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La présente invention concerne une pompe à gaz à circuit de liquide et elle a pour but d'économiser du liquide de refroi- dissement et d'améliorer le rendement des pompes de ce genre.
Comme on le sait, les pompes à gaz à circuit de liquide nécessitent, pour qu'elles puissent travailler de façon satis- faisante, une adjonction continue de liquide..Celui-ci doit remplir les tâches les plus diverses, et notamment:
1 ) l'évacuation de la chaleur produite par la compression, c'est-à-dire refroidissement du circuit (liquide de refroidis- sement).
2 ) l'étanchéification de l'interstice compris entre les
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roues rotatives et le carter fixe (liquide d'étanchéité).
3 ) Le remplacement du liquide entraîné par le gaz hors du circuit de liquide et qui sort de la chambre de travail par la fente de pression, en même temps que le gaz (liquide de rem- placement);
Il peut servir en outre à :
4 ) isoler les presse-étoupe contre le passage du gaz (liquide obturateur).
Dans les modèles de pompes à plusieurs étages connus,, le liquide introduit doit remplir simultanément plusieurs des tâches susindiquées, qu'il serve simultanément soit de liquide de refroi- dissement, d'étanchéité et de remplacement, soit de liquide de refroidissement et de remplacement, soit même de liquide d'étan- chéité et de liquide obturateur. En raison de ces tâches multi- ples, il est nécessaire d'alimenter continuellement les pompes en quantités de liquide relativement grandes. Et pour autant que ce liquide serve aussi au refroidissement, il faut en outre que cette quantité totale de liquide soit très froide.
Dans beaucoup de cas, il est difficile de disposer couram- ment de liquide froid en grandes quantités. La présente invention se propose de fournir un moyen suivant lequel on peut économiser, dans les pompes à gaz à circuit de liquide, à deux ou plusieurs étages, du liquide de refroidissement, tout en obtenant encore un rendement amélioré.
Les tâches diverses susindiquées du liquide introduit requiè, rent des besoins très différents en quantités et en température du liquide en question, ces besoins variant encore, dans les pompes à plusieurs étages, d'étage à étage.
Or, des essais poussés à l'aide de l'exemple de réalisation d'une pompe à gaz à circuit de liquide à deux étages avec de l'eau comme liquide de fonctionnement et fonctionnant comme pompe à vide ont donné les résultats suivants, qui servent de base à la présente invention.
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Dans le premier étage, le rapport de pression, notàmment en.cas de grand vide, est beaucoup plus petit que dans le deuxiè- me étage. Le rendement de compression isotherme est, par.consé- quent, plus petit dans le premier étage que dans le deuxième et, par suite, il se trouve donc une plus petite quantité de chaleur à évacuer à cet étage. La quantité de liquide de refroidissement nécessitée par le premier étage est donc relativement petite.
Toutefois, ce liquide de refroidissement doit être très froid, étant donné qu'il règne dans le premier étage un grand vide et que celui-ci est fonction de la température du liquide. Dans le deuxième étage, le rapport de pression et, de ce fait, le.ren- dement de compression isotherme sont grands, ce qui donnerait donc une quantité de chaleur relativement grande à évacuer, si le circuit de liquide du deuxième étage aussi devait rester froid. Cela n'est toutefois pas nécessaire dans la même mesure que pour le premier étage, puisqu'il règne, dans le deuxième étage, une pression initiale plus grande, ce qui permet aussi à la température du liquide d'être plus élevée.
Une introduction spéciale de liquide de refroidissement à cet étage n'est pas nécessaire, puisque le liquide froid, entraîné par le gaz en provenance du premier étage, parvient également au deuxième éta- ge, où il provoque un certain refroidissement, de sorte qu'ici aussi il ne se produit pas d'échauffement inadmissible.
