Pompe per vuoto per laminatori: tipi e la finestra EVA

Un laminatore viene giudicato sulla resa, e la resa è decisa in gran parte da un componente che gli acquirenti raramente guardano durante una visita in fabbrica: il gruppo di pompe per vuoto. Sbagliarlo produce micro-bolle che nessuna ispezione a valle può eliminare.

Produzione di moduli fotovoltaici · Processo di laminazione · di Jerry, Ooitech

1. La finestra EVA che stabilisce tutto il resto

L'etilene vinil acetato non si limita a fondere e restare fermo. Passa attraverso due fasi distinte, e l'intervallo tra esse è il tempo in cui il sistema per vuoto deve lavorare.

Tutto ciò che segue è una conseguenza dell'intervallo tra queste due temperature. Se la camera è già calda quando il film fonde, l'intervallo fusione-reticolazione è breve. In un processo a camera singola la camera si trova tipicamente sopra i 140 °C, lasciando solo circa 60 a 90 secondi per raggiungere il vuoto richiesto. Se si perde questa finestra, l'aria rimane intrappolata nell'incapsulante, formando micro-bolle e difetti che si manifestano più tardi nel modulo finito.

Fig. 1: Un laminatore con il suo gruppo di pompe per vuoto installato a fianco sul pavimento della fabbrica. Le pompe sono un'installazione separata con le proprie tubazioni, recipiente di raccolta e accesso per la manutenzione, motivo per cui è facile trascurarle durante la pianificazione del layout e costoso spostarle in seguito.

2. Perché esistono i laminatori a doppia camera

Il design a doppia camera è essenzialmente un modo per guadagnare tempo. Mantenendo la prima camera nell'intervallo 100-120 °C, l'incapsulante fonde più lentamente e la reticolazione inizia più tardi, il che estende la finestra di degassaggio ben oltre ciò che consente una singola camera calda. Il modulo viene poi trasferito in una seconda camera più calda per completare la reticolazione.

Questa è la ragione di processo dietro una decisione che altrimenti sembra una scelta puramente meccanica. Spiega anche perché il sistema per vuoto non è un accessorio periferico: è la parte della macchina che deve funzionare entro la finestra creata dal design termico. Il contesto più ampio della fase di laminazione è trattato in la fase di laminazione del processo produttivo, e la macchina stessa nella nostra guida al laminatore per pannelli solari.

Fig. 2: Una camera di laminazione con il coperchio aperto. Il volume della camera, le condizioni della guarnizione e la velocità di pompaggio determinano insieme quanto rapidamente viene raggiunto il vuoto richiesto, e quindi se la finestra di degassaggio viene rispettata o mancata.

3. I tre tipi di pompa che troverai su un laminatore

Pompa a palette rotanti

La pompa a palette rotanti lubrificata a olio è il cavallo di battaglia dei sistemi per vuoto di laminazione. Una singola unità tipicamente pompa a 60-100 litri al secondo. All'interno del corpo della pompa un rotore è montato in modo eccentrico, portando palette che vengono spinte verso l'esterno da molle e forza centrifuga per rimanere contro l'alesaggio. Lo spazio a forma di mezzaluna tra rotore e alesaggio è diviso in diverse camere di volume variabile.

Ogni camera esegue un ciclo continuo in tre parti. Si apre all'ingresso mentre si espande, aspirando il gas. Poi si chiude e si restringe, comprimendo il gas intrappolato. Infine la pressione supera quella atmosferica e il gas solleva la valvola di scarico, passando attraverso lo strato d'olio e uscendo. Questa è una pompa volumetrica: sposta volumi fissi di gas anziché affidarsi a qualsiasi altro meccanismo.

L'olio fa più che lubrificare. Sigilla i giochi tra le palette e l'alesaggio in modo che il gas non possa rifluire, lubrifica le parti mobili e, poiché la valvola di scarico si trova sotto l'olio, impedisce all'atmosfera di rifluire nella camera quando la pompa si ferma. Tutte e tre le funzioni sono importanti in un sistema di laminazione, dove il riflusso contaminerebbe il modulo.

Pompa Roots

Una pompa Roots non viene quasi mai usata da sola. Su un laminatore funge da stadio booster, e una configurazione comune per la prima camera è due pompe a palette rotanti con una pompa Roots. Velocità di pompaggio superiori a 1.200 litri al secondo sono tipiche, motivo per cui viene utilizzata dove il volume deve essere spostato rapidamente.

