DE102009017887A1

DE102009017887A1 - Grobpumpverfahren für eine Verdrängerpumpe

Info

Publication number: DE102009017887A1
Application number: DE200910017887
Authority: DE
Inventors: Peter Horsham Birch
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-10-21
Also published as: US9017040B2; US20120063917A1; WO2010119121A2; JP2012524204A; CN102395792B; WO2010119121A3; EP2419641A2; KR20110136899A; TW201042152A; CN102395792A

Abstract

Um ein einfaches und energieeffizientes Grobpumpverfahren zu schaffen, wird bei einer Verdrängerpumpe (10) zum Herstellen eines maximalen Differenzdrucks (ΔP) zwischen dem Eingang (18) und dem Ausgang (20) der Verdrängerpumpe (10) die Drehzahl (Ω) der Verdrängerpumpe (10) derart an den herzustellenden maximalen Differenzdruck (ΔP) angepasst, dass sich die Leistungsaufnahme (3, 4) der Verdrängerpumpe (10) an die für die Gaskompression minimal benötigte Leistung (2) zur Herstellung des maximalen Differenzdrucks (ΔP) annähert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Grobpumpverfahren für eine Verdrängerpumpe sowie eine Verdrängerpumpenvorrichtung zum Herstellen einer Grobdruckdifferenz.
Unter einer Grobdruckdifferenz wird vorliegend eine negative Druckdifferenz im Sinne eines Grobvakuums oder eine positive Druckdifferenz im Sinne einer Grobdruckbeaufschlagung verstanden. Ein typisches Grobvakuum liegt im Bereich von bis zu 500 mbar Druckdifferenz und typischerweise zwischen 100 und 300 mbar Druckdifferenz. Für verschiedenste Anwendungen besteht ein großer Bedarf an Grobvakuumpumpen, die meist als Einwellen- Zentrifugalverdichter oder als Seitenkanalverdichter ausgebildet sind. Seitenkanalverdichter besitzen eine feste Volumenstromkapazität und müssen stets mit kontinuierlich hoher Geschwindigkeit betrieben werden. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Drehmomentübertragung anhand der Euler'schen Energiegleichung für kompressible Flüssigkeiten. Seitenkanalverdichter müssen selbst bei großer Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verdichters zur Erzeugung eines entsprechend geringen Volumenstroms bei ihrer vollen Volumenstromkapazität betrieben werden. Die von dem Verdichter benötigte Leistung ist proportional zu der Volumenstromkapazität, wobei die zum Verdichten und Transportieren eines geringen Gasstroms theoretisch minimal benötigte Leistung proportional zu der tatsächlichen Volumenstromkapazität ist. Aufgrund dieser Differenz zwischen tatsächlich aufgebrachter Leistung und der zum Verdichten des Gasstroms physikalisch benötigten Leistung ist der Einsatz solcher herkömmlichen Grobvakuumverdichter ineffizient.
Verdrängerpumpen, wie zum Beispiel eine Roots-Pumpe, sind zur Aufrechterhaltung geringer Drücke, bei denen kein großer Volumenstrom zu fördern ist, oder zur Erzeugung geringer Druckdifferenzen besonders effektiv. Zur Erzeugung eines Grobvakuums mit großer Druckdifferenz werden Verdrängerpumpen, wie zum Beispiel Roots-Pumpen, bislang nicht eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und energieeffizientes Grobpumpverfahren sowie eine entsprechende Grobpumpvorrichtung zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Grobpumpverfahren ist definiert durch die Merkmale von Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpenvorrichtung ist definiert durch die Merkmale von Anspruch 9.
