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Mehrstufige Fliissigkeitsring-Rotationspumpe
Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Flüssigkeitsring-Rotationspumpen, die einen mehrstufigen Rotor in Bausteinkonstruktion und ein stationäres inneres, koaxiales Stufenverbindungsglied hat, das mit dem Rotor zur Erzeugung einer mehrstufigen Fliessmediumspumpe zusammenwirkt.
Bekannte mehrstufige Rotationspumpen weisen eine Kammer mit einem Rotationspumpenglied für jede Stufe auf, wobei die Stufen durch druckaufnehmende Wände getrennt sind. Infolge dieser komplizierten Bauart ist eine grosse, hohe Kosten verursachende Pumpenkonstruktion für eine bestimmte Kapazität erforderlich. Ausserdem ist der Abstand zwischen den Lagern der Welle, welche die im Abstand angeordneten Rotationspumpenglieder tragen, verhältnismässig gross, so dass eine grössere Ablenkung der Welle eintritt, der Wirkungsgrad abnimmt und die Pumpenlebensdauer herabgesetzt wird.
Es sind auch schon Flüssigkeitsring-Rotationspumpen bekanntgeworden, die für mehrere Stufen einen gemeinsamen Rotor haben. Die Verbindung der Stufen erfolgt hiebei durch ein aussen um die Pumpe herumgehendes Rohrsystem, wodurch die Pumpe sperrig und deren Einbau erschwert wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Mehrstufenpumpe zu schaffen, bei der durch entsprechende Anordnung der Öffnungen und Durchgänge eine gedrungene Konstruktion erreicht wird. Diese Aufgabe wird bei einer mehrstufigen Flüssigkeitsring-Rotationspumpe mit einem Gehäuse, in dem mindestens ein durch einen Antrieb angetriebener, mit einer Mittelausnehmung versehener Rotor angeordnet ist und mit mindestens einem stationären Teil, der Einlass-und Auslassöffnungen je Stufe hat, wobei das Gehäuse des Rotors eine Mehrzahl in axialer Richtung hintereinander angeordneter Ansatzräume aufweist, dadurch gelöst, dass die Ansatzräume vorzugsweise versetzt angeordnet sind, dass jeder Rotor, wie an sich bekannt, eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Rotorstufen aufweist,
welche in Verbindung mit der Mittelausnehmung des Rotors stehen, und dass der stationäre Teil in an sich bekannter Weise koaxial mit dieser Mittelausnehmung ausgebildet und in diese hineinragend ein Stufenverbindungsglied ist, dessen Einlass-und Auslassdurchgänge in Verbindung mit den Ein-und Auslassöffnungen der beiden Rotorstufen stehen. Die in Verbindung mit entsprechenden öffnungen im Anschlussglied kommunizierenden Durchgänge führen dabei das gepumpte Fliessmedium aus einer Saugleitung zu einer Ausstossleitung. Wie sich aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung besonders deutlich ergibt, steht die Verbindung jeweils zweier aufeinanderfolgender Stufen mit dem Gesamtauslass über ein Rückschlagventil in Verbindung, wodurch die Pumpe dem jeweiligen Erfordernis entsprechend als Ein-oder Mehrstufenpumpe ausgebildet ist.
Die in einer vielstufigen Vakuumpumpe verwirklichte Erfindung wird im einzelnen weiter unten beschrieben, um so die erfindungsgemässen Merkmale und Einzelheiten zu verdeutlichen, doch kann die Erfindung auch ohne weiteres für einen vielstufigen Kompressor verwendet werden.
Die erfindungsgemässe Konstruktion bietet demhingegen eine kaum mehr zu unterbietende Raumeinsparung und vermeidet, trotz Mehrstufigkeit, vorstehende Teile.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindumg, nämlich eine zweistufige Flüssigkeitspumpe ; Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 5 ; Fig. 3 einen
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Seitenansicht nach Fig. 6 zur Darstellung der äusseren Leitungsführung ; Fig. 8 einen Teilschnitt gemäss Fig. 6 zur Darstellung einer Abdichtung ; Fig. 9 einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform, nämlich einer Pumpe mit drei Stufen ;
Fig. 10 einen Teilschnitt gemäss Fig. 9 zur Darstellung einer Abdichtung ;' Fig. 11 einen Querschnitt gemäss Fig. 1 zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Flüssigkeitsringpumpe.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 zeigt eine zweistufige, einen Flüssigkeitsring aufweisende Vakuumpumpe gemäss der Erfindung. Die Theorie der Flüssigkeitsringpumpen ist
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bezeichnete zweite Rotorstufe wird durch die Querwände--24 und 26-- und Flügel --34-- gebildet, wodurch Pumpenkammern--36--entstehen. Eine zentral in der Oberwand--23-- angeordnete Nabe-37-ist an der Motorwelle --16-- durch eine Verschraubung befestigt. Der Rotor kann einstückig sein. Es ist jedoch auch möglich, den Rotor aus Teilen in bekannter Weise zusammenzusetzen. Das Gehäuse-10-hat sichelförmige Ansatzräume --39 und 40-- (s.