Il n'y a donc besoin, dans les pompes à gaz à circuit de liquide, à plusieurs étages, d'amener du liquide de refroidisse- ment qu'au premier étage. La quantité necessaire peut alors être très faible, mais la température devant être basse pour avoir un bon rendement avec un grand vide. Pour obtenir un effet aussi bon que possible du refroidissement, l'introduction du liquide de refroidissement se fait utilement du côté aspiration du premiel étage. On peut introduire le liquide de refroidissement, soit dans la chambre d'aspiration en amont de la roue à palettes, soit directement dans les compartiments de la roue , ou aussi simul-
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tanément dans la chambre d'aspiration en amont de la roue à pa- lettes et directement dans les compartiments de la roue.
Les essais ont montré en outre que'la différence de pression dans le premier étage, entre l'admission et la sortie, notamment en cas de grand vide, est très faible, alors qu'elle est très grande dans le deuxième étage. Par conséquent le pre- mier étage ne nécessite que peu de liquide pour ltétanchéifi- cation de l'interstice, tandis que les besoins en liquide d'étanchéité pour l'interstice dans le deuxième étage sont très élevés, par suite des différences de pression élevées entre l'admission et la sortie. Des conditions particulières relatives à une température particulièrement basse du liquide d'étanchéité ne sont pas exigées non plus pour le premier étage, puisque ce liquide ne doit pas servir au refroidissement.
Ce- pendant, comme une partie du liquide d'étanchéité parvient aussi à travers l'interstice dans la,chambre d'aspiration du premier étage, la température de ce liquide ne devrait également pas être trop élevée.
Dans les chambres de compression en aval des différents étages de la pompe se produit une certaine séparation entre le liquide et le gaz et du liquide s'accumule dans ces chambres.
On peut renvoyer ce liquide aux interstices situés entre les roues à ailettes et le carter et 1,'utiliser pour ltétanchéifi- cation de l'interstice. On évite ainsi une alimentation parti- culière en liquide d'étanchéité de l'extérieur, c'est-à-dire qu'on économise du liquide. Pour que la température du liquide d'étanchéité reste dans des limites supportables, celui-ci est prélevé avantageusement chaque fois de la chambre de compression de l'étage respectif. Comme on l'a déjà fait remarquer, l'échauf- fement, particulièrement dans le premier étage, est très faible pour un grand vide et, par conséquent, la température du liqui- de qui s'accumule dans la chambre de compression de cet étage est relativement basse.
Aux étages suivants, la température
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joue plus un rôle aussi décisif et on peut donc utiliser ici le liquide provenant de la chambre de compression correspondant, et dont la température est plus élevée.
Le liquide, qui quitte la chambre de travail en même temps que le gaz à la fente de pression des différents étages, manque au circuit de liquide et doit être remplacé. Pour ce liquide de remplacement également, une alimentation particuliè- re de l'extérieur n'est pas nécessaire, car celui-ci aussi peut être prélevé de la pompe même, en des points appropriés.
Ce prélèvement se fait utilement, pour les mêmes raisons que pour le liquide d'étanchéité, de la chambre de compression de l'étage correspondant.
En se basant sur les notions ci-dessus, l'invention ré- side donc dans le fait qu'on n'amène de l'extérieur, dans une pompe à gaz à circuit de liquide, à plusieurs étages, que le liquide de refroidissement, alors que le liquide d'étanchéité, de remplacement et obturateur est prélevé de la pompe même.
Comme les roues à palettes d'une pompe à gaz à circuit de liquide, à plusieurs étages, sont montées sur un arbre mo- teur commun et que cet arbre doit tourner librement, il existe un raccordement entre les différents étages le long de l'arbre.
Par suite de la chute de pression entre les étages, il se pro- duit donc un écoulement de retour du gaz et aussi du liquide le long de l'arbre moteur en direction de l'étage précédent.
Pour éviter une diminution du rendement on prévoit avantageu- sement entre deux étages un dispositif d'étanchéité spécial.
Une simple bague d'étanchéité, empêchant un écoulement de retour; a donné dé bons résultats.