Anspruch 1 definiert ein Grobpumpverfahren für eine Verdrängerpumpe, zum Herstellen eines Differenzdrucks zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Verdrängerpumpe. Hierbei wird die Drehzahl der Verdrängerpumpe derart an den herzustellenden maximalen Differenzdruck angepasst, dass sich die Leistungsaufnahme der Verdrängerpumpe an die für die Gaskompression physikalisch minimal benötigte Leistung zum Herstellen des Differenzdrucks annähert. Der Vorteil einer Verdrängerpumpe gegenüber einer herkömmlichen Grobvakuumpumpe, wie zum Beispiel einem Seitenkanalverdichter, besteht darin, dass die Pumpenleistung durch Variieren der Drehzahl beziehungsweise des Kolbenhubs variabel ist. Durch Reduzieren der Drehzahl können der erzeugte Druck und die Leistungsaufnahme der Verdrängerpumpe reduziert werden. Die Verdrängerpumpe ist hierbei so ausgelegt, dass ihre maximale Leistungsaufnahme bei maximaler Drehzahl größer als die theoretisch minimal benötigte Leistung zum Komprimieren des Gases, um die gewünschte Druckdifferenz herzustellen, ist. Das heißt mit anderen Worten, dass die Pumpe für eine größere Druckdifferenz geeignet ist. Hierbei kann durch Reduzieren der Drehzahl der Verdrängerpumpe der von der Pumpe erzeugte Differenzdruck derart reduziert werden, dass sich die Leistungsaufnahme der Pumpe an die für die Gaskompression minimal benötigte Leistung annähert. Ein Anpassen der Leistungsaufnahme an die zur Gaskompression benötigte Leistung ist nur mit elektronisch gesteuerten Verdrängerpumpen, jedoch nicht mit den herkömmlichen Seitenkanalverdichtern, möglich. Eine Verdrängerpumpe ermöglicht es, ein abgeschlossenes Gasvolumen von dem Pumpeneingang zu dem Pumpenausgang mit einstellbarer Geschwindigkeit zu fördern.
Die Drehzahl wird vorzugsweise über die Beziehung
im strömungslosen Zustand, wobei
V_S die Volumenstrom-Pumpkapazität der Verdrängerpumpe,
C_I der Leckagen bedingte Volumen-Rückstrom innerhalb der Pumpe,
P_out der ausgangsseitige Druck der Verdrängerpumpe,
P_in,min der herzustellende minimale eingangsseitige Druck der Verdrängerpumpe mit ΔP_max = P_out – P_in,min und
Ω_max die maximale Drehzahl der Verdrängerpumpe und Ω < Ω_max
sind, eingestellt. Die einzustellende Grobdruckdifferenz ΔP_max kann hierbei in einem Bereich von bis zu –500 mbar beziehungsweise von bis zu +500 mbar liegen. Insbesondere ist eine typische Grobdruckdifferenz in einem Bereich zwischen ±200 bis ±400 mbar gegeben.
Vorzugsweise wird das Drehmoment T des Pumpenantriebs mit steigender Druckdifferenz ΔP zwischen ausgangsseitigem Druck P_out und eingangsseitigem Druck P_in und bei zunehmender Pumpendrehzahl reduziert. Das Reduzieren des Drehmoments erfolgt oberhalb eines Drehzahlgrenzwertes Ω_v/f, bis zu dem vorzugsweise konstantes Drehmoment herrscht. Der Drehzahlgrenzwert Ω_v/f sollte ≥ 0 sein und vorzugsweise unterhalb von 30 Hz liegen. Vorzugsweise ist der Verlauf des Drehmoments oberhalb des Drehzahlgrenzwertes Ω_v/f über der Druckdifferenz linear abnehmend. Eine solche Drehmomentreduktion kann bei einem Elektromotor unter Verwendung eines elektronischen Inverters erfolgen, wobei der Wert der Grenzdrehzahl Ω_v/f möglichst gering gewählt werden sollte. Mit einem elektronischen Inverter kann eine Grenzdrehzahl Ω_v/f von 10 Hz erreicht werden. Die Reduktion des Drehmoments mit steigender Druckdifferenz ist von Vorteil, weil das Drehmoment T nach der Formel
wobei
V_S die Volumenstromkapazität,
Ω_max die maximale Drehzahl der Verdrängerpumpe,
P_out der ausgangsseitige Druck und P_in der eingangsseitige Druck
sind, von dem eingangsseitigen Druck abhängt. Das heißt mit anderen Worten, dass nur ein bestimmtes Drehmoment zum Erreichen eines bestimmten Eingangsdrucks P_in benötigt wird. Da die Leistung P das Produkt des Drehmoments T und der Drehzahl Ω ist, hängt also die Leistung von der Pumpendrehzahl ab. Der herzustellende minimale eingangsseitige Druck P_in,min soll zur Minimierung der aufzuwendenden Pumpenleistung bei geringst möglicher Drehzahl Ω erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpenvorrichtung gemäß Anspruch 9 weist neben der Verdrängerpumpe einen Pumpenantrieb und eine Steuereinrichtung zum Reduzieren der Drehzahl der Verdrängerpumpe gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 auf. Hierbei weist die Verdrängerpumpenvorrichtung vorzugsweise einen Speicher für die herzustellende Druckdifferenz ΔP_max als Teil der Steuereinrichtung auf. Insbesondere weist der Speicher ein Programm zum Einstellen der Drehzahl Ω gemäß der in Anspruch 1 genannten Beziehung auf.
