pompy próżniowe umożliwiają wytwarzanie próżni w systemie scentralizowanym.

Atlas Copco oferuje też pompy z pierścieniem cieczowym AWS, AWD i AWL, które są używane w najbardziej wymagających warunkach we wszystkich sektorach, od przetwórstwa spożywczego po branżę petrochemiczną i budowlaną.

Również firma Becker projektuje i produkuje różne technologie przemysłowych pomp próżniowych. Od 0 do 1013 mbar, od pomp podstawowych do boosterów – pompy próżniowe Becker obejmują szeroki zakres ciśnień roboczych, zasad działania i technologii, w tym bezolejowe/suche i olejowe pompy łopatkowe, bezolejowe/suche pompy śrubowe, hakowe i radialne pompy próżniowe, a także dmuchawy bocznokanałowe skonfigurowane do aplikacji próżniowych.

Każdy typ pompy próżniowej ma unikalne zalety pod względem poziomu podciśnienia, natężenia przepływu, kosztów i wymagań konserwacyjnych, ale podstawowy rezultat jest taki sam – wytworzenie podciśnienia dla konkretnego zastosowania. Pompy próżniowe Becker są skonstruowane tak, aby wytrzymywały nawet najtrudniejsze warunki przemysłowe i eksploatacyjne.

Autor: Marta Gajewska

Pełny tekst w wersji PDF znajduje się poniżej lub proszę kliknąć niniejszy link do pobrania pliku PDF
GM_2024_6_18_21_Pompy