Rüssigkeitsring"Verdichter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsring-Verdichter mit mindestens einem Flügelrad, dessen Flügelzellenräume zu mindestens einer eine Ausströmöffnung enthaltenden Steuerscheibe hin offen sind, wobei diese Ausströmöffnung seitlich des Flügelrades im Bereich der Flügel liegt.
Flüssigkeitsring-Verdichter bzw. die einzelnen Stufen eines mehrstufigen Flüssigkeitsring-Verdichters sind hydraulisch jeweils für eine bestimmte Fördermenge und ein bestimmtes Druckverhältnis ausgelegt. Diese Förderleistungen bestimmen einmal die Abmessungen des Förderraumes - Breite und Durchmesser des Flügelrades, Flügelzahl, Flügelvorkrümmung, Durchmesser des Gehäuses - zum anderen bedingen sie auch Grösse und Form der Druchströmöffnungen für das Fördermedium. Insbesondere das von der Stufe zu überwindende Druckverhältnis ist für ihre Gestaltung massgebend.
Der Verdichter fördert nun aber nicht immer nur in dem Betriebspunkt, für den er ausgelegt ist, er muss vielmehr im Rahmen der meisten Einsatzfälle mehr oder weniger grosse Druckbereiche durchfahren. Das bedeutet, dass er auch in solchen Bereichen arbeiten muss, für die er nicht optimal ausgelegt ist, und in denen er deshalb auch keine optimale Leistung erbringen kann. Ausser einer Verringerung der Förderleistung macht sich das in einem entsprechend ungünstigeren Leistungsverhalten und daraus resultierenden ungünstigeren Wirkungsgrad bemerkbar.
Das Druckverhältnis des Verdichters ist massgebend für die Länge der Durchströmöffnungen des Fördermediums in Umfangsrichtung. Um bei unterschiedlichen Druckverhältnissen möglichst wirtschaftlich zu arbeiten, ist es bekannt, einen Teil der Ausströmöffnung mit selbsttätigen Ventilen abzudekken, welche die Länge der Ausströmöffnung automatisch den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen. Darüberhinaus hat es sich gezeigt, dass der optimale Verlauf der radial äusseren Begrenzung der Ausströmöffnung für die verschiedenen Druckverhältnisse unterschiedlich ist.
Bei hohem Druckverhältnis wird dem Verdichter sehr viel Betriebsflüssigkeit zugeführt und es ist deshalb notwendig, eine entsprechende Menge dieser Betriebsflüssigkeit auf der Druckseite des Verdichters durch die Ausströmöffnung zusammen mit dem geförderten Gas wieder auszustossen. Dabei können an der äusseren, scharfen Begrenzungskante der Ausströmöffnung direkt neben dem Flügelrad extrem hohe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen, so dass hier örtlich Kavitation mit den bekannten schädlichen und zerstörenden Erscheinungen auftritt. Ferner kann es vorkommen, dass der Flüssigkeitsüberschuss nicht ausreichend durch die Ausströmöffnung abgeführt wird, so dass es im Bereich der stärksten Kompression, dem sogenannten Scheitel, zu Flüssigkeitsstauung kommt, indem der Flüssigkeitsring bis an die Nabe herantritt.
Diese Erscheinung führt zu einem hohen Leistungsverlust des Verdichters in diesem Betriebsbereich und zu einer hohen Wellenbelastung, die sogar Wellenbruch verursachen kann.
Während also bei hohem Druckverhältnis eine möglichst ungehinderte, leichte Abströmung des Überschusses der Betriebsflüssigkeit vorteilhaft ist, wünscht man sich bei geringerem Druckverhältnis, dass aus der Ausströmöffnung möglichst wenig Flüssigkeit mit dem geförderten Gas ausströmt, da der Pumpe in diesem Betriebsbereich nur relativ wenig Betriebsflüssigkeit zugeführt wird und bei zu grossem Flüssigkeitsverlust durch die Ausströmöffnung die Förderung beeinträchtigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsring-Verdichter zu schaffen, der diesen einander diametral entgegengesetzten Forderungen gerecht wird.
