Rotační olejové vývěvy jsou transportní mechanické vývěvy a konstruují se s hausingem a excentricky uloženým rotorem s otáčejícími se lopatkami. Mají buď jeden stupeň-jednostupňová verze nebo dva stupně-dvoustupňová.
Tuto vývěvu vynalezl Gaede roku 1905 a poprvé byla průmyslově vyráběna firmou Arthur Pfeiffer v roce 1910. Rotační olejové vývěvy jsou transportní mechanické vývěvy a konstruují se s hausingem a excentricky uloženým rotorem s otáčejícími se lopatkami. Mají buď jeden stupeň-jednostupňová verze nebo dva stupně-dvoustupňová. Při otáčení rotoru dochází k transportu molekul od vstupu na výstup a postupné kompresi plynu. Stlačený plyn je vyfukován výstupními ventily, přes které se do systému dostává určité množství oleje pro mazání třecích ploch mezi hausingem a rotorem a mezi lopatkami a hausingem. Vývěvy se vyrábějí v širokém rozsahu čerpacích rychlostí od 1.5m/hod až do 16005m/hod. Podle použití jsou konstruovány s různými mezními tlaky – typicky od 0.5hPa do 0.001hPa. Pro čerpání kondenzovatelných par se využívá funkce gas balast. Provozní kapaliny volíme podle aplikace od minerálních olejů až po PFPE s ohledem na povahu a agresivitu čerpaných plynů. Rotační olejová vývěva se používá jako primární, může čerpat přímo od atmosféry a ve spojení dalšími druhy vývěv mže být použita pro čerpání velkých objemů i pro dosažení vysokého vakua. Nevýhodou je zpětné proudění olejových par. Tyto vývěvy jsou velmi rozšířeny v mnoha průmyslových oborech a pro příznivý poměr výkon/cena spolu s jinými užitečnými vlastnostmi, jsou stále nejrozšířenějšími vakuovými vývěvami.
je z pohledu zákazníka téměř vždy prioritou. To ale představuje nebezpečí, že z cenových důvodů je vybráno méně optimální řešení, což nakonec může mít za následek kratší dobu bezporuchového provozu a vyšší náklady na údržbu. Výběr spolehlivých vakuových vývěv a odpovídajícího příslušenství, stejně jako vhodné způsoby monitorování a provozování se vyplatí v dlouhodobém horizontu.
V následujícím textu naleznete souhrn důležitých informací a poznatků týkajících se provozu, výběru příslušenství a údržby běžně používaných vakuových vývěv. V tomto vydání a v následujících tipech měsíce Vám ukážeme nejčastější chyby při používání rotačních olejových vývěv, rootsových vývěv a turbovývěv a opatření, jak se jim vyhnout.
Výslovně uvádíme, že doprovodné obrázky jsou pouze ilustrační a nelze z nich vyvozovat žádné závěry ohledně spolehlivosti ukázaných výrobků.
Vynikající poměr ceny a výkonu, vysoká spolehlivost a dlouhá životnost hlavně přispěly k úspěšnému nasazení rotačních olejových vývěv po řadu desetiletí. Významný je jejich vysoký kompresní poměr (více jak 6 dekád) a charakteristiky sacího výkonu (čerpací rychlosti) nezávislé na druhu plynu. Vzhledem k tomu, že rotační olejová vývěva pracuje na principu vnitřní komprese, je mazána olejem a olejem těsněná, jsou tyto principy rozhodující pro spolehlivost a dlouhou životnost této vývěvy při odčerpávání par, odolnosti proti působení chemických látek a stárnutí pracovní kapaliny (oleje).
Většina výrobců rotačních olejových vývěv specifikuje tzv. toleranci par v hPa a/nebo kapacitu pro páru v g/h. Tato informace platí vodní páru. Pokud je připouštěcí ventil/gas balast otevřen a vývěva je na provozní teplotě, ke kondenzaci přečerpávané vodní páry nedojde, pokud je vstupní tlak nižší než uvedená hodnota. Při procesu sušení není rozhodující čerpací rychlost vývěvy, ale množství odčerpané vody na jednotku času, které může vývěva odčerpat vzhledem ke své kapacitě pro vodní páru.