Dans beaucoup de cas, il est nécessaire d'empêcher un passage du gaz à travers les presse-étoupe de la pompe. A cet effet, on amène en général de l'extérieur du liquide obturateur sur les presse-étoupe. Selon l'invention, ce liquide obturateur peut être aussi prélevé de la pompe même. Suivant les conditions
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de service de la pompe, ce liquide obturateur peut être prélevé du circuit de liquide du premier, du deuxième ou de n'importe quel autre étage placé favorablement du point de vue de la pres- sion.
En résumé, il y a lieu de constater que, grâce à la con- formation selon l'invention de la pompe à gaz à circuit de li- quide, la quantité de liquide à introduire de l'extérieur peut être réduite de 50 à 75% par rapport aux constructions de pom- pes connues. On réalise donc une sensible économie de liquide.
De plus, la puissance d'entraînement de la pompe aussi se trouve' réduite, puisque le liquide, qui était amené en abondance, n'a plus besoin d'être refoulé en sus par la pompe comme auparavant.
On a représenté sur le dessin annexé un exemple de réa- lisation d'une pompe à deux étages, selon l'invention.
Les gaz sont admis par la tubulure d'aspiration 1 dans la chambre d'aspiration 2, en amont du premier étage de la pom- pe, et de là, à travers la fente d'aspiration du plateau de dis- tribution 3, dans la chambre de travail du premier étage compor- tant la roue à palettes 4 et le corps central 5. Ils sortent ' de la chambre de travail de cet étage par la fente de pression du plateau de distribution 6 et parviennent dans la pièce inter- médiaire 7 qui sert simultanément de chambre de compression du premier étage 16 et de chambre d'aspiration du deuxième étage.' De la pièce intermédiaire 7, les gaz passent par la fente d'as- piration du plateau de distribution 8 dans la chambre de travail du deuxième étage, comportant la roue à palettes 9 et le corps central 10.
Ils quittent la chambre de travail du deuxième étage par la fente de pression du plateau de distribution 11 et ils parviennent dans la chambre de compression 12 située en aval de cet étage. Ils sortent ensuite de la pompe par la tubulure de pression 13.
Le liquide de refroidissement est dirigé soit par la tubulure 14 dans le carter, d'où il parvient, en contournant,,la
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chambre d'aspiration 2, à travers un alésage du plateau de dis- tribution 3, dans la chambre de travail du premier étage, ou bien il est introduit à travers l'alésage 15 ménagé dans le carter dans la chambre d'aspiration 2 et parvient ensuite avec le gaz, par la fente d'aspiration formée dans le plateau de distribution 3, dans la chambre de travail du premiér étage. Il peut aussi être avantageux de partager la quantité d'eau de refroidissement nécessaire et d'en amener une partie par la tubulure 14 et l'au- tre par l'alésage 15 dans la pompe.
Le liquide d'étanchéité, pour l'étanchéification de l'in- terstice latéral des roues à palettes, est prélevé chaque,fois, comme on le voit sur le dessin, de la chambre de compression de l'étage respectif. Le premier étage reçoit le liquide d'étanchéi- té provenant de la chambre de compression 16, en aval du premier étage, disposée dans la pièce intermédiaire 7, et le deuxième étage, celui'de la chambre de compression 12 en aval de cet étage. La disposition peut être telle que, comme on le voit sur le dessin, le liquide d'étanchéité peut être amené du côté as- piration de la chambre de travail par des alésages prévus dans- les roues à palettes, ou bien qu'on prévoit encore de ce côté des roues à palettes une chambre spéciale, communiquant avec la chambre de compression correspondante.
Dans une disposition de ce genre, le liquide-d'étanchéité est amené séparément aux deux in- terstices entre les plateaux de distribution et les roues à pa- lettes, ce qui permet de supprimer les alésages-des roues à pa- lettes.
