Wie das Verdichtungsverhältnis von Roots-Pumpen festgelegt wird: Die Vorpumpe ist nicht beliebig zu wählen

Eine Roots-Pumpe erzeugt selbst keine Verdichtung; sie fördert Gas von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite, und wie viel sie fördern kann, hängt davon ab, wie viel die Vorpumpe abführen kann. Bei der Auslegung eines Roots-Aggregats entfällt daher die Hälfte des Aufwands auf die Abstimmung der Vorpumpe.

I. Zwei Verhältnisse sind zuerst zu unterscheiden

Saugvermögensverhältnis = Saugvermögen der Roots-Pumpe ÷ Saugvermögen der Vorpumpe. Dies lässt sich bei der Auslegung direkt berechnen.
Verdichtungsverhältnis = Druck auf der Auslassseite ÷ Druck auf der Einlassseite. Dies wird im Betrieb gemessen.

Unter stabilen Betriebsbedingungen liegen beide nahe beieinander, doch das Verdichtungsverhältnis wird zusätzlich von Gastemperatur, Leckage und Druckdifferenz beeinflusst. Für die Vorauswahl dient das Saugvermögensverhältnis, zur Prüfung das gemessene Verdichtungsverhältnis.

II. Grunddaten der LC-Serie

Modell	Saugvermögen 50/60Hz	Leistung	Gaseinlass	Gasauslass	Gewicht
LC250	250 / 300 m³/h	2.2 kW	ISO63	ISO40	61 kg
LC500	500 / 600 m³/h	2.2 kW	ISO100	ISO63	69 kg
LC1200	1200 / 1440 m³/h	4.0 kW	ISO160	ISO100	149 kg
LC2600	2600 / 3120 m³/h	7.5 kW	ISO160	ISO100	308 kg
LC4200	4200 / 5040 m³/h	11 kW	ISO250	ISO100	400 kg

Beachten Sie, dass die Motorleistung der LC-Serie nicht linear mit dem Saugvermögen steigt: Von LC1200 bis LC2600 steigt das Saugvermögen auf mehr als das Doppelte, die Leistung aber von 4.0 kW auf 7.5 kW. Der Grund ist, dass die Leistungsaufnahme einer Roots-Pumpe überwiegend von der Druckdifferenz und nicht vom Saugvermögen bestimmt wird.

III. Wie die Abstimmung festgelegt wird

Üblich ist ein Saugvermögensverhältnis von 2~4:

2~3: für die meisten kontinuierlichen Prozesse, bei denen die Druckdifferenz moderat und der Temperaturanstieg beherrschbar ist.
3~4: wenn der Prozess ein höheres Saugvermögen verlangt und die Vorpumpe durch Platz oder Kosten eingeschränkt ist; Druckdifferenz und Temperaturanstieg sind zu beachten.
über 4: Die Druckdifferenz ist zu groß; nach Wärmeausdehnung des Rotors kann es zu einer Kollision mit dem Pumpengehäuse kommen, es sei denn, der Prozess ist kurzzeitiges Evakuieren oder intermittierender Betrieb.

Zwei konkrete Abstimmungen:

Roots-Pumpe	Saugvermögensverhältnis	Vorpumpe	Erläuterung
LC1200（1200 m³/h）	1.9	V0630B（630 m³/h）	Druckdifferenz klein, für Dauerbetrieb geeignet
LC2600（2600 m³/h）	4.1	V0630B（630 m³/h）	nahe der Obergrenze, nur für intermittierendes Evakuieren empfohlen

IV. Woher die Obergrenze des Verdichtungsverhältnisses kommt

Die Passung zwischen Rotor und Pumpengehäuse einer Roots-Pumpe ist berührungsfrei; die Abdichtung erfolgt über den Spalt. Je größer das Verdichtungsverhältnis, desto höher ist der Anteil der Rückströmung durch den Spalt, und desto schneller sinkt das effektive Saugvermögen. Gleichzeitig lässt die durch die Druckdifferenz entstehende Kompressionswärme des Gases die Rotortemperatur steigen und den Spalt kleiner werden.

Die vom Hersteller angegebene zulässige Druckdifferenz ist eine harte Vorgabe. Bei der Auslegung ist die im Prozess maximal mögliche Druckdifferenz zu ermitteln und mit 30% Reserve zu versehen; nicht bis an die Obergrenze auslegen.

V. Evakuierungszeit nach Aggregat berechnen

Nach dem Start eines Roots-Aggregats senkt die Vorpumpe den Druck zunächst auf den Bereich ab, in dem die Roots-Pumpe zugeschaltet werden kann (üblicherweise 10~30 mbar), danach wird die Roots-Pumpe gestartet. Die Evakuierungszeit wird in zwei Abschnitten berechnet:

Abschnitt, in dem die Vorpumpe allein arbeitet: t₁ = (V / S_Vorpumpe) × ln(p₀ / p_Umschaltpunkt)
Abschnitt, in dem das Aggregat arbeitet: t₂ = (V / S_Roots) × ln(p_Umschaltpunkt / p_Ziel)

1000 L Kammer von Atmosphärendruck auf 0.5 mbar, Vorpumpe 630 m³/h, Umschaltpunkt 20 mbar, Roots-Pumpe 2600 m³/h:

t₁ = (1 / 0.175) × ln(1013 / 20) ≈ 5.7 × 3.92 ≈ 22 s
t₂ = (1 / 0.722) × ln(20 / 0.5) ≈ 1.38 × 3.69 ≈ 5.1 s

Zusammen etwa 27 s; in der Praxis kommen noch Druckverluste in den Leitungen und Schaltzeiten der Ventile hinzu, für die Produktionsplanung mit 35~40 s ansetzen.

VI. Erforderliche Angaben von Ihnen

Kammervolumen, Zieldruck und zulässige Evakuierungszeit, prozessbedingte Gasfreisetzung, ob das Gas staubhaltig oder korrosiv ist, bauseitige Stromversorgung und Aufstellmaße. Mit diesen Angaben lassen sich Roots-Pumpe und Vorpumpe gemeinsam festlegen, ohne zuerst eine große Pumpe zu kaufen und danach eine kleinere zuzuordnen.