Je nezbytné, aby se vývěva zahřívala při zavřeném ventilu na vstupu a otevřeném připouštěcím ventilu (gas balast) po dobu cca 15 až 30 minut za účelem dosažení optimální provozní teploty (oleje), asi 70 až 80°C. Páry mohou být odčerpávány pouze při správné provozní teplotě při otevřeném připouštěcím ventilu. Opožděné otevření ventilu pro vysoké vakuum lze snadno integrovat do řídicího systému. Následující tabulka znázorňuje závislost teploty vývěvy a důsledky nedodržování.
Po ukončení čerpacího procesu se doporučuje ponechat vývěvu v provozu s otevřeným připouštěcím ventilem po dobu asi 15 minut, tak, aby jakákoli pára, která se ještě nachází uvnitř vývěvy, mohla uniknout výfukem. Tento postup regeneruje provozní kapalinu a zabraňuje korozi ve stojící vývěvě a tak případnému selhání vývěvy.
Nutný provoz před zahájením procesu a po jeho ukončení může být snadno integrován do řízení pomocí regulátoru s prvkem časování. Pokud systém vyžaduje mezní tlak s otevřeným připouštěcím ventilem menší než 1 až 2 hPa, je třeba použít dvoustupňovou rotační olejovou vývěvu. Je důležité si uvědomit, že tolerance par a kapacita páry dvoustupňové rotační olejové vývěvy bude nižší ve srovnání s jednostupňovou vývěvou.
Pracovní kapalina (olej) plní v rotační olejové vývěvě tři důležité funkce: těsní, promazává ventily a ložiska, a odvádí teplo vzniklé kompresí a třením přes hliníkový plášť směrem ven za účelem chlazení vývěvy.
Udržování hladiny oleje je důležitou preventivní a rutinní údržbou všech rotačních olejových vývěv a vakuových vývěv s převodovkou a mazivem. Pokud hladina oleje klesne příliš nízko, čerpací systém již nemůže být promazán. Čerpací systém se zablokuje z důvodu nedostatku mazání, které vede k selhání vývěvy. Příliš nízká hladina oleje vede k tomu, že menší objem oleje nepřispívá k optimálnímu odvodu kompresního tepla. Vývěva se přehřívá, což vede k rychlému stárnutí oleje až k selhání vývěvy kvůli nedostatku mazání a vytváření olejového karbonu. Proto je nezbytné sledovat, že hladina oleje ve vývěvě neklesne pod střed kontrolního průhledu/ukazatele oleje.
Provozní kapalina musí být pravidelně kontrolována z hlediska barvy, viskozity nebo nečistot. Při obsahu vody větším než 5% získává olej mléčné zabarvení. K tomu dochází, když připouštěcí ventil (gas balast) zůstane zavřený, spustí se proces odčerpávání, zatímco je vývěva stále studená nebo je překročena maximální kapacita pro čerpání vodní páry. Obr. 2 zřetelně ukazuje, jak se zabarvení oleje mění směrem k černé s narůstajícím opotřebením. Olej musí být ihned vyměněn, pokud dosáhne zabarvení č. 6 (zleva). Barevná stupnice se vztahuje na olej P3 (Pfeiffer Vacuum).
Jako preventivní opatření se doporučuje vyměňovat olej každých 12 měsíců. Pokud si uživatel není jistý, zda použitá pracovní kapalina je odolná vůči procesním plynům, měl by to konzultovat s výrobcem za účelem stanovení správné provozní kapaliny a provedení vývěvy.