Der Pumpenantrieb ist vorzugsweise ein Elektromotor und die Steuereinrichtung kann dabei ein elektronischer Inverter sein. Der Elektromotor kann ein Induktionsmotor, ein Reluktanzmotor oder ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Die Verdrängerpumpe ist vorzugsweise eine Roots-Pumpe oder alternativ eine Klauen-Schrauben-Pumpe oder eine Trocken-Drehschieber-Pumpe. Die Verdrängerpumpe kann einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein, wobei die mehreren Stufen unterschiedliche Verdrängungskapazitäten aufweisen können. Die Verdrängerpumpe kann luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt, zum Beispiel durch Wasser oder Öl, ausgebildet sein.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Verdrängerpumpenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und
2 ein Leistungsdiagramm für die Verdrängerpumpenvorrichtung nach 1.
Die Verdrängerpumpenvorrichtung 16 gemäß 1 besteht aus einer Verdrängerpumpe 10, einem Pumpenantrieb 12 für die Verdrängerpumpe 10 und einer mit dem Pumpenantrieb 12 verbundenen Steuereinrichtung 14. Die Verdrängerpumpe 10 ist eine Roots-Pumpe und der Pumpenantrieb 12 ein Elektromotor. Die Steuereinrichtung 14 ist ein elektronischer Inverter, mit dem die Drehzahl des Pumpenantriebs 12 und der Verdrängerpumpe 10 einstellbar sind.
An dem saugseitigen Eingang 18 der Verdrängerpumpe 10 liegt in dem Ansaugkanal der Pumpe ein eingangsseitiger Druck P_in an. An dem druckseitigen Ausgang 20 der Verdrängerpumpe 10 liegt in dem Abströmkanal der Verdrängerpumpe 10 ein ausgangsseitiger Druck P_out an. Wie im Folgenden anhand von 2 beschrieben wird, ist die Verdrängerpumpe 10 für die herrschenden Drücke P_in und P_out und für die resultierende Druckdifferenz ΔP_max = P_out – P_in überdimensioniert, so dass sich die Leistungsaufnahme 3, 4 der Pumpe durch Reduzieren der Drehzahl des Pumpenantriebs 12 und der Verdrängerpumpe 10 mit Hilfe der Steuereinrichtung 14 an die für Gaskompression minimal benötigte Leistung 2 zur Herstellung des Differenzdrucks ΔP_max annähert. Überdimensioniert bedeutet, dass die Pumpe für eine größere Druckdifferenz ausgelegt ist.
In 2 sind auf der Horizontalachse der eingangsseitige Druck P_in in Millibar, auf der rechten Vertikalachse der Volumenstrom V in Kubikmetern pro Stunde und auf der linken Vertikalachse die resultierende Leistung Pwr in Watt aufgetragen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verdrängerpumpe 10 im Grobpumpbetrieb zur Erzeugung eines Grobvakuums (englisch: rough vacuum) eingesetzt. Hierbei herrscht an dem Pumpenausgang 20 ungefähr atmosphärischer Druck, das heißt P_out beträgt 1000 mbar. Der von der Pumpe herzustellende Druck P_in,min an dem Pumpeneingang 18 beträgt 700 mbar, das heißt der herzustellende Differenzdruck ΔP_max = P_out – P_in,min beträgt 300 mbar. Selbstverständlich kann die Pumpe auch zum Erzeugen eines eingangsseitigen Drucks P_in von 1300 mbar eingesetzt werden, in welchem Fall der Betrag der herzustellenden Druckdifferenz ΔP_max 300 mbar beträgt.
