Вакуумные насосы для ламинатора: типы и окно EVA
Содержание
Ламинатор оценивают по выходу годной продукции, а выход в значительной степени определяется одним компонентом, на который покупатели редко обращают внимание во время визита на завод: набором вакуумных насосов. Ошибка приводит к микропузырькам, которые не удастся устранить никакой последующей инспекцией.
Производство фотоэлектрических модулей · Процесс ламинации · автор Jerry, Ooitech
1. Окно EVA, которое задаёт всё остальное
Этиленвинилацетат не просто плавится и остаётся на месте. Он проходит через две различные стадии, и промежуток между ними — это время, в течение которого должна работать вакуумная система.
| Этап | Температура | Что это значит для вакуума |
|---|---|---|
| Плавление | Около 70–80 °C | Плёнка переходит в расплавленную фазу. Это идеальный момент для откачки, поскольку инкапсулянт достаточно мягок, чтобы выпустить захваченный воздух, но ещё не начал схватываться. |
| Сшивка | Около 130 °C | Сшивка начинается и ускоряется. Ниже этой температуры реакция идёт очень медленно, и именно поэтому первая камера двухкамерного ламинатора обычно поддерживается при 125 °C или ниже. |
Всё, что следует далее, является следствием интервала между этими двумя температурами. Если камера уже горячая к моменту плавления плёнки, интервал от расплава до сшивки короткий. В однокамерном процессе камера обычно находится выше 140 °C, оставляя всего около 60–90 секунд на достижение требуемого вакуума. Пропустите это окно — и воздух останется захваченным в инкапсулянте, образуя микропузырьки и дефекты, которые проявятся позже в готовом модуле.
Рис. 1: Ламинатор с установленным рядом на полу фабрики набором вакуумных насосов. Насосы представляют собой отдельную установку с собственными трубопроводами, ресивером и доступом для обслуживания, поэтому их легко упустить из виду при планировании компоновки и дорого перемещать afterwards.
2. Почему существуют двухкамерные ламинаторы
Двухкамерная конструкция по сути представляет собой способ выиграть время. Поддерживая первую камеру в диапазоне 100–120 °C, инкапсулянт плавится медленнее, а сшивка начинается позже, что расширяет окно дегазации далеко за пределы того, что позволяет одна горячая камера. Затем модуль переносится во вторую, более горячую камеру для завершения сшивки.
Это технологическая причина решения, которое иначе выглядит как чисто механический выбор. Это также объясняет, почему вакуумная система не является периферийным аксессуаром: это часть машины, которая должна работать в пределах окна, создаваемого термическим расчётом. Более широкий контекст этапа ламинации рассматривается в разделе этап ламинации производственного процесса, а сама машина — в нашем руководстве по ламинатору для солнечных панелей.
Рис. 2: Камера ламинатора с открытой крышкой. Объём камеры, состояние уплотнения и скорость откачки вместе определяют, насколько быстро достигается требуемый вакуум, а следовательно, соблюдается или пропускается окно дегазации.
3. Три типа насосов, которые вы найдёте на ламинаторе
Пластинчато-роторный насос
Пластинчато-роторный насос с масляной смазкой — рабочая лошадка вакуумных систем ламинации. Один агрегат обычно откачивает со скоростью 60–100 литров в секунду. Внутри корпуса насоса ротор установлен со смещением, неся лопатки, которые прижимаются к расточке пружинами и центробежной силой. Серповидное пространство между ротором и расточкой разделено на несколько камер изменяющегося объёма.
Каждая камера проходит непрерывный трёхчастный цикл. Она открывается к впуску, расширяясь и втягивая газ. Затем она закрывается и сжимается, сжимая захваченный газ. Наконец, давление превышает атмосферное, и газ поднимает выпускной клапан, проходя через слой масла и наружу. Это объёмный насос: он перемещает фиксированные объёмы газа, а не полагается на какой-либо иной механизм.
Масло делает больше, чем смазывает. Оно уплотняет зазоры между лопатками и расточкой, чтобы газ не мог утечь обратно, смазывает движущиеся части, а поскольку выпускной клапан находится под маслом, оно предотвращает обратный поток атмосферы в камеру при остановке насоса. Все три функции важны в системе ламинации, где обратный поток загрязнил бы модуль.
Насос Roots
Насос Roots почти никогда не используется отдельно. На ламинаторе он служит бустерной ступенью, и распространённая конфигурация для первой камеры — два пластинчато-роторных насоса с одним насосом Roots. Скорости откачки выше 1 200 литров в секунду типичны, поэтому его применяют там, где объём нужно перемещать быстро.
