Hvilke vakuumpumper opnår den højeste effektivitetsfaktor? Dette spørgsmål kan besvares med en direkte sammenligning, så længe testopstillingen er konstrueret efter rigtige forhold.

Vakuumpumper er vigtige komponenter i pakningen af fødevarer.
En nyligt udført undersøgelse viste at tørtløbende skruevakuumpumper er de bedste, dette resultat fremkom dog gennem en testopstilling som ikke var ideel og derved ikke virkelighedstro.
Nu har den uafhængige testorganisation TÜV Süd også lavet en sammenligning af de pågældende vakuumpumper. Dette indebar en realistisk simulering af en normal industriproces. Under disse betingelser faldt resultatet tydeligt ud til fordel for oliesmurte lamelvakuumpumper.

 Denne artikel sammenligner de to tests: For at gøre dette mest tydeligt henvises der i det efterfølgende til dem som Test 1 og Test 2.
For læsbarhedens skyld er den tørtløbende skruevakuumpumpe forkortet til SVP og den oliesmurte lamelvakuumpumpe til LVP. 

Test 1: Efterspørgselsbaseret styring vs. fuld-drift:
Denne test blev iværksat af en producenten af den tørtløbende skruevakuumpumpe (SVP). Virksomheden specialiserer sig hovedsageligt indenfor kompressorer, og den pågældende maskine er et afledt produkt af kompressorteknologien. Den blev sammenlignet med en oliesmurt lamelvakuumpumpe (LVP), R 5 RA 0630 C, fra Busch. Testopstillingen giver imidlertid ikke grundlag for en realistisk sammenligning, og det er der flere årsager til.

Testcyklussen simulerede forskellige vakuumunderstøttede processer.
Men produktionspauser, eks. natlige driftsstopperioder hvori LVP'en, ulig SVP'en, fortsatte med at køre, blev også medtaget. I testen var SVP'en i drift som en del af et system med frekvensomformere og et integreret reguleringssystem, som standsede vakuumpumpen i pauser. På den anden side var LVP'en tilsluttet som en isoleret maskine, som kørte kontinuerligt ved fuld kraft.

Test 1 sammenlignede med andre ord æbler med appelsiner.
Den konstant kørende vakuumpumpe brugte i sagens natur mere elektricitet end dens regulerede modstykke, som automatisk blev standset i pauserne. LVP'en burde derfor også været udstyret med lignende frekvensomformer samt reguleringssystem. Dette ville have genereret lignende startbetingelser. I beskrivelsen af denne test mangler der desværre præcise oplysninger om sådanne afgørende rammebetingelser.

I kraft af dens design har en LVP generelt det højeste strømforbrug i opstartsfasen mellem atmosfærisk tryk og ca. 300 mbar (fig. 1). Strømforbruget mindskes dog drastisk, efterhånden som indsugningstrykket reduceres. En SVP forbruger på den anden side omtrent den samme mængde strøm mellem atmosfærisk tryk og sluttrykket. Det betyder, at en LVP'en har brug for væsentligt mindre strøm i driftsområdet mellem sluttrykket og 100 mbar sammenlignet med en SVP.

Test 2: Lige betingelser:
Den anden sammenligningstest (fig. 2) blev for nylig udført af den uafhængige testorganisation TÜV Süd. Den er en af de førende institutioner inden for dette felt. Der blev anvendt de samme type vakuumpumper som i test 1, men denne gang blev der simuleret rigtig drift uden pauser eller natlige driftsstop. Test 2 simulerede en vakuumpakkemaskines arbejdscyklus. Det er en udbredt anvendelse af vakuumpumper i industrien. Som det ofte er tilfældet med sådanne anvendelser, blev begge vakuumpumper også understøttet af en identisk vakuumbooster. Derudover blev testopstillingen og proceduren kontrolleret af en kendt producent af vakuumpakkemaskiner, som bekræftede, at opstillingen var realistisk.

Som et eksempel på en anvendelse blev der valgt en pakkemaskine med en stor kammervolumen. Sådan en type, som anvendes til pakning af kød- eller osteprodukter. En sådan maskine med automatisk tilførsel af produktet håndterer typisk flere cyklusser i minuttet.

I testen simulerede maskinen med et 300 liter stort kammer og et 11,5 meter langt rørsystem mellem kammeret, vakuum boosteren og vakuumpumpen. Kammeret blev cyklisk evakueret til et vakuumniveau på 5 mbar.