Il meccanismo è costituito da due rotori a forma di otto, azionati da ingranaggi per ruotare in direzioni opposte in sincronia. I rotori non toccano mai l'uno l'altro né l'alesaggio; i giochi sono nell'ordine di 0,1-0,3 mm, quindi non è necessario olio per la tenuta o la lubrificazione all'interno della camera di pompaggio.

La conseguenza di questo design è la chiave per capire dove appartiene. Una pompa Roots non ha compressione interna: il gas viene catturato in uno spazio fisso e portato all'uscita senza essere compresso. Quando quello spazio si apre allo scarico, il gas a pressione più alta rifluisce, quindi la pompa non può da sola raggiungere un alto rapporto di compressione o scaricare in atmosfera. Ha bisogno di una pompa di supporto per portare il sistema a una pressione in cui lo stadio Roots lavora in modo efficiente. Questa è la vera ragione per cui una pompa Roots è abbinata a pompe a palette rotanti anziché sostituirle.

Fig. 3: Una pompa Roots con il suo motore di azionamento. Grande velocità di pompaggio, nessun contatto tra i rotori e nessuna capacità di lavorare da sola contro la pressione atmosferica. È un booster per concezione, non per convenzione.

Pompa a vite a secco

La pompa a vite a secco è un design a spostamento positivo completamente privo di olio e, nelle applicazioni di fascia alta, è il sostituto delle pompe a tenuta d'olio anziché un'aggiunta ad esse. Nulla nella camera di pompaggio utilizza olio o acqua come mezzo di tenuta o lubrificazione, e il risultato è un vuoto pulito senza trascinamento di olio nel processo.

All'interno, una coppia di rotori elicoidali paralleli con senso opposto è azionata da ingranaggi di sincronizzazione di precisione e ruota ad alta velocità in direzioni opposte. Come nel design Roots, i rotori non toccano tra loro né l'alloggiamento, quindi non è necessario lubrificante nel percorso del gas. Il gas viene intrappolato tra la vite e l'alloggiamento e trasportato verso l'uscita, e il volume diminuisce costantemente lungo il percorso, quindi il gas viene compresso prima dello scarico.

Molti design utilizzano un passo variabile lungo il rotore. Questo distribuisce la compressione in modo più uniforme e offre al gas maggiori opportunità di essere raffreddato durante il trasporto, il che mantiene sotto controllo la temperatura del corpo pompa. Su un laminatore, dove il flusso di gas trasporta volatili EVA a temperatura elevata, quella gestione termica fa parte dell'idoneità della pompa al servizio anziché essere un affinamento opzionale.

4. Confronto tra le tre

Letto come una decisione di acquisto anziché una classifica tecnica, il compromesso è semplice. Un set a palette rotanti costa meno ed è ben compreso, al prezzo di cambi olio, cambi filtri e gestione del riflusso. Un booster Roots non è opzionale su camere più grandi, perché le pompe a palette da sole non riescono a spostare il volume abbastanza velocemente all'interno della finestra. Una pompa a vite a secco elimina completamente l'olio dal percorso del gas ed è solitamente scelta dove il rischio di contaminazione o l'onere di manutenzione è il fattore decisivo.

5. Perché il gruppo pompe appartiene alla specifica del laminatore

Poiché la configurazione delle pompe è dimensionata in base al volume della camera e alla finestra di degassaggio, è una voce della specifica del laminatore, non un acquisto separato. Tre domande risolvono la maggior parte della questione.

• Qual è il volume della camera e la pressione target? Insieme alla lunghezza della finestra, questo determina la velocità di pompaggio richiesta e quindi se una singola pompa a palette è adeguata o se è necessario un booster Roots.
• Camera singola o doppia? Una macchina a doppia camera utilizza una prima camera più fredda, il che allunga la finestra e allenta il requisito di velocità istantanea, ma aggiunge una seconda camera da evacuare. Questo è trattato ulteriormente in come scegliere il laminatore giusto per il modulo solare.
• Qual è il piano di manutenzione? Intervalli di olio e filtri su un set a palette, rispetto al costo di capitale più elevato e al minor onere di materiali di consumo di una vite a secco. Su una vita di dieci anni i due totali sono più vicini di quanto suggeriscano i prezzi di acquisto.

