Mehrstufige Flüssigkeitsring-Gaspumpe Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsring-Gaspumpe in mehrstufiger Bauart.
Sollen Flüssigkeitsring-Gaspumpen bei ho hen Druckverhältnissen arbeiten, dann wer den sie, um einen vertretbaren Wirkungsgrad zlt erreichen, mehrstufig ausgeführt. Dabei ist es wichtig, dass die einzelnen Stufen bestmög lich aufeinander abgestimmt werden. Diese Abstimmung muss sich nicht nur auf das sich von Stufe zu Stufe ändernde Gasvolumen er strecken, sondern es muss auch dafür gesorgt werden, dass der Flüssigkeitsring aus seinem Energiegehalt die erforderliche Verdiehtungs- leist.ung aufbringen kann.
Bei den zur Zeit bekannten Flüssigkeits- ring-Gaspumpen mehrstufiger Bauart sind die einzelnen hintereinandergeschalteten Stu fen einfachwirkend ausgeführt, das heisst der Flüssigkeitsring schwingt je Laufradumdre- hun;- nur einmal aus der Laufradschaufelung aus ,und wieder in diese ein. Zur Abstimmung der Stufen aufeinander werden dabei v erschie- deneWege beschritten.
Es gibt Ausführungen, bei denen eine Ab stimmung der Stufen nur durch Veränderung der Radbreiten erfolgt, das heisst, die nach geschalteten Stufen erhalten, dem kleineren Grasvolumen entsprechend, schmälere Räder, die übrigen Radabmessungen bleiben in allen Stufen gleich. Der Nachteil einer solchen Aus führung liegt darin, dass mit der abnehmen den Radbreite auch der Energiegehalt des Flüssigkeitsringes abnimmt, womit das in den naeligeschalteten Stufen erreichbare Druck verhältnis sehr klein wird. Derartige Ausfüh rungen werden praktisch nur bis zu zwei Stu fen ausgeführt, da schon ab drei Stufen der Aufwand in keinem Verhältnis mehr zum Er folg steht.
Dieser Nachteil wird bei andern Konstruk tionen dadurch vermieden,- dass, um in den naehgesehalteten Stufen eine höhere Ring energie zur Verfügung zu haben, deren Räder mit vergrösserten Durchmessern ausgeführt werden, die dann aber wegen der volumen mässigen Abstimmung sehr schmal sein müs sen. Diese Ausführung hat den Nachteil, dass sich einmal durch die grossen Durchmesser ein hohes Pumpengewicht ergibt und zum andern durch die geringen Radbreiten, bei denen die Verluste relativ gross sind, nur unbefriedi gende Wirkungsgrade erreichen lassen.
Von der Möglichkeit, durch Veränderung der Schaufelwinkel in den einzelnen Stufen die Ringenergie dem jeweiligen Energiebedarf anzupassen, kann nur selten Gebrauch ge macht werden, da. meistens schon in der ersten Stufe die spezifische Leistung durch die Wahl der geeigneten Schaufelwinkel sehr hoch ge- trieben ist, eine weitere Steigerung also er hebliche Schwierigkeiten bereitet.
Allen diesen oben beschriebenen Massnah men zur gegenseitigen Abstimmung der Stu fen haften, wie mann sieht, zum Teil sehr starke Mängel an, die auch bei der Kombination meh rerer dieser Massnahmen nicht zu vermeiden sind. Zweck der vorliegenden Erfindung ist, bei Ausnutzung der Vorteile der bisher ausge- führten Konstruktionen von mehrstufigen Flüssigkeitsring-Gaspumpen in einfach wir kender Bauart deren Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, wenigstens eine einfach wirkende Stufe mit wenigstens einer doppeltwirkenden Stufe, das ist eine solche, bei welcher der Flüssigkeits ring während einer Laufradumdrehung zwei mal aus der Laufradschaufelung aus- und wie der in diese einschwingt, zu kombinieren. Durch diese Kombination können die Vorteile jeder der beiden Bauweisen voll ausgenutzt werden.
Theoretische Untersuchungen, die durch die Praxis bestätigt wurden, haben ergeben, dass auf gleiche Laufradbaumasse bezogen die Fördermenge einer sogenannten doppeltwir- kenden Pumpe nicht grösser ist als die einer einfachwirkenden Pumpe, sofern es sich um Gebläse für Drücke bis etwa 15 m Wassersäule und um Vakuumpumpen handelt und gleiche Wirkungsgräde zugrunde gelegt werden.
Diese überraschende Feststellung findet ihre Erklä rung darin, dass die mittleren Relativgeschw in- digkeiten des in radialer Richtung aus- und einschwingenden Flüssigkeitsringes einer dop peltwirkenden Pumpe kleiner sein müssen, als es bei der einfachwirkenden Pumpe der Fall ist; denn die Schaufelreibungsverlustleistun- gen wachsen mit der dritten Potenz der mitt leren Relativgeschwindigkeit und sind propor tional der benetzten Schaufelfläche.
Eine dop peltwirkende Pumpe mit relativ gutem Wir kungsgrad wird daher immer im Vergleich mit einer entsprechenden, einfachwirkenden Maschine Laufräder mit ausgesprochen kur zen Schaufeln aufweisen, und die Förder- menge dieser Bauart ist, bezogen auf den Einbauraum des Rades, relativ klein.