Fig. 5), die mit den Pumpenkammern--31 bzw. 36-- verbunden sind, um so eine Pumpwirkung zu erzielen, wenn sich der Rotor--21--in Richtung des Pfeiles dreht. Diese Pumpenwirkung (s. Fig. ll) wird durch einen Flüssigkeitsring--42--erzielt, der auf einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn innerhalb des Ansatzraumes--39--unter der Wirkung der Flügel--29--der ersten Rotorstufe
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Kammern hinein. Stationäre Einlassöffnungen--43 und 44--und Auslassöffnungen--46 und 48-wirken mit den Pumpenkammern zusammen, so dass Luft oder Gas in die Kammern eingesaugt und nach Zusammenpressen abgegeben wird.
Die exzentrisch relativ zum Rotor--21--vorstehenden Ansatzräume--39 und 40-- sind diametral entgegengesetzt in bezug auf die Achse des Rotors angeordnet, so dass der Radialdruck auf eine Rotorstufe, wie er durch den Fliessmediumdruck in progressiv dargebotenen Kammern entsteht, durch den Radialdruck der radial benachbarten Kammer ausgeglichen wird. Ferner ist die Auslassöffnung einer Stufe neben der Einlassöffnung der nachfolgenden Stufe angeordnet.
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Querwände--23, 24 und 26--habenAuslassdurchgang--53--hat. Das Stufenverbindungsglied--51--ist an der Basis --12--, wie bei --54- angedeutet, befestigt und kann statt konisch auch zylindrisch sein.
Die Bogenlänge der Öffnung --43-- dient dazu, solche Kammern-31-der Rotorstufe-28-, die im Volumen beim Zurückweichen der Abdichtflüssigkeit zunehmen, in Verbindung mit dem Einlassdurchgang - 52--des Stufenverbindungsgliedes--51--zu bringen. Der Einlassdurchgang--52-- kommuniziert mit einem Anschlulussdurchgang--52a--in der Basis-12--. An eine Pumpenkupplung am Ende des Anschlussdurchganges--52a--kann irgendeine Einlassleitung--56-- angeschlossen werden, die als Saug-oder Vakuumleitung zu einer Vakuumbehandlungskammer oder irgendeinem andern Vakuumapparat dient.
Der, Auslassdurchgang --53-- kommuniziert mit den Pumpenkammern--31--, in denen eine Kompression stattfindet, über die Auslass öffnung --46--. Dieser Auslassdurchgang wird durch einen
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ein Ventilsitz --58-- eines Rückschlagventils --59- auf der Basis --12-- angeordnet. Eine gegen die Basis -12-- abgedichtete Kappe --61-- verbindet über eine Öffnung --64-- den
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--12-- istAuslassleitung --71-- anzuschliessen.
Die letztere gibt üblicherweise das Fliessmedium an die Atmosphäre ab, doch kann die Abgabe auch gegen den höheren Druck einer angeschlossenen Apparatur erfolgen.
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die zweite Rotorstufe --33-- saugt über die Auslassöffnung-46--die von der ersten Stufe abgegebene Luft an und gibt sie an den Durchgang --66-- und den Hohlraum --63-- weiter. Die zweite Rotorstufe-33-ist nun in vollem Betrieb als zweite Stufe der Zweistufenpumpe. Um die erste Stufe von der zweiten Stufe abzudichten, ist eine Ringausnehmung-74- (Fig. 4) über die Durchgänge --76,77 und 78-mit dem Ansatzraum der zweiten Stufe verbunden. Der Druck des
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--81-- undzugeführt.
