技术贡献从大气压力到真空
无论是在食品业还是制药行业，化学或者工艺工程，金属加工业抑或汽车行业： 在众多工业领域，不同制造流程中需要的气体环境压力远低于大气压力。 -700 mbar（相当于 300 mbar 绝对压力）的压力 被视为负压。 真空范围从 300 mbar 以下开始，细分为粗略真空、精细真空、高真空和超高真空（如图表所示）。
在工厂中，如果使用泵组就能够以经济节约的方式实现粗略真空、精细真空和高真空。 这些真空泵组至少为双级运行。 前级泵和正排量鼓风机一同工作。 Aerzener Maschinenfabrik GmbH 自 1868 年开始制造正排量鼓风机，1940 年起开始生产用于形成真空的特种正排量鼓风机。 因此，AERZEN 不仅仅是这一技术的先行者。 如今，公司已然成为全球领先的制造商，生产各式各样的负压鼓风机和真空泵。 AERZEN 所取得的成就，离不开其高超的技术水平、高精度的生产制造、夜以继日的研发、经验丰富的工作人员以及与客户之间持续而深入的对话。 AERZEN 提供的 Delta Blower G5 系列正排量鼓风机， 所产生的负压可达 500 mbar 绝对压力。 近期开发的 Delta Hybrid 系列旋叶压缩机甚至能够产生高达 300 mbar 绝对压力的负压。 两者均只需一级便可实现。
前级泵与真空正排量鼓风机的互动
但是，300 mbar 绝对压力以下的负压只能在泵组中以双级方式实现，同时还要辅以前级泵与真空正排量鼓风机。 由此便稳妥地实现了运营方所需的体积流量（工作点）。 在第一级中，前级泵将储罐或腔室中的可用介质的压力降低至预真空状态，例如 200 mbar 绝对压力。 然后，在第二级中，真空正排量鼓风机启动并持续与前级泵共同运行，从而达到所需的最终真空度或体积流量。 真空设备未来的运营方（例如中国某家钢铁厂）将所需设备的全部关键参数告知泵组制造商（例如德国某家设备制造商）：
- 待排空腔室或储罐的大小，
- 所需的最大真空度（即工作点）或体积流量，以及
- 最长泵送时间。
泵组制造商随即与 AERZEN 一同选择合适的前级泵和真空泵。
深入合作
根据应用领域，尽可能为中性气体使用前级泵系统、水环式真空泵、滑油滑片泵或可控爪型泵。 对于尤其需要高质量的化工行业应用，排空工艺气体时可能需要使用到昂贵的螺杆真空泵。 作为具备多年经验的专业企业，AERZEN 拥有大量针对所有前级泵系统的性能文档，可在泵组制造商挑选最优前级泵系统时给予中肯的建议，并与泵组制造商一同选择最理想的 AERZEN 真空正排量鼓风机。 为了满足泵组运营方所需的参数，前级泵与 AERZEN 真空泵的能效和隔热应达到与彼此相匹配的最优状态。
图 1 以理论计算的形式示出了前级泵（橘色线条）和 AERZEN GMa 系列真空泵（绿色线条）双级解决方案之间的互动情况。 但是，为了缩短泵送时间，多级解决方案也可能使用一台前级泵和多台连续工作的真空泵。 X 轴显示前级泵和真空泵的压力范围，Y 轴则为体积流量。 在此例中，前级泵首先单独启动。 当达到 200 mbar 绝对压力的真空时，AERZEN 真空泵启动。 在达到 1 mbar 工作点之前，绿色曲线快速上升。 在工作点位置，这一组合能够获得的容积流量约为 1,750 m³/h。 可以通过在设计程序中修改参数来纠正本次理论计算中最先出现的两个温度临界压力范围，这样，此例所选前级泵与 AERZEN 真空泵组合便能确保达到规定工作点（1 mbar），从而让该组合成功运行。
泵组制造商与 AERZEN 基于这一程序，通过观察热限值并合理地选用前级泵与真空泵的最佳组合来满足运营方规定的泵组参数。 AERZEN 提供......