Při čerpání kyslíku v koncentracích vyšších, než je hladina atmosférického kyslíku, nelze použít minerální olej v důsledku oxidace a tím rychlého stárnutí pracovní kapaliny. V tomto případě musí být použity speciální oleje se schválením BAM pro provoz s kyslíkem (BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung – Spolkový úřad pro výzkum a testy materiálů). Přitom je nutno mít na zřeteli, že použitý olej má dostatečně nízký tlak par při provozní teplotě vývěvy, aby bylo dosaženo mezního tlaku, omezeného celkovým tlakem (tlakem par oleje).
Z principu funkce vyplývá, že všechny rotační olejové vývěvy vylučují z výfuku malé kapičky oleje spolu s čerpaným plynem nebo párou. Množství olejových kapiček ve formě mlhy je určováno tlakem na vstupu vývěvy. Čím vyšší tlak, tím vyšší emise oleje. Empirické hodnoty olejové emise udávají přibližně 3 cm3 oleje na standardní metr krychlový čerpaný při více než 100 hPa.
Například: Při tlaku na vstupu 200 hPa a čerpací rychlosti 60 m/h emituje jednostupňová rotační olejová vývěva s touto čerpací rychlostí cca 850 cm3 oleje během 24 hodin. Pokud je obsah oleje v takové vývěvě kolem 5 litrů, klesne hladina oleje na kritickou úroveň za dva dny nepřetržitého provozu. Pokud vývěva pokračuje v provozu, lze očekávat zničení vývěvy v důsledku nedostatečného mazání.
Aby se zabránilo únikům oleje na výstup a rovněž tak nedostatečnému mazání vývěvy jsou používány na straněn výfuku separátory/filtry olejové mlhy Tyto filtry obsahují vložky, v nichž jsou olejové kapičky zachyceny a olej se okládá v tělese filtru. Pokud to proces dovoluje, může být zachycený olej veden zpět do vývěvy prostřednictvím automatické zpětné olejové jednotky při použití plovákového spínače nebo recirkulace pomocí připouštěcího ventilu (gas balast). Je-li čerpáno během procesu sušení větší množství vodní páry nebo pokud vývěva zpracovává korozivní páru, opětovné použití oleje se nedoporučuje. Pára, která kondenzuje ve filtru, se vrací zpět do vývěvy a značně snižuje mazací schopnosti a trvanlivost oleje, což může vést k předčasnému selhání vývěvy. Kromě toho je zde také nebezpečí zadření z důvodu zvýšení koroze v důsledku vyšší koncentrace kondenzované páry v tělese vývěvy a v oleji. V tomto případě musí být chybějící olej občas doplněn.
Je důležité zajistit, aby filtr olejové mlhy mohl zpracovávat stejné množství plynu jako rotační olejová vývěva. Jsou-li a) jmenovitá velikost/světlost nebo b) maximální proud plynu filtru příliš nízké, olejové kapičky nemají čas se usadit ve filtrační vložce kvůli příliš vysoké rychlosti plynu. Jednoduše unikají výfukem a filtr olejové mlhy se míjí účinkem.
Filtry olejové mlhy musí být použity vždy, když výfukové potrubí neústí do centrálního odsávání a emise musí být minimalizovány nebo je potřeba se jim vyhnout kvůli bezpečnosti práce a ustanovením Technických pokynů pro řízení kvality ovzduší (TA Luft). Olejová mlha také šíří nepříjemný zápach, usazuje se všude v okolí a vytváří nežádoucí olejový film.
Při provozu rotační olejové vývěvy na mezním tlaku menším než 0,5 hPa probíhá z funkčních důvodů migrace molekul oleje směrem ke vstupní straně.
V procesech, probíhajících ve vysokém a ultravysokém vakuu, jsou uhlovodíky nežádoucí a nepřijatelné, protože mohou znehodnotit proces a znečistit aparaturu. Odstranění tohoto znečištění je značně časově náročné a nákladné.