Erfindungsgemäss wurde die Lösung darin gefunden, dass man die radial äussere Begrenzungskante der Ausströmöffnung an der dem Flügelrad zugekehrten Seite mindestens teilweise abschrägt bzw. abrundet.
Fördert der Verdichter bei geringem Druckverhältnis und erhält er nur wenig Betriebsflüssigkeit zugeführt, so tritt nur eine geringe Betriebsflüssigkeitsmenge mit dem geförderten Gas aus den Flügelradzellen durch die Ausströmöffnung aus.
Die abgerundete bzw. abgeschrägte radial äussere Begrenzungskante hat offenbar die Wirkung, dass die notwendige Betriebsflüssigkeitsmenge im Förderraum der Pumpe zurückgehalten wird. Andererseits scheint die Abrundung bei hohem Druckverhältnis, wenn dem Verdichter also eine grosse Menge an Flüssigkeit zugeführt wird, erstaunlicherweise das Gegenteil zu bewirken, da die Kavitationserscheinungen verschwinden und ein Flüssigkeitsstau im Scheitel weniger leicht auftritt, was auf einen erheblichen Flüssigkeitsaustritt zurückgeführt werden muss.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man an der radial äusseren Begrenzung der Ausströmöffnung mit Abschrägung bzw. Abrundung an der dem Flügelrad zugekehrten Seite vor Beginn der Schrägung oder Rundung einen schmalen achsparallelen Randstreifen vorsieht. Da die dem Flügelrad zugekehrte Seite der Steuerscheibe oder Begrenzungswand stets noch bearbeitet werden muss, weil zwischen ihr und dem Flügelrad nur ein sehr kleiner Spalt verbleibt, bringt dieser schmale Randstreifen den Vorteil, dass die radial äussere Kontur der radial äusseren Begrenzungskante der Ausströmöffnung unabhängig von der Bearbeitung gleich bleibt. Ist dieser Randstreifen nicht vorhanden, so muss man an die Guss- und Fertigungsgenauigkeit hohe Anforderungen stellen, ist sie vorhanden, kann man der Giesserei und der Fertigung die üblichen Toleranzen zubilligen.
Es hat sich gezeigt, dass dieser schmale, beispielsweise als gerade Kante bzw. Fase ausgebildete Randstreifen, der weniger als ein Millimeter Breite aufweisen sollte, keinen nachteiligen Einfluss hat.
Anhand der beigefügten Zeichnungen sei die Erfindung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die seitliche Begrenzungswand eines Flügelrades einer Flüssigkeitsring-Gaspumpe mit Ein- und Ausströmöffnungen für das Fördermedium.
Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte gemäss Linie A/B nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist das vor der Zeichenebene liegende Flügelrad mit der Nabe 4 und den Flügeln 5 strichpunktiert angedeutet.
Das Fördermedium gelangt in die Flügelradzellen durch die Eintrittsöffnung 2 und verlässt die Flügelradzellen durch die seitlich vom Flügelrad angeordnete radial im Bereich der Radflügel liegende Ausströmöffnung 3. Beide Öffnungen befinden sich in der seitlich vom Flügelrad angeordneten Wand 1.
Die radial äussere Begrenzungskante 3a dieser Ausströmöffnung 3 ist, wie in den Figuren 2 und 3 deutlich dargestellt, mit einer Rundung bzw. Abschrägung 3c versehen. Die Rundung bzw. Schrägung 3c mündet dann schliesslich ein in die senkrecht zur Ebene des Flügelrades laufende Kante 3b der Ausströmöffnung. Aus den Figuren 2 und 3 lässt sich deutlich die erwähnte schmale gerade Kante oder Fase 3a ersehen, die an der radial äusseren Begrenzung der Ausströmöffnung 3 vor Beginn der Schrägung oder Rundung 3c auf der dem Flügelrad zugewandten Seite vorgesehen ist.
Es sei noch erwähnt, dass die Ausbildung der radial äusseren Begrenzung der Ausströmöffnung sich nicht unbedingt in Umfangsrichtung gesehen über die ganze Breite der Ausström öffnung erstrecken muss. Es kann ausreichen, wenn sie sich über einen Teil der Ausströmöffnung erstreckt, insbesondere über den im Umlauf von den Flügeln zuerst erreichten Teil.