In 2 ist der Volumenstrom V, der sich in der Verdrängerpumpe 10 während des Betriebes zur Herstellung des eingangsseitigen Druckes P_in,min einstellt, mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Beim Start der Pumpe herrscht eingangsseitig noch atmosphärischer Druck, das heißt P_in = P_out. In diesem Fall ist die resultierende Druckdifferenz ΔP = P_out – P_in = 0. Der Volumenstrom V in der Pumpe ist dann maximal, also gleich der Volumenstromkapazität V_S der Verdrängerpumpe 10. Mit eingangsseitig abnehmendem Druck P_in sinkt der geförderte Volumenstrom V linear, bis der eingangsseitige Druck. P_in,min = 700 mbar erreicht ist. Die herzustellende maximale Druckdifferenz ΔP_max = P_out – P_in,min = 300 mbar ist dann erreicht und der von der Verdrängerpumpe 10 geförderte Volumenstrom V = 0.
Die Pumpenleistung der Verdrängerpumpe 10 ist hierbei proportional zu der Druckdifferenz ΔP und in 2 mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Bei eingangsseitigem Druck P_in = P_out und resultierender Druckdifferenz ΔP = 0 ist die Pumpenleistung 3 gleich Null. Sie steigt linear bis zu ihrem Maximum bei erzieltem eingangsseitigem Druck P_in = P_in,min und resultierender Druckdifferenz ΔPmax = Pout – Pin,min.
Die physikalisch zur Kompression des Gases benötigte Leistung, um die Druckdifferenz ΔP_max herzustellen, berechnet sich nach der Beziehung Pwr = V·ΔP = V·(Pout – Pin).
Hieraus ergibt sich die physikalisch für die Gaskompression minimal benötigte Eingangsleistung der Verdrängerpumpe 10, um die Druckdifferenz ΔP_max herzustellen. Diese physikalische Minimal-Eingangsleistung ist in 2 mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Sie ist im Falle minimaler Druckdifferenz ΔP = 0 und im Falle minimalen Volumenstroms V = 0 jeweils Null und verläuft hyperbolisch mit einem Maximum für P_in,min < P_in < P_out.
Durch Vergleich des maximalen Leistungsvermögens 3 der Verdrängerpumpe 10 mit der physikalischen Minimal-Eingangsleistung 2 wird deutlich, dass die Differenz dieser beiden Leistungen mit sinkendem Eingangsdruck P_in zunimmt und insbesondere für große Druckdifferenzen in der Nähe von ΔP_max erheblich ist. Für geringe Druckdifferenzen in der Nähe von ΔP = 0 liegt das Pumpenleistungsvermögen 3 hingegen nur geringfügig über der physikalisch benötigten Minimalleistung 2. Bei geringen Druckdifferenzen ΔP arbeitet die Verdrängerpumpe 10 also am effektivsten und wird mit zunehmenden Druckdifferenzen immer ineffektiver. Aus diesem Grund wurden Verdrängerpumpen 10 bislang nur zur Herstellung oder Aufrechterhaltung lediglich geringer Druckdifferenzen eingesetzt. Für große Druckdifferenzen, die typischerweise beim Grobpumpen auftreten, wurden Verdrängerpumpen aufgrund der geringen Effektivität bislang vermieden. Stattdessen werden im Grobpumpbereich typischerweise Seitenkanalverdichter eingesetzt, die jedoch den Nachteil haben, dass sie zur Erlangung ihres Saugvermögens ständig mit konstanter Drehzahl betrieben werden müssen. Eine Drehzahlsteuerung zur Verbesserung der Effektivität von Pumpen schied daher im Grobpumpbereich völlig aus.