Aby se zabránilo migraci oleje, používají se molekulární síta, katalytické lapače nebo chlazené (často na teploty hluboko pod 0°C) lapače olejů na vstupní straně rotační olejové vývěvy. S pomocí katalytických lapačů měděný katalyzátor štěpí uhlovodíky na vodu a vodík, které jsou následně vývěvou odčerpány. Zeolitové lapače (molekulární síta) se doporučuje regenerovat v pravidelných intervalech při teplotách až 250°C. Za tímto účelem výrobci nabízejí vhodná topná tělesa jako příslušenství. Katalytické lapače jsou regenerovány při zavzdušnění.
Čerpací rychlost rotační olejové vývěvy v režimu molekulárního proudění je snížena kvůli vodivostním ztrátám (odpor připojovacího potrubí). To je třeba vzít v úvahu při výběru velikosti vývěvy, v závislosti na jejím použití. To platí i pro následující prachové filtry. Viz specifikace výrobce týkající se hodnot vodivosti (v litrech za sekundu) v různém tlakovém rozmezí.
Existují procesy, při kterých se vytváří částice nebo jsou zatíženy prachem. V zájmu ochrany vývěvy proti mechanickému poškození a prodloužení životnosti provozní kapaliny/oleje je užitečné instalovat na vstupní straně prachové filtry. V závislosti na typu aplikace existují prachové filtry s filtračními vložkami z papíru, polyesteru, uhlíkových vláken nebo z materiálu smáčeného olejem (Raschigovy kroužky). Jednou z možností při výskytu abrazivního prachu je dvoustupňová kombinace s cyklonovým odlučovačem a filtračním vložkou. Cyklon má navíc tu výhodu, že horké částice se mohou ochlazovat díky rotačnímu pohybu v cyklonu.
Jmenovité průměry sacího a výfukového otvoru jsou navrženy výrobci v souladu s maximální čerpací rychlostí vývěvy. Z tohoto důvodu je důležité, aby sací potrubí odpovídalo jmenovitému průměru hrdla vývěvy, protože čerpací rychlost by mohla být značně omezena kvůli vodivostním ztrátám, zejména v molekulárním reřimu proudění. Výfukové potrubí by mělo také odpovídat alespoň jmenovitému průměru vývěvy, v opačném případě by malé jmenovité světlosti a vysoké proudy plynu mohly způsobit nepřijatelný protitlak, který by mohl vést ke zvýšenému mechanickému namáhání vývěvy, zvýšenému opotřebení a selhání. Kromě toho výrazně vzroste hladina hluku.
Pokud výfukové potrubí vede směrem vzhůru, mělo by být v jeho nejnižším místě provedeno jako sifon tak, aby kondenzující pára na své cestě nahoru a směrem ven nemohla proudit zpět do vývěvy. Sifon lze opatřit vývodem a tudy vyprazdňovat. Kromě toho může být instalován asi 20 až 50 cm nad výfukovým hrdlem vývěvy do výstupního potrubí odlučovač kondenzátu který rovněž sbírá kondenzát. Montáž přímo na výfukové potrubí vývěvy se nedoporučuje, protože kondenzátor se ohřívá na teplotu vývěvy kvůli svému přímému připojení, což vede ke snížení jeho účinnosti.
Protože rotační olejové vývěvy jsou zdrojem tepla s vzhledem k jejich kompresní funkci, je nutno zajistit dostatečnou ventilaci a, v případě potřeby, dodatečné chlazení. To platí zejména pro vývěvy zabudované do zařízení nebo umístěné do protihlukových krytů. Pokud nejsou dodrženy požadavky na ventilaci, může dojít k přehřátí oleje/pracovní kapaliny a poškození vývěvy.
Mnohé z těchto pokynů se vztahují také na jiné vakuové vývěvy, jako jsou rootsovy vývěvy, membránové vývěvy a suché vývěvy.
Rádi bychom Vám pomohli při optimalizaci vašich vakuových řešení pro specifické aplikace ? kontaktujte nás.
Jsme tady pro Vás, zeptejte se.
cs
en