, Il en est de même pour le liquide de 'remplacement que pour le liquide d'étanchéité; lui aussi est prélevé de la cham- bre de compression de l'étage respectif. Ce.'prélèvement ne figu- re sur le dessin que pour le premier étage. Le liquide pénètre, par l'alésage inférieur du plateau de distribution 6, à partir de la chambre de compression 16 dans la chambre de travail du premier étage. Il peut être utile aussi d'introduire encore de
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l'autre côté, par un alésage ménagé dans le plateau de distribu- tion 3, du liquide de remplacement dans. la chambre de travail.
Il y a lieu, dans ce cas, de prévoir de ce côté une chambre spé- ciale devant être reliée, comme cela a déjà été indiqué pour le liquide d'étanchéité, à la chambre de compression 16. Dans le deuxième étage de la pompe également, le liquide de remplacement peut être amené de la même manière que dans le premier étage.
Pour que le dessin ne soit trop compliqué, cela ne figure pas sur l'exemple représenté, d'autant plus que l'adjonction de li- quïde de remplacement n'est souvent pas nécessaire pour le deu- xième étage et. les suivants.
Pour éviter que du liquide ne s'écoule du deuxième étage au premier le long de l'arbre, on prévoit un dispositif d'étan- chéité spécial entre les étages. Sur le dessin, ce dispositif ¯ est représenté par une simple bague 17. Cette bague est montée sur l'arbre avec très peu de jeu. Grâce aux différences de pres- sion règnant dans les étages voisins, elle repose toujours con- tre une face du carter, empêchant ainsi un passage du gaz et du liquide.
Dans les cas de fonctionnement, dans lesquels il faut évi- ter que de l'air ne pénètre de l'extérieur dans la pompe à tra- vers les presse-étoupe, ou que du gaz ne s'échappe de la pompe, on applique utilement du liquide obturateur sur les presse-étoupe.
Ce liquide obturateur peut être prélevé du circuit d'un étage.
Suivant les conditions de fonctionnement, c'est-à-dire si la pom- pe doit travailler avec un vide élevé ou moyen ou en tant que compresseur, le liquide obturateur peut être prélevé du circuit de l'étage qui correspond le mieux au point de vue conditions de pression. Sur le dessin, le prélèvement de liquide obturateur du circuit du premier étage est représenté par exemple par un alé sage ménagé dans le corps central 5.
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The present invention relates to a liquid circuit gas pump and its object is to save coolant and to improve the efficiency of pumps of this kind.
As we know, liquid circuit gas pumps require, in order for them to be able to work satisfactorily, a continuous addition of liquid. This must fulfill the most diverse tasks, and in particular:
1) the removal of the heat produced by compression, ie cooling of the circuit (coolant).
2) sealing of the gap between the
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rotating wheels and fixed housing (sealing liquid).
3) The replacement of the liquid entrained by the gas outside the liquid circuit and which leaves the working chamber through the pressure gap, at the same time as the gas (replacement liquid);
It can also be used to:
4) insulate the cable glands against the passage of gas (sealing liquid).
In known multistage pump models, the liquid introduced must simultaneously fulfill several of the above tasks, whether it serves simultaneously either as a coolant, sealant and replacement, or as a coolant and replacement. , or even sealing liquid and sealing liquid. Due to these multiple tasks, it is necessary to continuously supply the pumps with relatively large quantities of liquid. And insofar as this liquid is also used for cooling, this total quantity of liquid must also be very cold.
In many cases, it is difficult to commonly dispose of cold liquid in large quantities. The present invention proposes to provide a means according to which it is possible to save, in gas pumps with a liquid circuit, with two or more stages, cooling liquid, while still obtaining an improved efficiency.
The aforementioned various tasks of the liquid introduced require very different requirements in terms of quantity and temperature of the liquid in question, these requirements still varying, in multistage pumps, from stage to stage.
However, extensive tests using the embodiment of a gas pump with a two-stage liquid circuit with water as the operating liquid and operating as a vacuum pump gave the following results, which serve as a basis for the present invention.
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In the first stage, the pressure ratio, especially in the event of a large vacuum, is much smaller than in the second stage. The isothermal compression efficiency is therefore smaller in the first stage than in the second and therefore there is a smaller amount of heat to be removed from this stage. The amount of coolant required by the first stage is therefore relatively small.