Die Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass Verdrängerpumpen ein fest umschlossenes Volumen fördern, wobei die Drehzahl der Verdrängerpumpe keinen Einfluss auf das jeweils geförderte umschlossene Volumen hat. Bei Verdrängerpumpen beeinflusst die Drehzahl lediglich den Durchsatz des geförderten umschlossenen Volumens. Dieser Vorteil wird erfindungsgemäß genutzt, um eine an sich überdimensionierte Verdrängerpumpe 10 nicht mit ihrem überdimensionierten Leistungsvermögen 3 zu betreiben, sondern durch Reduzieren der Drehzahl der Verdrängerpumpe 10 die Pumpenleistung 3, 4 der physikalisch minimal benötigten Eingangsleistung 2 anzunähern. Mit den bisherigen Grobvakuumpumpen, wie zum Beispiel Seitenkanalverdichtern, ist dies bislang nicht möglich.
Die Pumpendrehzahl wird hierbei durch Reduzieren der Drehzahl des Elektromotors 12 mit Hilfe des Inverters 14 reduziert. Hierbei wird die Pumpendrehzahl Ω über die Beziehung
eingestellt. P_in ist der jeweils herrschende saugseitige Druck an der Eingangsseite 18 der Verdrängerpumpe 10. Beim Start der Pumpe ist P_in = P_out, so dass ΔP = 0 ist. Mit abnehmendem eingangsseitigem Druck P_in steigt der durch Undichtigkeiten innerhalb der Pumpe verursachte Rückströmungs-Anteil (englisch: back leakage). Hierbei ist C_I die zugehörige Rückströmung (englisch: back leakage conductance) in Kubikmetern pro Stunde. Die Rückströmung C_I berechnet sich nach CI = (Pin·VS – Q)/(Pout – Pin),wobei Q der Massendurchfluss in Millibar mal Kubikmeter pro Stunde ist. Der Massendurchfluss Q berechnet sich nach Q = Pin·VS – CI·(Pout – Pin).
Ausgehend von dem Leistungsvermögen 3 der Verdrängerpumpe 10 Pwr = VS·(Pout – Pin)wird die reduzierte Drehzahl Ω für die Annäherung an die physikalische Minimal-Eingangsleistung 2 wie folgt ermittelt:
Die Volumenstromkapazität V_S der Verdrängerpumpe ist vorgegeben und beträgt bei der Roots-Pumpe des Ausführungsbeispiels 420 m³/Std. Typischerweise besitzen Grobvakuumpumpen eine Volumenstromkapazität im Bereich zwischen 1 und 2000 m³/Std. Der ausgangsseitige Druck P_out ist als atmosphärischer Druck mit 1000 mbar vorgegeben, so dass die Pumpenleistung 3 mit abnehmendem Eingangsdruck P_in ansteigt. Während der eingangsseitige Druck P_in sinkt, nimmt der Einfluss des Rückstroms C_I innerhalb der Pumpe zu. Die Volumenstromkapazität V_S = 420 m³/Std. wird bei maximaler Drehzahl Ω_max = 100 Hz erreicht. Durch Reduzieren der Drehzahl kann eine reduzierte Volumenstromkapazität von
erlangt werden.
Das Pumpendrehmoment T (englisch: torque) berechnet sich nach T = Pwr/Ωund unter Berücksichtigung von Pwr = VS·ΔP/36für das reduzierte Drehmoment zu
Hieraus ist ersichtlich, dass der eingangsseitige Druck P_in von dem aufgebrachten Drehmoment T abhängt. Dieser Zusammenhang kann genutzt werden, indem die inhärente Stromsteuerung eines elektronischen Inverters 14 genutzt wird, um über eine Steuerung des Stroms in einem elektrischen Motor 12 das Drehmoment T zu steuern. Mit dem Inverter 14 wird das Drehmoment T des Pumpenantriebs 12 mit steigendem Differenzdruck ΔP und mit steigender Pumpendrehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl Ω_v/f von 10 Hz kontinuierlich reduziert. Der Drehmomentverlauf des Inverters ist bis zu der Grenzdrehzahl Ω_v/f konstant und fällt oberhalb der Grenzdrehzahl Ω_v/f linear bis auf 0 ab. Dies ist von Vorteil, weil das Drehmoment gemäß obiger Gleichung von dem Eingangsdruck P_in abhängt, so dass zum Erreichen eines bestimmten Eingangsdrucks P_in nur ein bestimmtes Drehmoment benötigt wird.
