Funktionsweise von Dampfstrahl-Vakuumpumpen

Dampfstrahlpumpen nutzen Dampf oder Gas anstelle von beweglichen Teilen zur Komprimierung von Gasen. In einer Dampfstrahlpumpe dehnt sich ein unter hohem Druck stehendes Gas wie Dampf oder Luft durch eine Düse aus. Der Dampf oder die Luft wandelt den Druck oder die potenzielle Energie in Geschwindigkeit oder kinetische Energie um. Der Dampfstrom reißt mit hoher Geschwindigkeit das zu evakuierende oder zu pumpende Gas durch die Saugwirkung der Dampfstrahlpumpe mit. Daraus ergibt sich ein Gasgemisch, das in den Diffusor eintritt. Hier wird die kinetische Geschwindigkeitsenergie am Auslass der Dampfstrahlpumpe in Druck umgewandelt.

Strahlpumpen, die Luft als Treibgas nutzen, werden oft als Gasstrahl-Vakuumpumpen bezeichnet. Insbesondere für kleine Strahlpumpen wird Luft verwendet, wenn kein Dampf verfügbar ist. In Kombination mit einer NASH-Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe kann Raumluft oder der Pumpenauslass als Treibgasquelle eingesetzt und das erreichbare Vakuumniveau der Pumpe erhöht werden. Ein häufiger Einsatzzweck ist die Entgasung, wenn das Vakuumsystem den Dampfdruck von zu entgasendem Wasser verringern muss. Die Gasstrahlnutzung dieser Art ist insofern praktisch, weil keine Dampf- oder Druckluftquelle benötigt wird, lediglich die Vakuumpumpe.

Dampfstrahlpumpen können auch mit Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen zu einem Hybridsystem kombiniert werden. Die Vorteile sind das tiefere Vakuumniveau der Dampfstrahlpumpen bei einem geringeren Energieverbrauch. Nash ist weltweit für die Realisierung der effizientesten Dampf- sowie Gasstrahl-Vakuumpumpen und -systeme bekannt. Unser Team von Anwendungstechnikern kann ein Hybridsystem genau nach den Prozess-, Anwendungs- und technologischen Anforderungen optimieren, um maximale Effizienz- und Leistungsvorteile zu liefern. Die Dampf- und Gasstrahl-Vakuumpumpen von NASH minimieren die Emission von Treibhausgasen sowie Betriebskosten und verbessern gleichzeitig die Systemstabilität.

Technology of Steam Ejectors

Betriebsprofil von Dampfstrahlpumpen 

Dampfstrahlpumpen befördern Dampf durch eine Ausdehnungsdüse. Die Düse kontrolliert die Ausdehnung von Dampf und wandelt den Druck in Geschwindigkeit um, d. h. es wird ein Vakuum zum Gastransfer geschaffen. Eine Dampfstrahlpumpe funktioniert auf Massebasis, nicht nach dem Verdrängerprinzip. Deshalb eignen sich Dampfstrahlpumpen besser für die Handhabung von Gasen mit geringem Molekulargewicht und beim Betrieb mit niedrigen absoluten Drücken. Diese Systeme sind ideal für Anwendungen mit hohem Vakuumniveau, als Kompressoren aber nur begrenzt nützlich. 

Ein Treibgasstrom tritt mit Ultraschallgeschwindigkeit in den Einlassstrom ein und steigert beim Vermischen der beiden Ströme dessen Geschwindigkeit auf Schallgeschwindigkeit. Es bildet sich eine stationäre Schallschockwelle in der Engstelle des Diffusors und der absolute Druck steigt an diesem Punkt stark an. Der Druck steigt über den Auslasskegel mit dem langsameren Durchfluss weiter an. Als häufigstes Treibgas wird Dampf bei 6 bar abs. bis 28 bar abs. eingesetzt. Andere Fluide können in Fällen genutzt werden, in denen Dampf aus guten Gründen nicht mit dem Produkt gemischt werden soll. 

Dampfstrahlpumpen, die Dampf als Treibgas nutzen, werden mit Abstand am häufigsten als Strahlpumpen genutzt. Eine einzige Dampfstrahlpumpe kann bis zu 0,9 bar Vakuum (oder ca. 76 mm HgA) erzeugen. Um ein tieferes Vakuum zu erreichen, lassen sich mehrere Dampfstrahlpumpen in Reihe schalten. Dampfstrahlpumpen werden vorzugsweise dafür eingesetzt, weil das Treibgas – Dampf – zwischen manchen der Stufen kondensiert werden kann, um die Last (und den Dampf) der nachfolgenden Stufe zu minimieren In manchen Branchen dienen Dampfstrahlpumpen dazu, den Druck eines Behälters bis zum Gefrierpunkt von Wasser zu verringern. Sie lassen sich mehrstufig so anordnen, dass ein Ansaugdruck von weniger als 0,1 mm Hg abs. erreicht wird.

