ロータリーベーン真空ポンプはどのように動作しますか?動作原理と設計の説明

食品包装チャンバーを 1 分以内に数ミリバールまで引き下げたり、合板を CNC テーブルの上に平らにしてフルシフトを行ったり、冷凍回路から水分を沸騰させて蒸発させるのに十分な深さまで排気したりすることは、ロータリーベーン真空ポンプの日常的な作業です。では、ロータリーベーン真空ポンプはどのように動作するのでしょうか?簡単な答えは、偏心ローターが円筒形のハウジング内で回転し、バネまたは遠心力で荷重を受けたベーンがローターのスロットに出入りし、それらのベーンの間にある密閉チャンバーが入口でガスを捕捉し、回転中にガスを圧縮して、排気バルブから押し出すというものです。これは容積式機械であり、ピストン コンプレッサーと同じ機構の系統であり、コンパクトな連続回転形式に単純にパッケージ化されています。オイルからガスバラスト、第 2 ステージに至るまで、その他すべての機能は、その基本サイクルをより深く、より乾燥し、より耐久性のあるものにするために存在します。

作業サイクルのステップバイステップ

ジオメトリがその役割を果たします。ローターはステーターの内側に偏心して配置され、その軸はハウジングの中心線からオフセットされ、単一の線に沿って壁をかすめます。通常 2 ～ 8 枚の羽根が放射状のスロットに乗り、遠心力によってその壁に外側に押し付けられ、羽根の後ろにバネが付いている場合もあります。およそ 1,400 ～ 3,000 rpm の一般的な駆動速度では、隣接するベーン間の各チャンバーは 1 回転ごとに 1 回拡大および縮小し、シーケンスは次のように実行されます。

1. 摂取。 ベーンが入口ポートを通過すると、その後ろのチャンバーが膨張するため、内部の圧力が低下し、排気されている容器からガスが流入します。
2. トラッピング。 チャンバーが入口を通過すると、両側のベーンが内部に固定されたガスの塊を密閉します。
3. 圧縮。 回転により密封されたチャンバーが排出側に移動し、ハウジングの形状により容積が縮小し、ガス圧力が上昇します。
4. 排気。 圧力が吐出側の圧力をわずかに超えると、排気バルブが開き、ガスが排出され、潤滑油の液滴が逃げる前にオイルミストセパレータがキャッチします。

どれくらい深くまで届くのか

深さはステージによって異なります。単段油封式機械は通常、絶対圧 0.1 mbar 付近で底に達しますが、第 1 段の排気を 2 段目の吸入口に供給する 2 段設計では、通常約 0.01 mbar に達します。ガスバラストが開いていると、両方の数値が上昇します。工業用サイズの排気速度はおよそ 10 ～ 1,500 m3/h で、ほとんどの工業プロセスが実際に動作する低真空および中低真空の範囲をカバーします。

なぜオイルがそれほど重要なのか

オイルシール設計では、計量されたオイルが一度に 3 つの仕事を実行します。ベーンの先端とハウジングの間のマイクロメートルスケールの隙間をシールします。これがなければポンプは深い真空を構築できません。これは、ベーンを破壊する可能性がある連続的な滑り接触を潤滑します。また、ガスとともに侵入する湿気による腐食から内部表面を保護します。一般的な潤滑剤は深真空では蒸発して到達圧力を損なうため、オイルは低蒸気圧になるように配合されています。この敏感さは、オイルの状態が機械の迅速な健康チェックに最適な理由でもあります。乳白色のオイルは水の浸入を示し、黒ずんだザラザラしたオイルは摩耗による破片を示します。

ガスバラスト: 蒸気が凝縮する前に除去

プロセスで水や溶剤が運ばれると、それらの蒸気が圧縮中に凝縮してオイルに混入し、潤滑と真空度の両方が静かに低下する可能性があります。ガスバラストバルブは、排気前に制御された量の空気を圧縮チャンバーに導入することでこの問題に対処し、蒸気分圧を凝縮点以下に保ち、蒸気がガスとしてポンプから出ます。トレードオフとして、バラストを開いたままにすると到達圧力が高くなるため、多くのオペレーターは乾式運転時にはバラストを閉じて運転し、湿式サイクル中には開きます。

主要なコンポーネントとそれらが着用されるとどうなるか

設計全体は厳しいクリアランスときれいなオイルに依存しているため、コンポーネントリストはメンテナンスマップとしても機能します。

オイル潤滑設計と空運転設計

同じメカニズムが 2 つの潤滑理念で出荷され、選択によって価格とプロセスの適合性が決まります。オイル潤滑ポンプは密閉性が高く、より深くまで到達し、連続的な油膜でベーンを保護します。空運転ポンプは、オイルを PTFE やグラファイト複合材料などの自己潤滑性のベーン材料と交換し、きれいなガス流と引き換えに浅い真空を受け入れます。

両方の家族に 1 つの注意事項が適用されます。オイル潤滑式の機械は、激しい負荷がかかると微量の油蒸気を容器に戻す可能性があるため、敏感な用途では入口側にトラップまたはフィルターを追加します。乾式機械はそのリスクと引き換えに、より頻繁なベーンの点検を行います。これは、オイル自体が汚染物質となる場合は通常かなりのお買い得です。