Un sistema di vuoto sottodimensionato per la camera non fallisce immediatamente. Produce moduli che superano l'ispezione finale e falliscono in seguito, e la firma del difetto — micro-bolle e vuoti nell'incapsulante — è oggetto di non ogni bolla nel laminato è colpa dell'incapsulante. La selezione dell'incapsulante interagisce con la stessa finestra, come illustrato nella nostra guida ai film incapsulanti EVA, POE ed EPE.

FAQ

Perché un laminatore a doppia camera fa funzionare la prima camera più fredda?

Per allungare la finestra di degassaggio. L'EVA fonde intorno ai 70-80 °C e inizia a reticolare intorno ai 130 °C. Mantenere la prima camera a circa 100-120 °C rallenta entrambe le fasi, dando al sistema di vuoto più tempo per rimuovere l'aria intrappolata prima che l'incapsulante inizi a indurirsi.

Perché i laminatori abbinano una pompa Roots a pompe a palette rotanti?

Perché una pompa Roots non può scaricare in atmosfera da sola. I suoi rotori intrappolano il gas in un volume fisso senza comprimerlo, quindi il gas rifluisce all'uscita e non può raggiungere da sola un elevato rapporto di compressione. Fornisce un'elevata velocità di pompaggio per le sue dimensioni, e le pompe a palette rotanti forniscono la compressione che espelle il gas. Due pompe a palette più una pompa Roots è una configurazione comune per la prima camera.

Cosa fa l'olio in una pompa a palette rotanti?

Tre cose. Sigilla i giochi tra le palette e la camera della pompa in modo che il gas non possa rifluire, lubrifica le parti in movimento e, poiché la valvola di scarico è immersa nell'olio, impedisce all'atmosfera di rifluire nella camera quando la pompa non è in funzione.

Vale la pena il costo extra di una pompa a vite a secco?

Dipende da cosa si sta ottimizzando. Una pompa a vite a secco non ha olio o acqua nella camera di pompaggio, quindi il vuoto è pulito e non c'è trascinamento di olio verso il modulo, e l'onere di materiali di consumo è inferiore. Di contro, il costo di capitale è più elevato. Dove il rischio di contaminazione o l'organico di manutenzione è il vincolo, il calcolo di solito la favorisce; dove il capitale è limitato e il processo è ben controllato, un set a palette rimane valido.

Perché la temperatura dell'EVA è così importante per il sistema di vuoto?

Perché le due fasi termiche definiscono la scadenza. Il film rilascia efficacemente l'aria intrappolata solo una volta fuso, e smette di farlo liberamente una volta iniziata la reticolazione. Il sistema di vuoto deve raggiungere la pressione richiesta entro quell'intervallo, che in un processo a camera singola sopra i 140 °C può essere di appena 60-90 secondi.

Cosa succede se la camera non viene evacuata abbastanza velocemente?

L'aria rimane intrappolata nell'incapsulante durante la polimerizzazione, producendo micro-bolle e vuoti. Questi non sono sempre visibili all'uscita del laminatore, il che rende il problema facile da trascurare finché i dati di resa o i resi sul campo non lo rivelano. Il difetto è un problema di prestazioni della pompa tanto quanto un problema di incapsulante.

Considerazioni finali

Il gruppo pompe a vuoto è il punto in cui il progetto termico di un laminatore diventa un requisito meccanico. L'EVA fonde a 70-80 °C e reticolo a partire da circa 130 °C, e il sistema a vuoto deve evacuare la camera nell'intervallo tra queste due temperature. Ecco perché le macchine a doppia camera utilizzano una prima camera più fredda, perché i booster Roots compaiono su camere più grandi e perché il pompaggio senza olio vale la pena di essere considerato dove la contaminazione o la manutenzione rappresentano il vincolo. Quando si specifica un laminatore, chiedere il volume della camera, la configurazione delle pompe, le velocità di pompaggio e il tempo di svuotamento raggiungibile come un insieme — una macchina quotata senza questi dati è una macchina di cui non si può prevedere la resa. Se state valutando laminatori per una nuova linea, inviateci il formato del modulo e la produttività target e lavoreremo con voi sul dimensionamento della camera e delle pompe. Per vedere la macchina nel contesto, la pagina OTCY-2754DD single-layer double-chamber laminator copre in dettaglio la disposizione della camera.