Vacuümpomp

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Met een vacuümpomp kan vacuüm worden gegenereerd. De werking is dezelfde als een compressor, de toepassing is echter niet aan de perszijde, maar aan de aanzuigzijde. Het doel van de vacuümpomp is de lucht of een ander gas uit een ruimte te trekken teneinde de druk ervan te verlagen. Het begrip "vacuümpomp" is dus eigenlijk foutief: het gaat hier om een compressor in plaats van een pomp.

De af te voeren gassen zijn onder andere deze:

  • die aanwezig zijn bij het begin van de vacuümafzuiging (over het algemeen de atmosferische druk).
  • natuurlijke ontgassing
  • van eventuele lekken, van de permeabiliteit van de dichtingsringen of wanden
  • vrijwillige toediening van gassen die gebruikt worden bij de vervaardiging van halfgeleiders
  • uitdamping van vet.

Gebruik van vacuümpompen[bewerken]

Vacuümpompen worden gebruikt in vele industriële en wetenschappelijke processen. De productie van de meeste soorten elektrische lampen, vacuümbuizen. Daar waar een apparaat opnieuw gevuld wordt met een specifiek gas of waar een gasmengsel moet worden geëvacueerd. Het geproduceerde vacuüm kan worden gebruikt om mechanische apparaten aan te drijven. In dieselauto's, wordt een pomp die op de nokkenas van de motor wordt aangesloten gebruikt om vacuüm te genereren. Bij benzineauto's wordt het vacuüm als bijwerking van de aanzuig van de motor verkregen om als servo te dienen voor het rempedaal. In een vliegtuig wordt de vacuümbron gebruikt als aandrijving voor de gyroscopen in de diverse vluchtinstrumenten. Om het volledig verlies van instrumentatie in het geval van een elektrodefect te verhinderen, wordt een deel van het controlebord uitgerust met instrumenten die door elektriciteit worden aangedreven en een ander deel met instrumenten die door een vacuümbron worden aangedreven.

Geschiedenis[bewerken]

De Duitse natuurkundige Otto von Guericke (1602-1686) heeft in 1649 de vacuümpomp uitgevonden. Hij studeerde te Leipzig, Helmstedt, Jena en te Leiden wis- en natuurkunde. Von Guericke was onder meer uitvinder van de vacuümpomp en ontdekte het verband tussen de luchtdruk en het weer. Beroemd is zijn experiment van de Maagdenburger halve bollen. Hierbij werden twee halve bollen zonder verdere bevestiging tegen elkaar aan geplaatst, zodat de ruimte tussen beide in luchtdicht was, en deze werd vervolgens vacuüm gepompt. Hierna bleek het onmogelijk, zelfs niet met behulp van een stel paarden, om deze weer van elkaar te scheiden. Hiermee was de kracht van de luchtdruk aangetoond.

In 1855 vond de Duitse glasblazer Heinrich Geißler (1814-1879) de kwikvacuümpomp uit waarmee een hoger vacuüm gehaald kon worden dan met standaard zuigerpompen. Zo haalde hij een record vacuüm van ongeveer 10 Pa (0,1 Torr). Een andere Duitser, Hermann Sprengel, voerde belangrijke verbeteringen door op Geißler's ontwerp. In 1870 wist de Engelse wetenschapper William Crookes een kwikvacuüm-systeem te maken waarmee hij een vacuüm mee kon produceren van 1 miljoenste atmosfeer.[1] Deze ontwikkelingen in vacuümtechniek zou leiden tot de uitvinding van onder andere de gasontladingslamp, de gloeilamp van Edison en de elektronenbuis.

Types vacuüm[bewerken]

Het maximale vacuüm of maximale onderdruk of het luchtledige is een ruimte waarin geen lucht of ander gas aanwezig is. In die ruimte bedraagt de druk derhalve (nagenoeg) 0 Pascal. In de techniek is vacuüm een ruimte met lagere druk dan de druk van de buitenlucht. Een ander woord ervoor is onderdruk. Deze verloopt dan van 0 tot 1 bar ofwel tussen 0 en 100 000 Pa

Naar gelang van de grootte van het vacuüm, wordt het vacuüm in vier klassen ingedeeld:

  • laag- of grof vacuüm: 105 (Atmosferische druk) tot 102 Pa
  • midden- of fijn vacuüm: 102 tot 10-1 Pa
  • hoogvacuüm: 10-1 tot 10-5 Pa
  • ultrahoogvacuüm: minder dan 10-5 Pa

Om de grootte van een vacuüm uit te drukken wordt vaak de (verouderde) eenheid torr (= mm Hg) gebruikt.