Evakueringstiden afhang af vakuumpumpernes ydeevne. Tiden mellem evakueringscyklusserne blev indstillet til 14 sekunder – en typisk tidsperiode for pakkemaskiner af denne størrelse. Vakuumpumpernes påkrævede nedpumpningstid og deres energiforbrug blev registreret.

Utvetydige resultater
De forskellige testkørslers resultater var konsekvent entydige: Lamelvakuumpumpen (LVP) tømmes hurtigere (fig. 3) og bruger mindre energi end skruevakuumpumpen (SVP). Afhængigt af den indstillede hastighed for LVP'en medfører dette yderligere forkortede nedpumpningstider eller øgede energibesparelser. LVP er til sammenligning f.eks. 11 procent hurtigere i 40 hertz tilstand og sparer derved 42 procent i strømforbrug.

Foruden nedpumpningstiden og energiforbruget blev pumpehastigheden og energiforbruget også målt i testen som en funktion af indsugningstrykket (fig. 4). Det specifikke energiforbrug (SEC) ved forskellige vakuumniveauer blev beregnet ud fra disse målte værdier. Dette giver nøjagtige oplysninger om, hvor mange watt det kræver at udvinde en kubikmeter luft pr. time for at nå et specifikt vakuumniveau. Her er LVP'en også overlegen iforhold til SVP'en i alle vakuumniveauer. Energibesparelserne ligger mellem 13 og 73 procent. Ved et vakuumniveau på 10 mbar (typisk niveau) bruger LVP'en 38 procent mindre energi end SVP'en (fig. 4).

Et principspørgsmål
Resultaterne er overraskende utvetydige. LVP'en er en klassiker inden for vakuumpumpeteknologi. Den R 5 RA 0630 C fra Busch, der blev anvendt i forsøget er udviklet baseret på årtiers tekniske optimering af vakuumgenerering. I modsætning hertil er SVP'en en konverteret kompressor. Selvom både vakuumgenerering og kompression handler om gasudskilning, kræver de forskellige formål forskellige tekniske løsninger.

For kompressorer er kompressionsforholdet normalt 1:10, og for vakuumpumper ligger det på 1:100 til 1:1000, hvilket er meget højere. Rent teknisk betyder dette, at i en skruekompressor kan de to skruer samt ”huset” produceres med højere tolerance, derved er produktionen mere omkostningseffektiv, og kompressionsforholdet på 1:100 opnås på trods af et højt antal af indvendige lækager. Dette er dog kun, fordi det kompenseres af en meget højere rotation på ca. 7000 o/min ved fuld belastning. LVP'en er på den anden side en ren vakuumpumpe med præcisionsdele og minimale tolerancer, som reducerer indvendige lækager til et minimum, hvilket i sidste ende baner vej for et meget højere kompressionsforhold. Det giver derfor en konstant ydeevne, fra evakueringen starter til den slutter, med lavt energiforbrug.
Den kører således kun med en maksimal hastighed på 1000 o/min. Den lavere hastighed reducerer den mekaniske belastning og dermed behovet for vedligeholdelse. Det gør det også muligt at opnå en væsentligt længere levetid og lavere omkostninger for maskinens livscyklus.

SVP'en kræver til gengæld separat trykstyring ved hjælp af en indsugningsreguleringsventil for at undgå overbelastning af vakuumpumpen i området mellem 1000 og 300 millibar. Mellem atmosfærisk tryk og "grov" vakuum arbejder den med væsentligt reduceret ydeevne. Dette samt designet, der stammer fra kompressorkonstruktion, bidrager i stor grad til at forlænge nedpumpningstiden.

Det er lige præcis disse forskelle, som i sidste ende påvirker sammenligningstestens resultater.

Konklusion
Test 2 blev udført under realistiske betingelser. Æbler blev sammenlignet med æbler – dataene fra sammenligningen af vakuumgenerering blev indsamlet og sammenlignet. Den oliesmurte lamelvakuumpumpe (LVP), R 5 RA 0630 C, fra Busch klarede sig væsentligt bedre end skruevakuumpumpen (SVP), som oprindeligt blev designet som en kompressor, både hvad angår nedpumpningstiden og energiforbruget. 

Testresultaterne bekræfter overlegenheden af denne vakuumteknologi indenfor vakuumpakning.