Da die Leistung P als Produkt von Drehmoment T und Drehzahl Ω auch von der Pumpendrehzahl abhängt, wird zunächst die Drehzahl Ω der Verdrängerpumpe 10 derart eingestellt, dass der herzustellende minimale Eingangsdruck P_in,min bei geringst möglicher Drehzahl Ω erreicht wird, um die aufzuwendende Pumpenleistung 3, 4 zu minimieren. Beim Betrieb der Verdrängerpumpe 10 mit dieser reduzierten Drehzahl Ω wird dann der oben beschriebene Drehmomentverlauf mit kontinuierlich sinkendem Drehmoment verwendet, um die Leistungsaufnahme 4 der Verdrängerpumpe 10 an die physikalisch minimal benötigte Leistung 2 anzunähern.
Bei minimalem Eingangsdruck P_in,min, wenn der Volumenstrom V = 0 ist, ist der eingangsseitige Druck
Unter Berücksichtigung des Volumenrückstroms C_I gilt für den Fall, dass der Volumenstrom V = 0 ist,
Hieraus lässt sich die Drehzahl Ω bestimmen, für die die Pumpenleistung unter Berücksichtigung des Volumenrückstroms C_I durch Leckagen innerhalb der Pumpe an die physikalische Minimal-Eingangsleistung 2 angenähert ist. Hierbei ist P_in die angenäherte Pumpeneingangsleistung 4, die sich von der physikalischen Minimal-Eingangsleistung 2 durch den Volumenrückstrom C_I innerhalb der Pumpe unterscheidet. Die angenäherte Pumpeneingangsleistung ist in 2 mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Die angenäherte Pumpeneingangsleistung 4 wird bei der Drehzahl
erreicht. Wie 2 zeigt, ist die reduzierte Pumpeneingangsleistung 4 gegenüber der Pumpenleistung 3 bei Maximaldrehzahl Ω_max der Verdrängerpumpe 10 deutlich an die physikalische Minimal-Eingangsleistung 2 angenähert. Das heißt mit anderen Worten, dass die Verdrängerpumpe 10 bei der reduzierten Drehzahl Ω deutlich effektiver arbeitet als bei der Maximaldrehzahl Ω_max. Eine entsprechend überdimensionierte Verdrängerpumpe 10, die bei verminderter Drehzahl Ω gemäß obiger Beziehung betrieben wird, arbeitet effektiver als eine herkömmliche Grobvakuumpumpe, wie zum Beispiel ein Seitenkanalverdichter.

Claims

Grobpumpverfahren für eine Verdrängerpumpe (10), zum Herstellen eines maximalen Differenzdrucks (ΔP_max) zwischen dem Eingang (18) und dem Ausgang (20) der Verdrängerpumpe (10), wobei die Drehzahl (Ω) der Verdrängerpumpe (10) derart an den herzustellenden maximalen Differenzdruck (ΔP_max) angepasst wird, dass sich die Leistungsaufnahme (3, 4) der Verdrängerpumpe (10) an die für die Gaskompression minimal benötigte Leistung (2) zur Herstellung des maximalen Differenzdrucks (ΔP_max) annähert.
Grobpumpverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (Ω) zum Erreichen des maximalen Differenzdrucks (ΔP_max) über die Beziehung
wobei V_S die Volumenstrom-Pumpkapazität der Verdrängerpumpe, C_I der Leckagen bedingte Volumen-Rückstrom innerhalb der Pumpe, P_out der ausgangsseitige Druck der Verdrängerpumpe, P_in,min der herzustellende minimale eingangsseitige Druck der Verdrängerpumpe mit ΔP_max = P_out – P_in,min und Ω_max die maximale Drehzahl der Verdrängerpumpe mit Ω < Ω_max sind, eingestellt wird.
Grobpumpverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (T) des Pumpenantriebs (12) mit steigendem Differenzdruck und mit steigender Pumpendrehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl (Ω_v/f) kontinuierlich reduziert wird, wobei 0 ≤ Ω_v/f ≤ 30 Hz.
Grobpumpverfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von ausgangsseitigem Druck (P_out) zu eingangsseitigem Druck (P_in) der Verdrängerpumpe bei maximal möglicher Drehzahl (Ω_max) der Verdrängerpumpe größer als 3 ist und insbesondere kleiner als 10 ist.
Grobpumpverfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des herzustellenden Differenzdrucks (ΔP_max) im Bereich von bis zu 1000 mbar liegt.
Grobpumpverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des herzustellenden Differenzdrucks (ΔP_max) im Bereich von bis zu 500 mbar und insbesondere in einem Bereich zwischen 200 und 400 mbar liegt.
Grobpumpverfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (Ω) durch Verwenden eines elektronischen Inverters bei einem Elektromotor als Pumpenantrieb reduziert wird.
Grobpumpverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Induktionsmotor, ein Reluktanzmotor oder ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
Grobpumpverfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Roots-Pumpe, eine Klauen-Schrauben-Pumpe oder eine Trocken-Drehschieber-Pumpe ist.
Grobpumpverfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Mehrstufenverdrängerpumpe mit mindestens zwei Pumpstufen ist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) zum Herstellen einer Grobdruckdifferenz (ΔP_max) zwischen dem Eingang (18) und dem Ausgang (20) einer Verdrängerpumpe (10), mit einem Pumpenantrieb (12) und mit einer Steuereinrichtung (14) zum Anpassen der Drehzahl (Ω) der Verdrängerpumpe an den herzustellenden maximalen Differenzdruck (ΔP_max), derart, dass sich die Leistungsaufnahme (3, 4) der Pumpe (10) an die für die Gaskompression minimal benötigte Leistung (2) zur Herstellung des maximalen Differenzdrucks (ΔP_max) annähert.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) einen Speicher für den herzustellenden Differenzdruck (ΔP_max) aufweist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher ein Programm zum Bestimmen der reduzierten Drehzahl (Ω) über die Beziehung
wobei V_S die Volumenstrom-Pumpkapazität der Verdrängerpumpe, C_I der Leckagen bedingte Volumen-Rückstrom innerhalb der Pumpe, P_out der ausgangsseitige Druck der Verdrängerpumpe, P_in,min der herzustellende minimale eingangsseitige Druck der Verdrängerpumpe mit ΔP_max = P_out – P_in,min und Ω_max die maximale Drehzahl der Verdrängerpumpe mit Ω < Ω_max sind, aufweist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) eine Drehmomentreduziereinrichtung zum kontinuierlichen Reduzieren des Drehmoments (T) des Pumpenantriebs (12) bei steigendem Differenzdruck (ΔP) und bei steigender Pumpendrehzahl oberhalb einer Grenzdrehzahl (Ω_v/f) ist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe (10) bei ihrer maximalen Drehzahl (Ω_max) ein Verhältnis von ausgangsseitigem Druck (P_out) zu eingangsseitigem Druck (P_in) von mindestens 3 und insbesondere von maximal 10 aufweist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der herzustellenden Grobdruckdifferenz (ΔP_max) im Bereich von bis zu 1000 mbar liegt.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der herzustellenden Grobdruckdifferenz (ΔP_max) im Bereich von bis zu 500 mbar und insbesondere in einem Bereich zwischen 200 und 400 mbar liegt.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–17, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenantrieb (12) ein Elektromotor und die Drehzahlreduziereinrichtung (14) ein elektronischer Inverter sind.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Induktionsmotor, ein Reluktanzmotor oder ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Roots-Pumpe, eine Klauen-Schrauben-Pumpe oder eine Trocken-Drehschieber-Pumpe ist.
Verdrängerpumpenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 11–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe eine Mehrstufenverdrängerpumpe mit mindestens zwei Pumpstufen is.