Soorten pompen[bewerken]

Zelfaanzuigende centrifugaalpompen[bewerken]

1a, 3, 5: Behuizing, 2.: Waaier, 4: Vloeistofkering, 6: Draaias

Een zelfaanzuigende centrifugaalpomp is een type turbopomp, die een vloeistof verpompt met een draaiend rad (rotor of waaier). Centrifugaalpompen verpompen de vloeistof door middel van centrifugaalkrachten. Dit betekent ook dat een pomp van dit type niet zelf aan kan zuigen als de rotor niet omringd is met vloeistof. De eenvoudigste centrifugaalpomp bestaat uit een waaier die in een pomphuis kan ronddraaien. Op het pomphuis zijn de zuigleiding en de persleiding aangesloten. Op de waaier staan de schoepen. De schoepen zijn meestal naar achtergebogen. Als de waaier gaat draaien krijgt de vloeistof, die in de waaier zit, een tangentiële snelheid (= snelheid in de richting van de cirkelomtrek). De middelpuntvliedende kracht of ook wel de centrifugale kracht die hier bij optreedt, zorgt er voor dat de vloeistof naar de buitenomtrek van de waaier gedrukt wordt. Hierbij wordt de mechanische energie (de rotatie van de waaier) omgezet in potentiële en kinetische energie.

Vloeistofring vacuümpompen[bewerken]

Principe van een Vloeistofring vacuümpomp

Vloeistofring vacuümpompen zijn vacuümpompen. Zij bestaan enkeltraps en dubbeltraps. De eenvoudige constructie van de vloeistofring vacuümpomp zorgt voor een bedrijfszekere werking. Door het ontbreken van kleppen, schotten of andere bewegende onderdelen treedt (bijna) geen slijtage op en is er een laag geluidsniveau. De waaier is het enige ronddraaiende deel en dit werkt contactvrij. De pompen zijn geschikt om zelfs grote volumes dampen, condenseerbare gassen en vloeistoffen te verpompen zonder gevolgen voor capaciteit of mechanische betrouwbaarheid. Als spervloeistof voor de pomp kan water gebruikt worden, maar ook andere vloeistoffen zoals olie, glycol of oplosmiddelen. Met zuiver water als spervloeistof wordt het af te zuigen gas of lucht als het ware schoon gewassen in de pomp. In tegenstelling tot andere typen vacuümpompen is de uitgeblazen lucht dan ook 100% olievrij en vrij van koolstof of plastic deeltjes.

  • Vacuüm lager dan 33 mbar(a) kunnen bereikt worden. Vloeistofring vacuümpompen in combinatie met ejectoren en/of vacuümboosters kunnen een vacuüm bereiken lager dan 1 mbar(a).
  • Er is echter één nadeel aan verbonden, er is namelijk een vloeistof nodig die eventueel moet afgevoerd worden.

Rootsblowers[bewerken]

Een Roots vacuümpomp

Een Roots compressor of Roots blower is een positieve verdringingspomp voor gassen. Deze vacuümpomp vindt zijn toepassing als vacuümbooster, als 1e trap in combinatie met een klassieke vacuümpomp. De vroegere modellen hadden twee lobben. De nieuwe generatie Roots compressoren zijn allemaal drielobbig. Het voordeel van de drielobs is minder geluidssproductie. Drielobs zijn wel duurder in aanschaf.

Roots vacuüm pompen worden gebruikt in het ruw vacuüm segment. Tussen de 80 mbar en 0,01 mbar zijn de pompen energietechnisch zeer goed. Een laag energieverbruik gecombineerd met een hoge opbrengst. Om dit te bekomen worden de pompen in serie geplaatst met een andere pomp, de zogenaamde backing pomp. Vaak wordt hiervoor een oliegesmeerde schottenpomp of een vloeistofring vacuümpomp gebruikt.