テクノロジーがどこに適合し、どこで限界に達するか

強みと限界は両方ともメカニズムから直接得られるため、アプリケーション マップは次のようになります。

• 食品包装: 真空または調整雰囲気下で肉、チーズ、コーヒー用のチャンバーを引き下げます。
• 木工および CNC ホールドダウン: シート製品を真空テーブル上でシフトごとにクランプ
• 熱成形: 加熱したプラスチックシートを金型に高速サイクルで引きつけます。
• HVAC および冷蔵サービス: 充電前に回路を十分深く排気して湿気を追い出します。
• 実験室での作業: 脱気、乾燥、高真空ポンプの後ろでのバックアップ作業

限界も同様に機械的なものです。粉塵を含んだガスはベーンの先端やハウジングを磨くため、木工や同様の作業では入口の濾過が必須です。蒸気負荷が大きい場合は、上流に作動ガスバラストまたは凝縮器が必要になります。そうしないと、オイルが早期に劣化します。ベーンの摩擦により継続的に熱が遮断されるため、周囲温度と冷却能力によって持続動作の上限が設定されます。そして、約 0.01 mbar 以下では、クリアランスとオイル自体の蒸気圧が支配的になり始め、ここで他のテクノロジーが引き継ぎます。

ロータリーベーンとルーツ真空ポンプがどのように連携するか

ロータリーベーンとルーツポンプは競合他社よりも補完的です。ルーツ真空ポンプは、タイミング ギアによって同期され、2 つの 8 の字型のローブを互いに回転させ、内部圧縮やポンプ チャンバー内にオイルは発生しません。中真空範囲では大量の量を迅速に移動させますが、その背後に補助ポンプが必要であり、多くの場合、まさにロータリーベーン機械がその役割を果たします。ベーン ポンプが深さを供給し、ルーツ ポンプが速度を供給することにより、どちらのマシンも単独では効率的に到達できない動作点に到達します。直接の内訳については、ルーツ真空ポンプの性能をロータリー ベーン ポンプとどのように比較するかをご覧ください。

この組み合わせは、両方のテクノロジーを構築するメーカーにとって馴染みのある領域です。 Nantong Rongheng Environmental Equipment は、24 時間真空で紙シートを脱水するハイエンド ティッシュ ペーパー生産ラインへの供給を含む、連続稼働用途向けのルーツ真空ポンプ ユニットを製造しています。

連続真空用途向けルーツ真空ポンプ このドライルーツ真空ポンプは、0.6 ～ 713.8 m3/min の流量と、ドライ -49kPa またはウェット -68kPa の真空レベルを提供します。これは、前のセクションで紙シートの 24 時間の真空脱水について述べた、ティッシュペーパーの生産などの連続作業の用途に適しています。 製品を見る→

同じベーン原理でブロワーとして動作

スライディングベーン機構は逆方向にも動作します。つまり、真空の代わりに圧力を加えます。ロータリー スライディング ベーン ブロワーでは、同じ偏心ローターとスライディング ベーンが空気を適度なゲージ圧力まで圧縮し、低脈動と比較的低騒音で安定して送り出します。このプロファイルは廃水処理の曝気や低圧空気輸送に適しており、脈動が多く高流量を好むルーツブロワーとは対照的です。仕組みを詳しく知りたい場合は、ロータリー スライド ベーン ブロワーがどのように気流を生成するかについて段階的に説明した記事を参照してください。

低圧曝気用ロータリースライドベーンブロワー スライディングベーンの圧力デューティの説明に続いて、このブロワーは、60dB 未満の騒音で最大 49kPa までの安定した低脈動の空気流を供給します。 500rpm の動作と適度な流量により、廃水処理の曝気や同様の低圧搬送作業に適しています。 製品を見る→

指定して実行する: 実用的なチェックリスト

初めてポンプを購入する場合でも、設置ベースを監査する場合でも、いくつかのポイントが満足度のほとんどを決定します。

1. チャンバー容積と目標ポンプダウン時間に応じてポンプ速度を調整します。 ポンプダウンは指数関数的な曲線に従うため、最後の 10 年間の圧力は最初の 10 年間よりも不釣り合いに長くかかります。平均ではなく、曲線全体に対するサイズ。
2. データシートの到達圧力ではなく、動作点を判断してください。 0.1 mbar 定格のポンプは、ガスバラストが開いている場合、または実際のプロセスガス負荷が存在する場合には、その数値を維持できません。
3. ポンプをプロセスから保護します。 塵埃に対する入口濾過、および蒸気に対する作動ガスバラストまたは上流凝縮器のいずれかを計画します。
4. 消耗品の予算。 オイルおよびミストセパレータの交換は通常、蒸気や汚染物質の負荷によって決まる数百から数千の動作時間に及びます。また、それらを伸ばすことがベーンの摩耗を防ぐ一番の近道です。
5. 冷却経路を確認してください。 ベーンの摩擦は熱を継続的に排除するため、周囲温度、換気、水冷ジャケットのすべてがオイルの寿命と達成可能な圧力に影響を与えます。

これは本質的に、ロータリーベーン真空ポンプの仕組みです。偏心ローターに乗ってベーンをスライドさせるという単純な機械的アイデアにより、驚くほど少ない可動部品で回転を圧縮に変換します。このシンプルさは、包装工場、作業場、研究室での寿命が長いこと、およびはるかに大規模な真空システムの後方段階として静かに機能する習慣の両方を説明しています。より深い真空、より高いスループット、または厳密なオイルフリーガスに向けて要求がそれを超える場合、ルーツ真空ポンプやベーン型ブロワーなどの隣接技術が隣接範囲をカバーし、機械を実際の使用圧力に適合させることが、他のすべてを決定する決定となります。