Operating Profile of Steam Ejectors

Verbesserte Effizienz des Dampfstrahlsystems

  • Kombination der Vorteile von Dampfstrahlpumpen mit den Vorteilen von Vakuumpumpen
  • Die letzte Strahlstufe und der Nachkondensator werden entfernt und durch eine hocheffiziente Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ersetzt
  • Der Druck des Zwischenstufen-Kondensators wird optimiert und die Kühlwasserlast in der Regel verringert
  • Mithilfe einer Düse könnte eine Zwischenstufen-Dampfstrahlpumpe den Zwischenstufendruck optimieren und den Dampffluss minimieren.

Einbau von Dampfstrahlpumpen

  • Die Dampfstrahlpumpen lassen sich in einer beliebigen Richtung montieren, beim korrekten Ablassen des Systems ist Vorsicht geboten.
  • Die Ablassrohre von barometrischen Kondensatoren/Rohrbündelkondensatoren müssen hoch genug montiert werden, damit das Wasser durch die Gewichtskraft ablaufen kann und der Kondensator nicht geflutet wird
  • Dampfstrahlpumpen können in Heißwasserbehälter ausströmen
  • Sollten sich Kondensatoren nicht in der korrekten Höhe montieren lassen, muss eine NASH-Pumpe mit geringer Leistung verwendet werden

Vorteile von Dampfstrahlpumpen

  • Keine beweglichen Teile 
  • Einfache Bauweise 
  • Leicht zu warten 
  • In zahlreichen Materialien verfügbar 
  • Geringe Investition, hoher Nutzen

Ideale Lösung für anspruchsvolle Anwendungen

Dampfstrahlpumpen und Hybridsysteme aus Dampfstrahl-/Vakuumpumpen sind ideale Lösungen für die anspruchsvollsten Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie, Stromerzeugung sowie Lebensmittel- und Getränkebranche.

  • Reaktorvakuum (chemische Industrie) –Durch das Vakuum kann die Reaktionstemperatur in der Anlage verringert und Energie gespart werden. Es dient auch dazu, Polymerisation, unerwünschte Reaktionen und thermischen Abbau zu vermeiden.
  • Trocknung von Feststoffen in Batch- oder kontinuierlichen Prozessen (chemische/Lebensmittel- und Getränkeindustrie) – Durch den Einsatz von Vakuum können die Feststoffe bei einer niedrigeren Temperatur getrocknet werden. Das kann bei der Verarbeitung wärmeempfindlicher Materialien vorteilhaft sein, um die Trocknungsrate zu verbessern und eine sehr geringe finale Konzentration der Feuchtigkeit zu erhalten.
Applications for Steam Ejectors
  • Vakuumdestillation (chemische/Öl- und Gasindustrie) – Durch das Anlegen von Vakuum an ein Produkt und dessen Kondensation wird die Trennung von zwei oder mehr flüchtigen Komponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten ermöglicht.
  • Verdampfervakuum (chemische/Lebensmittel- und Getränkeindustrie) – Konzentrieren von flüssigen Materialien durch Verdampfung von Lösungsmittel (Wasser). Einen Großteil der Arbeit erledigt ein Kondensator. Der Einsatz von Vakuum kann die Energiekosten verringern und die Beschädigung wärmeempfindlicher Produkte verhindern. 
  • Zuckervakuumpfannen (Lebensmittel- und Getränkeindustrie) – Nachdem der Zuckersaft durch Verdampfung konzentriert wurde (siehe Verdampfervakuum) dient das Vakuum zur Umwandlung des Sirups in einen Zustand, in dem die Kristallisation beginnt.
  • Bleichen und Desodorieren (Lebensmittel- und Getränkeindustrie) – Der Einsatz von Vakuum zum Entfernen von Farbstoffen und Verunreinigungen aus Speiseöl.
  • Kondensatorabsaugung (Stromversorgungsindustrie) – Zur optimalen Dampfausdehnung durch die Turbine hindurch muss im Turbinenkondensator gleichbleibend optimaler Vakuumdruck vorherrschen. Zur Beibehaltung dieses Vakuums muss die durch Leckagen in den Kondensator eindringende Luft entfernt werden.