Membraanvacuümpomp[bewerken]

Een diafragmacompressor of membraancompressor is een variant van de klassieke zuigercompressor met zijn draag- en zuigerringen en zijn stangpakking. In plaats van deze zuiger gebeurt de compressie van het gas door het heen en weer bewegen van een soepel membraan , aangedreven door een kruk-drijfstang mechanisme. Alleen het membraan en het huis komen in contact met het afgepompte gas, zodat deze constructie uitermate geschikt is voor vacuüm. Een andere toepassing is voor de productie van olievrije perslucht. De gebruikte techniek komt overeen met die van de membraanpomp.

Palettenpompen voor lage vacuümniveaus[bewerken]

Schematische voorstelling Schottenpomp

Schottenpompen of palettenpompen zijn pompen die ook gebruikt worden voor vacuüm. De pompen hebben een redelijk rendement, kunnen tot redelijk lage drukken worden gebruikt en zijn qua aanschaf en onderhoud gunstig. De aangedreven rotor van de pomp is excentrisch geplaatst in het huis. In de rotor zijn schotten geplaatst, die door veren, hydraulische druk of centrifugaalkracht naar buiten worden gedrukt tegen de "stator", het huis. Er worden dus telkens kamers gevormd tussen de rotor, de stator en twee schotten. Deze kamers worden tijdens het roteren groter en kleiner en verpompen op deze wijze de lucht. In de afbeelding worden twee schotten getoond, er zouden echter ook meer schotten in een schottenpomp zitten.

Zuigerpompen[bewerken]

Zuigercompressor

Een zuigercompressor is de meest gebruikte type compressor. Er is een groot nadeel aan verbonden; er zit olie in de geproduceerde uitlaatlucht.

Waterstraalpompen voor hogere vacuümniveaus[bewerken]

Een waterstraalpomp

Een waterstraalpomp is een zeer eenvoudige vacuümpomp waarmee in het laboratorium een zuigwerking kan worden verkregen. Een straal water spuit uit een straalstuk in een holle ruimte richting een wat wijdere afvoerbuis. Bij het wegstromen wordt de lucht in de holle ruimte meegetrokken. Een aansluiting op de zijkant in deze holle ruimte maakt het mogelijk deze zuigwerking te benutten. Het apparaat verbruikt veel water omdat het op de kraan wordt aangesloten en het vacuüm is niet hoog, zodat het gebruik beperkt is. Toepassingen: afzuigen van filters, bereiken van vacuüm (bijvoorbeeld in een jetstream, waarbij lucht mee in met de waterstraal in de whirlpool wordt gezogen), etc. Het zuigen berust op het Venturi-effect en het principe van Bernoulli.

Stoomejector[bewerken]

Tekening van een typische moderne injector of ejector.

Een injector, ejector, stoom ejector of stoom injector is een pomp die gebruik maakt van het Venturi-effect. De motor fluïdum kan een vloeistof zijn, stoom of een ander gas. De opgezogen medium kan een gas, een vloeistof, een slurry, of een vaste deeltjes geladen vloeistof zijn.

Zijkanaalventilatoren[bewerken]

De zijkanaalventilator werkt volgens het impulsprincipe. Hierbij wordt door een snel draaiende waaier snelheidsenergie afgegeven aan het gas en zodoende omgezet in een drukverschil. De luchtmoleculen worden steeds door de schoepen van de waaier in beweging gebracht en in het zogenaamde zijkanaal geduwd. Hierdoor ontstaat een spiraalvormige beweging van de lucht in het ventilatorhuis. De aan en afvoer van de lucht gebeurt via een geluiddemper waarin het geluidsniveau aanzienlijk wordt gereduceerd. Eigenschappen zijn :

  • Contactvrije compressie
  • Droge olievrije compressie
  • Trillingsarme werking
  • Toepasbaar als vacuümpomp en blower
  • Capaciteiten tot 2000 m3/uur
  • Drukverschillen van 0 tot 600 mbar
  • Directgekoppelde elektromotor
  • Zeer laag geluidsniveau
  • Uitgevoerd in aluminium: laag gewicht en hoge corrosiebestendigheid

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. (en) PV Scientifc Instruments About Crookes and Geissler Vacuum Discharge Tube