Dagegen ist die doppeltwirkende Pumpe hinsichtlich des Leistungsvermögens ihres Flüssigkeitsrin ges einer einfachwirkenden Pumpe gleicher Umfangsgeschwindigkeit überlegen, denn der auf der Saugseite der doppeltwirkenden Pumpe vom Laufrad auf den Flüssigkeitsring als Energieträger und auf die Masse dieses Ener gieträgers bezogene abgegebene Impuls ist wegen des schnellen Austretens der Flüssig keitskolben auf dem kurzen Saugsektor und der damit verbundenen grossen Geschwindig keitszunahme in Umfangsrichtung grösser als bei der einfachwirkenden Pumpe.
So gibt es zum Beispiel einstufige doppeltwirkende Was serringverdichter, die bei vertretbaren -Wir kungsgraden Gegendrücke von 3 atü und höher überwinden. Das Gewicht dieser Ma schinen ist. aber wegen der in der doppelt wirkenden Bauart begründeten geringen Radausnutzung (kleine Fördermenge, be zogen auf den Einbaurahm des Laufrades) unverhältnismässig hoch, so dass die Reduzie rung der von der doppeltwirkenden Pumpe zu verarbeitenden Fördermenge durch Vorschal ten einer mit gutem Wirkungsgrad arbeiten den, einfachwirkenden Flüssigkeitsring-Pumpe vorteilhaft ist,
da hierdurch der Bauaufwand vermindert und gleichzeitig der Gesamtwir kungsgrad erhöht wird.
Bei mittleren Druckverhältnissen werden bei der doppeltwirkenden Stufe die beiden Arbeitsräume zweckmässig parallel geschaltet. Für grössere Druckverhältnisse, bei denen grosse Volumenänderungen auftreten, kann es auch vorteilhaft sein, die beiden Arbeitsräume der doppeltwirkenden Stufe hintereinanderzu- schalten, wobei dann die Verkleinerung des Gasvolumens in dem nachgeschalteten Arbeits raum durch Verkleinerung der sogenannten Ausbauchung, das heisst indem man den Ring durch entsprechende Formgebung des Mittel körpers nicht so weit aus der Schaufelung austreten lässt, berücksichtigt werden kann.
Bei sehr grossen Druckverbältnissen kann es vorteilhaft sein, sowohl wenigstens eine ein fachwirkende Stufe als auch wenigstens eine. doppeltwirkende Stufe mit Parallelsehaltung der Arbeitsräume und wenigstens eine dop peltwirkende Stufe mit Hintereinanderschal- tung der Arbeitsräume in einer Pumpe zu vereinigen.
Da bei einer doppeltwirkenden Stufe mit parallel gesehalteten Arbeitsräumen die R.a- dialdrücke auf die Welle sich normalerweise aufheben, treten an der Pumpenseite, an der die doppeltwirkende Stufe oder Stufen an geordnet sind, nur geringe Wellen- und ins besondere Lagerbelastungen auf, so dass es in einzelnen Fällen möglich sein wird, dort ein dureh die Betriebsflüssigkeit geschmiertes Gleitlager im Innern der Pumpe vorzusehen. 'iehtig ist dies besonders für Verdichter mit hohen Drücken, da. durch eine derartige An ordnung die Hochdruckstopfbuehse entfallen kann.
Dieser Vorteil wird sich ganz besonders bei Pumpen auswirken, bei denen die Betriebs flüssigkeit aus Säuren besteht, gegen die eine einwandfreie Abdiehtung der Wellendurch führung besonders wichtig, aber sehr schwie rig ist.
Eine patentgemässe Ausführung zeigen bei spielsweise die anliegenden Zeichnungen. Fig.1 stellt dabei einen Längsquerschnitt dureh die Flüssigkeitsringpumpe dar, Fig. 2 einen Querschnitt an der Stelle I-1 durch die erste Stufe und Fig. 3 einen Querschnitt II-11 durch die zweite Stufe der Pumpe.
Das zu fördernde Gas tritt durch den Saugstutzen 1 in den Saugraum 2 der Pumpe und gelangt von dort durch den Saugschlitz 3 der Steuerscheibe 4 in die Zellen des Flügel rades 5 der ersten Stufe. Durch den Druck schlitz 6 der Steuerscheibe 7 verlässt das Gas die Zellen des Flügelrades 5 und gelangt in den Druckraum 8 der ersten Stufe, der mit dem Saugraum 9 der zweiten Stufe direkt ver bunden ist. Durch die Saugschlitze 10 in der Steuerscheibe 11 der zweiten Stufe tritt das (las in die Zellen des Flügelrades 12 und ge langt durch die Druckschlitze 13 der Steuer scheibe 14 über den Druckraum 15 der zweiten Stufe in den Druckstutzen 16 der Pumpe.
Die dargestellte Ausführung besitzt dem nach eine einfachwirkende erste Stufe und eine doppeltwirkende zweite Stufe, wobei die bei den Arbeitsräume der zweiten Stufe parallel geschaltet sind. Die Zufuhr der Betriebsflüs sigkeit erfolgt auf der Saugseite durch den Stutzen 18.
Die Pumpe besitzt- an der Druckseite, also an. der Seite, an der die doppeltwirkende Stufe sich befindet, ein flüssigkeitsgeschmiertes Gleitlager 17, .wodurch an dieser Stelle die übliehe Stopfbuchspackung entfallen kann. Selbstverständlich können unter geeigneter Unterteilung des Zwischengehäuses zwischen den Steuerscheiben 7 und 11 die beiden Ar beitsräume der 2. Stufe auch hintereinander geschaltet werden.
Um die Pumpe nach dem Patentanspruch und Unteranspruch 3 zu erhalten, müsste in der zeichnungsmässig dargestellten Ausfüh rung zttsätzlieh noch ein drittes Flügelrad hinzugefügt werden, das ebenfalls zwei Ar beitsräume aufweist, die dann jedoch hinter einandergeschaltet sind.