300 至 10 mbar 真空范围
- mHV 系列带预进气冷却装置的真空泵，
200 至 10-3 mbar (0.001 mbar) 真空范围
- HV 系列真空泵，
200 至 10-5 mbar (0.00001 mbar) 真空范围
- 带密闭式电机驱动装置的 CM 与 HM 系列真空鼓风机（即密闭式电机鼓风机）。
通过前级泵与真空泵的最优组合搭配，确保获得高性价比的泵组并实现低本高效的长久平稳运行。。
带预进气冷却装置的真空泵（真空范围 300 至 10 mbar）
AERZEN 提供 mHV 系列带预进气冷却装置的真空泵（预进气鼓风机），共有 11 种规格供选择，可获得从 250 至 61,000 m³/h 的理论标称进气量。 其最大允许压力差取决于相应的热负载。 预进气鼓风机主要作为前级泵或负压机头用于粗略真空和负压范围，以便在单级中产生高压力差，并于高达 p2/p1 = 5 的粗略真空范围内获得高压缩比。 使用 mHV 系列预进气鼓风机来实现持续运行最佳，可避免过热问题。 为此，大气空气或已经再次冷却的气体经由第三个进气通道被送入整机排气端，无需其他阀门或调节器。 如果使用已冷却的气体，会先在前级泵和预进气鼓风机之间安装的气体/空气冷却器或气体/水冷却器中进行重新冷却。 预进气鼓风机的壳体法兰配有 O 形密封圈，安装的溅油润滑装置用于向带预进气冷却装置的真空泵供应润滑油。 如果使用窄 V 型皮带驱动致使压力差受限，则可通过直联电机或正齿轮来驱动鼓风机。 输送室由组合防溅环-活塞环迷宫密封件密封，驱动轴则采用带有油栏的双径向密封环密封。
适用于 200 至 10-3 mbar 精细真空范围的真空泵
适用于 200 至 10-3 mbar 真空范围的 HV 系列风冷式鼓风机共有 12 种规格供选择，可获得 180 至 97,000 m³/h（速度从 3,000 到 3,600 rpm）的理论标称进气量。 GMa 结构形式适用于纵向流动方向，而 GLa 结构形式则适用于水平流动方向，均能实现非常紧凑的设计。 这两种结构的产品均可用于喷涂工艺、化学与工艺工程、冶金与包装工业、中央真空装置、氦气压缩和氦气泄漏检测系统以及灯具、管具、太阳能设备的制造和汽车行业等等。 在特殊应用中，可以为风冷式溅油润滑鼓风机提供专用密封件，以及为铸件和旋转式活塞选用特殊材料。
由于标准驱动装置配有 IE 3 结构形式的电机，所有这类鼓风机能够以最高能效运行并适用于众多市场，如美国、加拿大和俄罗斯。 此外，它们还适合于使用变频器操作。 电机通过法兰直接连接到鼓风机上。 一个专用防溅环-活塞环迷宫密封件可避免油从轴承室渗入输送室。 另外还安装有一个带冷凝水通道的大尺寸中和室。 为了提升吹扫效果，可选用密封气体清扫中和室。 HV 系列真空泵的一大特色在于，制造时可以选择是否要满足 ATEX 94/9/EG 指令要求。 达到该指令要求的产品能够承受高达 13 bar 的爆炸压力峰值，无需分流调节即可运行，并且是唯一经认证可用于 0 区（内部）和 T4 温度等级（外部）的真空泵。 为了提高工艺安全性，可以关闭 50 mbar 以下的监测选项。
适用于 200 至 10-5 mbar 高真空范围的密闭式电机鼓风机
AERZEN CM 系列（腐蚀性气体）和 HM 系列（中性气体）密闭式电机鼓风机适合持续运行，具有极短的泵送时间，可应用于 200 至 10-5 mbar 真空范围的工业高真空技术领域。 此类鼓风机可采用一个气密装置驱动，因为驱动轴由一体化密闭式电机密封，与大气之间没有连接通道。 由于此类鼓风机的转速高达 6,000 至 7,200 rpm，几乎是同规格产品转速的两倍，因此能够在第二阶段实现极短的泵送周期，大大加快了运营方生产进度。 为了进一步提升性能，甚至可将两台前级泵和一台密闭式电机鼓风机集成到一个泵组中，整个单元仍保持独具特色的超紧凑设计机构 — 这是配有大量泵组的多系统的一项特殊优势。 AERZEN 可提供以下密闭式电机鼓风机
适用于腐蚀性气体的 CM 结构形式
- 14 种规格供选择，可获得 110 至 15,340 m³/h 的理论标称进气量。
适用于中性气体的 HM 结构形式
- 9 种规格供选择，可获得 406 至 15,570 m³/h 的理论标称进气量。
这些系统可用于产生工业真空，适合于化学和工艺工程、箔纸和玻璃镀膜、提氢、氦气泄漏检测系统等领域以及任何必须完全杜绝泄漏的应用场合。 另外，此类鼓风机还能用于半导体行业、微电子技术、平面屏幕制造、激光技术和太阳能技术。 交付的产品可以选择流向 — 纵向和横向。 由于采用标准水冷，鼓风机也适用于洁净室环境。 极佳的机械强度（高达 230 mbar）可缩短泵送时间。 变频器的使用实现了大控制范围 (1:5)，因此可以选择较小尺寸的鼓风机。 得益于不同型号电机的联网、周期运行和持续运行，AERZEN 始终能够提供个性化的解决方案，特殊应用亦是如此。
概述
要想通过对泵组进行最优设计来形成真空，没有“现成”的解决方案，因为前级泵和真空正排量鼓风机的性能参数必须达到与彼此理想匹配的状态。 唯有通过这种方式，泵组才能满足运营方要求和工作点规定的参数。 因此，只有根据真空泵供应商 AERZEN 和泵组制造商共同给出的深入建议，才能实现最优解决方案。泵组制造商从外部供应商手中购买前级泵和真空泵。 AERZEN 借助大量软件来检验由前级泵和 AERZEN 真空泵（由泵组制造商规划或规定）构成的泵组合。 “我们尤其注意避免温度临界压力范围，并在能效层面上提供最佳分级率。 对于 AERZEN 产品，我们不仅就工艺真空应用也会就整个泵组组合的设计向泵组制造商提出意见和建议。”
作者： Norbert Barlmeyer，压缩空气专业记者，德国比勒费尔德