Механизм представляет собой два ротора в форме восьмёрки, приводимых шестернями во вращение в противоположных направлениях синхронно. Роторы никогда не касаются друг друга или расточки; зазоры составляют порядка 0,1–0,3 мм, поэтому внутри насосной камеры не требуется масло для уплотнения или смазки.
Следствие этой конструкции — ключ к пониманию того, где он уместен. Насос Roots имеет отсутствие внутреннего сжатия: газ захватывается в фиксированном пространстве и переносится к выходу без сжатия. Когда это пространство открывается к выпуску, газ более высокого давления течёт обратно, поэтому насос сам по себе не может достичь высокой степени сжатия или выброса в атмосферу. Ему нужен форвакуумный насос, чтобы понизить систему до давления, при котором ступень Roots работает эффективно. Это и есть настоящая причина, по которой насос Roots объединяют с пластинчато-роторными насосами, а не заменяют ими.
Рис. 3: Насос Рутса с приводным двигателем. Большая скорость откачки, отсутствие контакта между роторами и неспособность самостоятельно работать против атмосферного давления. Это бустер по конструкции, а не по традиции.
Сухой винтовой насос
Сухой винтовой насос — это полностью безмасляная конструкция объёмного вытеснения, и в высококлассных применениях он заменяет масляные насосы, а не дополняет их. Ничто в насосной камере не использует масло или воду в качестве уплотняющей или смазывающей среды, и результатом является чистый вакуум без переноса масла в процесс.
Внутри пара параллельных винтовых роторов с противоположным направлением вращения приводится в движение прецизионными синхронизирующими шестернями и вращается с высокой скоростью в противоположных направлениях. Как и в конструкции Рутса, роторы не касаются друг друга или корпуса, поэтому смазка в газовом тракте не требуется. Газ захватывается между винтом и корпусом и переносится к выходу, а объём постепенно уменьшается по пути, поэтому газ сжимается перед выпуском.
Во многих конструкциях используется переменный шаг вдоль ротора. Это распределяет сжатие более равномерно и даёт газу больше возможностей для охлаждения при транспортировке, что позволяет контролировать температуру корпуса насоса. На ламинаторе, где газовый поток несёт летучие вещества EVA при повышенной температуре, это управление теплом является частью пригодности насоса для данной задачи, а не опциональным усовершенствованием.
4. Сравнение трёх
| Пластинчато-роторный | Рутса | Сухой винтовой | |
|---|---|---|---|
| Роль на ламинаторе | Основной насос | Бустер, в паре с пластинчато-роторным | Основной насос, безмасляная альтернатива |
| Типичная скорость откачки | 60–100 л/с на агрегат | Свыше 1 200 л/с | Зависит от применения |
| Уплотняющая среда | Масляный | Отсутствует, только малый зазор | Отсутствует, только малый зазор |
| Внутреннее сжатие | Да | Нет | Да, вдоль винта |
| Может выпускать в атмосферу самостоятельно | Да | Нет, требуется форвакуумный насос | Да |
| Чистота процесса | Присутствует масло; необходимо управлять обратным потоком | Чистая насосная камера | Полностью безмасляный газовый тракт |
| Расходные материалы | Масло и фильтры | Минимальные | Минимальные |
Если рассматривать это как решение о закупке, а не как технический рейтинг, выбор прост. Комплект пластинчато-роторных насосов стоит меньше и хорошо изучен, но ценой замены масла, замены фильтров и управления обратным потоком. Бустер Рутса не является опциональным на больших камерах, поскольку одни пластинчатые насосы не могут перемещать объём достаточно быстро в пределах окна. Сухой винтовой насос полностью исключает масло из газового тракта и обычно выбирается там, где решающим фактором является риск загрязнения или бремя обслуживания.
5. Почему насосный агрегат входит в спецификацию ламинатора
Поскольку конфигурация насосов подбирается под объём камеры и окно дегазации, это пункт спецификации ламинатора, а не отдельная покупка. Три вопроса решают большую часть.
- Каков объём камеры и целевое давление? Вместе с длиной окна это определяет требуемую скорость откачки и, следовательно, достаточно ли одного пластинчатого насоса или необходим бустер Рутса.
- Одна камера или две? Машина с двумя камерами имеет более холодную первую камеру, что удлиняет окно и снижает требования к мгновенной скорости, но добавляет вторую камеру для откачки. Это подробнее рассматривается в как выбрать правильный ламинатор для солнечных модулей.
