Das Funktionsprinzip der Turbopumpe

Jan 14, 2021

Das Arbeitsprinzip einer Turbopumpe besteht darin, Gasmoleküle durch Kollision mit einer sich bewegenden festen Oberfläche in eine bestimmte Richtung zu bewegen. Der schnell rotierende Lüfterrotor trifft auf die Gasmoleküle und bläst sie vom Einlass der Pumpe zum Auslass, wodurch ein Vakuumzustand gebildet und aufrechterhalten wird. Im Folgenden soll das Funktionsprinzip der Turbopumpe verstanden werden.

Die meisten Turbopumpen verwenden mehrstufige Pumpen. Jede Stufe hat schnell rotierende Rotor- und Statorschaufeln. Die Pumpe arbeitet wie ein Kompressor, der dem Gas Energie gibt, anstatt es auszustoßen.

Wenn Gasmoleküle in den Einlass der Pumpe eintreten, werden sie von den Laufschaufeln getroffen und die mechanische Energie der Schaufeln wird auf die Gasmoleküle übertragen und geben ihnen dadurch kinetische Energie.

Gasmoleküle nutzen diese kinetische Energie, um in die Gasübertragungslöcher am Stator einzutreten. Die Gasmoleküle kollidieren erneut mit der Rotoroberfläche und bewegen sich dann nach außen zum Auslass.

Beim Einbau der Turbopumpen-Rotorwelle durch zwei Kugellager müssen aufgrund des Schmieröls in den Lagern beide Lager auf der Vakuumseite der Vorstufe platziert werden. Der Rotor hat eine große Masse und kann einseitig abgestützt werden.

Aus Sicht der Rotordynamik ist der Einsatz einer Hybridlagerung vorteilhafter. Hybridlager erfordern den Einsatz eines Doppellagerkonzepts.

Am Wellenende auf der vorderen Unterdruckseite ein ölgeschmiertes Kugellager einbauen. Am anderen Ende der Vakuumseite ist zur radialen Zentrierung des Rotors ein wartungs- und verschleißfreies Permanentmagnetlager eingebaut.

Der bürstenlose Gleichstrommotor, der eine Rotationsfrequenz von bis zu 1500 Hz unterstützen kann, ist ideal zum Antrieb des Rotors. Diese Frequenz ermöglicht es den Schaufeln, die zum Pumpen des Gases erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen.

Der Treiber wird direkt an die Pumpe angeschlossen und sollte 24V, 48V oder 72V Gleichstrom verwenden. Es kann entweder ein externes Netzteil oder ein in die Elektronik der Pumpe integriertes Netzteil verwendet werden.

Die Turbopumpe kann innerhalb von 10 hPa ein sauberes Vakuum erzeugen. Durch sein hohes Verdichtungsverhältnis verhindert er das Eindringen von Öl in den Einlassbereich.

Eine Edelstahlabdeckung kann verwendet werden, um diese Pumpen besser für R&D-Anwendungen geeignet zu machen. Turbopumpen können auch zum Vakuumieren großer Behälter und Drehschieberpumpen als Backup-Pumpen verwendet werden.

Wenn es sich um eine Turboschlepppumpe handelt, muss als Backup-Pumpe eine zweistufige Membranpumpe verwendet werden. Aufgrund des geringen Saugvermögens dauert es jedoch lange, einen großen Behälter zu entleeren.