Kryopumpen

Die Stirling CryoPump hat eine optimierte Laufrad- und Spiralgeometrie, um einen unterkühlten LN2-Strom in geschlossenen Kühlkreisläufen zu fördern.

Ähnlich wie der Stirling CryoFan wird die Stirling CryoPump zum Umwälzen eines verflüssigten Gases verwendet, um Kühlleistung von einer Kältequelle in und durch eine Anwendung zu transportieren. Beispiele sind supraleitende Kabel und thermische Abschirmungen in Vakuumkammern oder anderen (großen) Geräten. Die erforderliche Kühlleistung wird in der Regel von einem kryogenen System mit einer Kältemaschine oder einem kryogenen Speicherbehälter bereitgestellt. In beiden Fällen steht nur ein begrenztes Budget für die Kälteleistung zur Verfügung, so dass der Wirkungsgrad der Pumpe von entscheidender Bedeutung ist. Der Wirkungsgrad der Flüssiggaspumpen von Stirling Cryogenics reicht von 30 bis über 50 %, je nach Auslegung des geschlossenen Kreislaufsystems. Wichtige Faktoren sind der benötigte Durchfluss und der Druckabfall im System. Durch die Berücksichtigung dieser Faktoren bei der Systemauslegung kann das Gesamtsystem optimiert werden.

Bauweise der Flüssiggaspumpen

Die Flüssiggaspumpen basieren auf dem generischen Designkonzept der erfolgreichen CryoFans von Stirling Cryogenics. Wie bei allen Kreiselpumpen sind die Hauptkomponenten Laufrad und Spirale. Ihre Form bestimmt die Funktionalität und den Wirkungsgrad der Pumpe. Das Laufrad wird von einem luftgekühlten Elektromotor mit hoher Drehzahl angetrieben, um die Strömung zu erzeugen. Alle Komponenten sind in einem einzigen Gehäuse integriert, wobei der Motor im Druckgasraum installiert ist. Diese Lösung benötigt keine Drehdurchführung, so dass keine Leckage möglich ist.

Cryopump optimierte Impeller- und Laufradgeometrie zur Förderung von unterkühltem flüssigem Stickstoff in geschlossenen Kühlsystemen, wobei das kalte Laufrad auf einer langen, dünnen Welle aus rostfreiem Stahl montiert ist, um eine thermische Barriere zwischen dem Motor bei Umgebungstemperatur und dem kalten Laufrad zu schaffen. Diese freitragende Konstruktion mit einer hochpräzise ausgewuchteten Welle und einem Laufrad wird verwendet, um die Notwendigkeit eines kalten Lagers zu vermeiden. Diese Anordnung gewährleistet eine mittlere Wartungszeit von über 20.000 Stunden.

Das Konstruktionskonzept der Stirling Cryogenics Flüssigkeitspumpen ist so ausgelegt, dass sie auch als Gasumwälzpumpen eingesetzt werden können. Beim Einsatz als Gasumwälzer wird der Motor auf eine höhere Drehzahl eingestellt, um einen ausreichenden Gasdurchsatz zu erreichen. Diese Eigenschaft ist während der Abkühlphase eines Systems von Interesse. Anstatt kalte Flüssigkeit in die Anwendung zu pumpen, was zu einem Temperaturschock führen würde, wird kaltes Gas umgewälzt, um die Anwendung allmählich abzukühlen, wodurch eine zu schnelle Abkühlung vermieden wird, die die Anwendung stören könnte.

Sobald eine ausreichend niedrige Temperatur erreicht ist, kann das System auf Flüssigkeitsbetrieb umgeschaltet werden und die Pumpe wird für den Flüssigkeitsbetrieb auf eine langsamere Drehzahl eingestellt. Der Motor der Pumpe wird von einem VFD angetrieben, so dass die Pumpleistung je nach Bedarf geregelt werden kann.

Das Konzept der Flüssigkeitspumpe ist einfach in einen Systemkryostaten zu integrieren. Es wird lediglich eine zentrale Bohrung mit einem Flanschmuster benötigt. Dieses Muster kann in den Kryostatflansch oder in einen ISO-K oder CF Blindflansch gefräst werden. Anschließend wird das Druckgehäuse mit der Pumpenspirale in den Kryostat montiert und die Kreislaufleitungen angeschlossen. Der Motor mit Welle und Laufrad kann nun von außen montiert werden. Das bedeutet, dass die komplette Laufradeinheit ausgebaut werden kann, ohne das Vakuum der Anwendung zu unterbrechen.

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