However, this cooling liquid must be very cold, given that there is a large vacuum in the first stage and that this is a function of the temperature of the liquid. In the second stage, the pressure ratio and hence the isothermal compression yield is large, which would therefore give a relatively large quantity of heat to be removed, if the liquid circuit of the second stage too were to remain. cold. However, this is not necessary to the same extent as for the first stage, since there is a greater initial pressure in the second stage, which also allows the temperature of the liquid to be higher.
A special introduction of coolant at this stage is not necessary, since the cold liquid, entrained by the gas from the first stage, also reaches the second stage, where it causes some cooling, so that here too there is no inadmissible heating.
There is therefore no need, in gas pumps with a liquid circuit, in several stages, to supply coolant only to the first stage. The quantity required may then be very small, but the temperature must be low in order to have a good yield with a large vacuum. In order to obtain as good a cooling effect as possible, the introduction of the cooling liquid is usefully on the suction side of the first stage. The coolant can be introduced either into the suction chamber upstream of the paddle wheel, or directly into the compartments of the wheel, or also simul-
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simultaneously in the suction chamber upstream of the paddle wheel and directly in the wheel compartments.
Tests have furthermore shown that the pressure difference in the first stage, between the inlet and the outlet, in particular in the event of a large vacuum, is very small, while it is very large in the second stage. Therefore the first stage requires little liquid for sealing the gap, while the sealing liquid requirements for the gap in the second stage are very high, due to the high pressure differences. between admission and discharge. Special conditions relating to a particularly low temperature of the sealing liquid are not required either for the first stage, since this liquid must not be used for cooling.
However, since part of the sealing liquid also passes through the gap in the suction chamber of the first stage, the temperature of this liquid should also not be too high.
In the compression chambers downstream of the different stages of the pump, a certain separation between liquid and gas occurs and liquid accumulates in these chambers.
This liquid can be returned to the interstices between the impellers and the housing and used to seal the interstice. This avoids a special supply of sealing liquid from the outside, ie liquid is saved. In order for the temperature of the sealing liquid to remain within tolerable limits, it is advantageously taken each time from the compression chamber of the respective stage. As has already been pointed out, the heating, particularly in the first stage, is very low for a large vacuum and, consequently, the temperature of the liquid which accumulates in the compression chamber of this. floor is relatively low.
On the following floors, the temperature
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no longer plays such a decisive role and we can therefore use here the liquid coming from the corresponding compression chamber, and whose temperature is higher.
The liquid, which leaves the working chamber at the same time as the gas at the pressure gap of the different stages, is lacking in the liquid circuit and must be replaced. For this replacement liquid too, a special supply from the outside is not necessary, since this too can be taken from the pump itself at suitable points.
This removal is useful, for the same reasons as for the sealing liquid, from the compression chamber of the corresponding stage.
Based on the above concepts, the invention therefore resides in the fact that only the cooling liquid is supplied from the outside into a gas pump with a liquid circuit, on several stages. , while the sealing, replacement and sealing liquid is taken from the pump itself.
Since the vane wheels of a multi-stage liquid-circuit gas pump are mounted on a common drive shaft and this shaft must rotate freely, there is a connection between the various stages along the tree.
As a result of the pressure drop between the stages, therefore, there is a return flow of gas and also liquid along the motor shaft towards the previous stage.
To avoid a reduction in efficiency, a special sealing device is advantageously provided between two stages.
A simple sealing ring, preventing back flow; has given good results.
In many cases it is necessary to prevent the passage of gas through the pump glands. For this purpose, sealing liquid is generally brought from outside onto the stuffing boxes. According to the invention, this sealing liquid can also be taken from the pump itself. According to the conditions
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pump service, this sealing liquid can be taken from the liquid circuit of the first, second or any other stage favorably placed from the point of view of pressure.