Dieses Wasser tritt durch einen kleinen Zwischenraum zwischen dem Stufenverbindungsglied und dem Rotor und einem mit dem Einlassdurchgang --52-- verbundenen, nicht dargestellten Auslass ein und bildet so das notwendige Kühlwasser. Das überschüssige Wasser wird durch den Auslassdurchgang --53-- an den Hohlraum--53a--so lange abgegeben, bis ein hohes Vakuum erreicht ist, worauf dann dieses Wasser von der zweiten Rotorstufe durch die Einlassöffnung --44--, die Auslassöffnung --48-- aufgenommen und dann in den Hohlraum --63-- abgegeben wird.
Bei einem geringeren Vakuum wird das Abdichtwasser in die Kammern und in die Räume zwischen den Endquerwänden und dem Pumpengehäuse gedrückt, wobei Belastungsschwankungen eintreten können. Dies wird dadurch ausgeglichen, dass das Wasser von den zwischen den Querwänden vorhandenen Räumen über eine Auslassöffnung --17-- abgegeben und Wasser dorthin bei hohem Vakuum über eine Leitung --85-- aus einem in einem Raum --82-- vorhandenen Wasservorrat wieder zugeführt wird. Ein die Druckschwankungen ausgleichendes System ist z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 3, 217, 975 beschrieben. Das Kühlwasser für die Abdichtung --18-- kommt von dem Ansatzraum --39-- und durchströmt die Durchgänge --83 und 84--.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in Form einer Duplex-Pumpe, die zwei Pumpeneinheiten--86 und 88--hat, die je ein mit Mittelöffnungen versehenes Stufenverbindungsglied--51c bzw. 51d--haben. Die Öffnungen und Durchgänge in den Pumpeneinheiten dienen dem gleichen Zweck in den Fig. 1 bis 5 und sind mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Zusatz--"c"'und"d"-, bezeichnet.
Der Rohrverteiler gemäss Fig. 7 dient dazu, einen kombinierten Ausgang der Pumpeneinheiten zu erreichen, wie dies für die Durchgänge und Hohlräume der Fig. 1 bis 5 der Fall ist.
Fig. 8 ist in ihrer Darstellung ähnlich der Fig. 4 und zeigt die in der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendeten Abdichtungen.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit drei Stufen pro Pumpeneinheit.
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--91-- ist.Fig. 10 zeigt ein Verfahren, um die drei Stufen gegeneinander abzudichten, wie dies für die Zweistufenpumpe der Erfindung verwendet wird, wobei ähnlich wie in den früheren Ausführungsbeispielen der Wasserdruck des Wasserringes der dritten Stufe auf Ausnehmungen --74e und 74e'-über Durchgänge-76e, 77e und 78e-wirkt.
Es ergibt sich also, dass durch die Erfindung eine zusammengebaute mehrstufige FlüssigkeitsringRotationspumpe geschaffen wurde, bei der die Rotoren aufeinanderfolgender Stufen einstückig sind und über ein mittleres Stufenverbindungsglied miteinander verbunden sind, so dass die Notwendigkeit, getrennte Kammern für die bisher einzeln angeordneten Rotoren entfällt, wozu ein grosser Abstand zwischen den Tragkonstruktionen erforderlich war und sich sehr ungünstige Konstruktionsverhältnisse bei verringerter Lebensdauer ergaben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrstufige Flüssigkeitsring-Rotationspumpe mit einem Gehäuse, in dem mindestens ein durch einen Antrieb angetriebener, mit einer Mittelausnehmung versehener Rotor angeordnet ist, und mit mindestens einen stationären Teil, der Einlass-und Auslassöffnungen je Stufe hat, wobei das Gehäuse des Rotors eine Mehrzahl in axialer Richtung hintereinander angeordneter Ansatzräume
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angeordnet sind, dass jeder Rotor (21), wie an sich bekannt, eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Rotorstufen (28, 33) aufweist, welche in Verbindung mit der Mittelausnehmung des Rotors stehen, und dass der stationäre Teil in an sich bekannter Weise koaxial mit dieser Mittelausnehmung ausgebildet und in diese hineinragend ein Stufenverbindungsglied (51) ist, dessen Einlass-und Auslassdurchgänge (52, 53)
in Verbindung mit den Ein- (43, 46) und Auslassöffnungen (44, 48) der beiden Rotorstufen stehen.
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