- Каков план обслуживания? Интервалы замены масла и фильтров для комплекта пластинчатых насосов против более высокой капитальной стоимости и меньшего бремени расходных материалов у сухого винтового насоса. За десятилетний срок службы обе суммы ближе, чем предполагают цены покупки.
Вакуумная система, недостаточная для камеры, не отказывает сразу. Она производит модули, которые проходят финальную инспекцию и отказывают позже, а сигнатура дефекта — микропузырьки и пустоты в инкапсулянте — является предметом не каждый пузырь в ламинате — вина инкапсулянта. Выбор инкапсулянта взаимодействует с тем же окном, как изложено в нашем руководстве по плёнкам-инкапсулянтам EVA, POE и EPE.
Часто задаваемые вопросы
Почему ламинатор с двумя камерами имеет более холодную первую камеру?
Чтобы удлинить окно дегазации. EVA плавится примерно при 70–80 °C и начинает сшиваться примерно при 130 °C. Поддержание первой камеры на уровне примерно 100–120 °C замедляет обе стадии, давая вакуумной системе больше времени для удаления захваченного воздуха до того, как инкапсулянт начнёт схватываться.
Почему ламинаторы объединяют насос Рутса с пластинчато-роторными насосами?
Потому что насос Рутса не может самостоятельно выпускать в атмосферу. Его роторы захватывают газ в фиксированном объёме без сжатия, поэтому газ возвращается на выходе, и он не может достичь высокой степени сжатия в одиночку. Он обеспечивает высокую скорость откачки при своих размерах, а пластинчато-роторные насосы обеспечивают сжатие, которое выводит газ. Два пластинчатых насоса плюс один насос Рутса — распространённая схема первой камеры.
Что делает масло в пластинчато-роторном насосе?
Три вещи. Оно уплотняет зазоры между пластинами и расточкой насоса, чтобы газ не утекал обратно, смазывает движущиеся части, и, поскольку выпускной клапан погружён в масло, оно предотвращает обратный поток атмосферы в камеру, когда насос не работает.
Стоит ли сухой винтовой насос дополнительных затрат?
Зависит от того, что вы оптимизируете. Сухой винтовой насос не имеет масла или воды в насосной камере, поэтому вакуум чистый, нет переноса масла к модулю, и бремя расходных материалов ниже. Против этого — более высокая капитальная стоимость. Там, где ограничением является риск загрязнения или численность обслуживающего персонала, расчёт обычно в его пользу; там, где капитал ограничен и процесс хорошо контролируется, комплект пластинчатых насосов остаётся жизнеспособным.
Почему температура EVA так важна для вакуумной системы?
Потому что две термические стадии определяют крайний срок. Плёнка эффективно выделяет захваченный воздух только после расплавления и перестаёт делать это свободно, как только начинается сшивание. Вакуумная система должна достичь требуемого давления в этом интервале, который в однокамерном процессе выше 140 °C может составлять всего 60–90 секунд.
Что произойдёт, если камера не откачивается достаточно быстро?
Воздух остаётся захваченным в инкапсулянте во время его отверждения, образуя микропузырьки и пустоты. Они не всегда видны на выходе из ламинатора, что затрудняет обнаружение проблемы до тех пор, пока данные о выходе годной продукции или возвраты с эксплуатации не выявят её. Этот дефект так же часто связан с производительностью насоса, как и с инкапсулянтом.
Заключительные мысли
Вакуумный насосный агрегат — это место, где тепловой расчёт ламинатора становится механическим требованием. EVA плавится при 70–80 °C и сшивается примерно от 130 °C, и вакуумная система должна откачать камеру в интервале между этими температурами. Именно поэтому двухкамерные машины имеют более холодную первую камеру, поэтому на больших камерах появляются бустеры Рутса и поэтому стоит рассматривать безмасляную откачку там, где ограничением являются загрязнение или обслуживание. При заказе ламинатора запрашивайте объём камеры, конфигурацию насосов, скорости откачки и достижимое время откачки как единый набор — машина, на которую это не указано, — это машина, выход годной продукции которой вы не можете предсказать. Если вы оцениваете ламинаторы для новой линии, пришлите нам формат модуля и целевую производительность, и мы вместе проработаем размеры камеры и насосов. Чтобы увидеть машину в контексте, страница OTCY-2754DD single-layer double-chamber laminator подробно описывает компоновку камер.