In summary, it should be noted that, thanks to the configuration according to the invention of the gas pump with a liquid circuit, the quantity of liquid to be introduced from the outside can be reduced from 50 to 75 % compared to known pump constructions. A significant saving in liquid is therefore achieved.
In addition, the driving power of the pump is also reduced, since the liquid, which was supplied in abundance, no longer needs to be supplied additionally by the pump as before.
An exemplary embodiment of a two-stage pump according to the invention has been shown in the accompanying drawing.
The gases are admitted through the suction pipe 1 into the suction chamber 2, upstream of the first stage of the pump, and from there, through the suction slot of the distribution plate 3, into the working chamber of the first stage comprising the paddle wheel 4 and the central body 5. They leave the working chamber of this stage through the pressure slot of the distribution plate 6 and reach the intermediate room 7 which simultaneously serves as a compression chamber for the first stage 16 and as a suction chamber for the second stage. From the intermediate part 7, the gases pass through the suction slot of the distribution plate 8 into the working chamber of the second stage, comprising the paddle wheel 9 and the central body 10.
They leave the working chamber of the second stage through the pressure slot of the distribution plate 11 and they reach the compression chamber 12 located downstream of this stage. They then exit the pump through the pressure pipe 13.
The coolant is directed either through the pipe 14 in the crankcase, from where it arrives, bypassing ,, the
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suction chamber 2, through a bore of the distribution plate 3, into the working chamber of the first stage, or it is introduced through the bore 15 in the housing into the suction chamber 2 and Then arrives with the gas, through the suction slot formed in the distribution plate 3, in the working chamber of the first stage. It may also be advantageous to divide the quantity of cooling water required and to feed some of it through the pipe 14 and the other through the bore 15 into the pump.
The sealing liquid for sealing the side gap of the paddle wheels is taken each time, as can be seen in the drawing, from the compression chamber of the respective stage. The first stage receives the sealing liquid coming from the compression chamber 16, downstream of the first stage, arranged in the intermediate part 7, and the second stage, that of the compression chamber 12 downstream of this stage. . The arrangement can be such that, as can be seen in the drawing, the sealing liquid can be supplied to the suction side of the working chamber through bores provided in the paddle wheels, or alternatively it is provided. again on this side of the paddle wheels a special chamber communicating with the corresponding compression chamber.
In such an arrangement, the sealing liquid is supplied separately to the two interstices between the distribution plates and the paddle wheels, which makes it possible to eliminate the bores of the paddle wheels.
It is the same for the replacement liquid as for the sealing liquid; it too is taken from the compression chamber of the respective stage. This sample is only shown on the drawing for the first stage. The liquid enters, through the lower bore of the distribution plate 6, from the compression chamber 16 into the working chamber of the first stage. It may also be useful to introduce more
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the other side, by a bore made in the distribution plate 3, for the replacement liquid in. the working chamber.
In this case, a special chamber must be provided on this side to be connected, as has already been indicated for the sealing liquid, to the compression chamber 16. In the second stage of the pump also, the replacement liquid can be supplied in the same way as in the first stage.
So that the design is not too complicated, this does not appear in the example shown, especially since the addition of replacement liquid is often not necessary for the second stage and. The following.
To prevent liquid from flowing from the second stage to the first along the shaft, a special sealing device is provided between the stages. In the drawing, this device ¯ is represented by a simple ring 17. This ring is mounted on the shaft with very little play. Thanks to the pressure differences prevailing in the neighboring stages, it always rests against a face. of the crankcase, thus preventing the passage of gas and liquid.
In cases of operation, in which it is necessary to prevent air from entering the pump from the outside through the cable glands, or gas escaping from the pump, apply usefully sealing liquid on the cable glands.
This sealing liquid can be taken from the circuit of one stage.
Depending on the operating conditions, ie whether the pump has to work with a high or medium vacuum or as a compressor, the sealing liquid can be taken from the circuit of the stage which corresponds best to the point from view of pressure conditions. In the drawing, the withdrawal of sealing liquid from the circuit of the first stage is represented, for example, by a random element provided in the central body 5.