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Mehrstufige Hochvakuumpumpe Die Erfindung betrifft eine mehrstufige
mechanische Hochvakuumpumpe zur Absaugung von Dämpfen. Mehrstufige Vakuumpumpen,
werden angewendet, um das Endvakuum zu verbessern und die Saugleistung der Hochvakuumstufe
bei gleichem Hubvolumen im Bereiche der niedrigeren Drücke zu steigern. Die größere
Förderleistung ergibt sieh durch den besseren volumetrischen Wirkungsgrad der Hocbvakuumstufe,
der zugleich mit dem Grenzvakuum steigt. Bei der Förderung trockener Gase wie beispielsweise
in der Röhrentechnik verwendet man Hochvakuumpumpen, bei denen sowohl die Hochvakuum-
wie auch die Vorvakuumstufe als sogenannter Trockenläufer arbeiten und die beiden
Pumpenstufen von gleicher Bauart sind, insbesondere als »Ölluftpumpen« ausgebildet.
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Anders liegen aber die Verhältnisse, wenn Dämpfe bzw. feuchte Gase
abgesaugt werden sollen und Wert auf die Erreichung eines hohen Endvakuums gelegt
wird. Verwendet man in einem solchen Fall Ölluftpumpen für beide Stufen, so tritt
beim Verdichtungsvorgang im Kolbenraum der gegen die Atmosphäre arbeitenden Vorvakuumpumpe
infolge Unterschreitung des Taupunktes der Feuchte unvermeidlich eine Kondensation
innerhalb des Pumpenschöpfraumes ein. Dabei mischen sich die Kondensattropfen mit
dem als Dichtungsflüssigkeit verwendeten Öl. Hierdurch wird nicht nur der Dampfteildruck,
der die Höhe des in der Vorstufe erreichbaren Endvakuums bestimmt, heraufgesetzt,
sondern es tritt außerdem durch die Wasseranreicherung eine Ölverdrängung ein, was
schließlich ungenügende Schmierung und Gefährdung der Laufteile der Pumpe sowie
Korrosionen zur Folge hat.
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Man hat versucht, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß man solche
Pumpen mit einer ständigen Ölerneuerung betreibt oder die Kondensattröpfchen durch
Einbau von Separatoren abtrennt. Ein anderes Mittel zur Verhinderung der Kondensatbildung
besteht darin, daß man die vakuumseitig arbeitende Pumpe mit Spülluft (Gasballast)
arbeiten läßt, indem man in den Kompressionsraum der Vorpumpe zu dem Zeitpunkt Luft
einströmen läßt, wo entsprechend der zunehmenden Kompression der Luft der Taupunkt
der Feuchte noch nicht unterschritten ist. Durch eine solche Maßnahme werden aber
sowohl die Saugleistung als auch das Endvakuum und damit der Wirkungsgrad der Vorstufe
herabgesetzt. Außerdem steigt der Kraftbedarf durch die zusätzlich zu fördernde
Spülluft an. Ein Erfolg konnte mit dieser Arbeitsweise nur erzielt werden, wenn
die abzusaugenden Dampfmengen verhältnismäßig gering sind. Überall dort, wo jedoch
nahezu ausschließlich Dämpfe abzusaugen sind, gibt auch das Arbeiten keine volle
befriedigende Lösung. Da außerdem die Dämpfe bzw. Feuchte von der Vorpumpe in Gasform
abgefördert werden müssen, muß die Vorpumpe mit einem verhältnismäßig großen, Saugvolumen
ausgelegt werden. Auch die Einschaltung von Zwischenkühlern zwischen den einzelnen
Pumpenstufen kann diesen Nachteil nicht voll beseitigen.
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Um nun bei hintereinandergeschalteten Hochvakuum-, Vorvakuum- und
gegebenenfalls Zwischenpumpen ein sehr hohes Endvakuum bei voller Ausnutzung der
Saugleistung der Pumpen zu erzielen, ist erfindungsgemäß die Anordnung getroffen,
daß die letzte, gegen die Atmosphäre arbeitende Vakuumpumpenstufc als naßlaufende
Pumpe mit Einspritzkondensation ausgebildet ist. Durch die Kondensation der Dämpfe
auf der Saugseite der Vorpumpe wird die Annäherung des Verdichtungsvorganges an
den idealen isothermischen Verlauf in dieser Pumpenstufe erreicht. Die Vorpumpe
hat also dann nur noch den nicht kondensierbaren Anteil zusammen mit dem verhältnismäßig
kleinen Volumen der Kühlflüssigkeit und des Kondensates abzufördern, so daß die
Vorvakuumstufe wesentlich kleiner gehalten "verden kann und die mechanische Verdichtungsarbeit
gleichmäßig auf die beiden Pumpenstufen verteilt wird.
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Beim erstmaligen Leerpumpen eines Rezipienten - dann also, wenn noch
kein besonders hohes Vakuum vorhanden ist - ist es zweckmäßig, die einzelnen Pumpenstufen
zunächst parallel arbeiten zu lassen, um mit einer größeren Saugleistung den Rezipienten
in kürzerer Zeit vorevakuieren zu können. Anschließend hieran werden die beiden
Pumpen dann in Reihe geschaltet, um das Hochvakuum zu erreichen.
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Es sind zu diesem Zweck gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung Schaltmittel,
wie z. B. Dreiwegehähne, vorgesehen, durch deren Betätigung die Parallel- bzw. Hintereinanderschaltung
erreicht wird. Durch die Anordnung einer Drehkolbeiiölluftpumpe
in
der Hochvakuumstufe und einer Naßläüferkolbenpumpe in der Vorvakitumstufe erreicht
man eine zweitgehende Kondensation der Dämpfe, so daß hier nur noch der unkondensierbare
Gasrest zu fördern ist, wobei die Kompressionswärme in der Vorstufe vom Einspritzwasser
aufgenommen wird. Die Hochv äkuümstufe erfüllt also lediglich die Bedingungen eines
mechanischen Vorverdichters der Brüdendämpfe ohne Kondensation, da sich dort die
Dämpfe stets oberhalb ihres Taupunktes befinden, so daß also hier die Ölfüllung
dieser Maschine durch die Anwesenheit von Feuchte in keiner Weise beeinträchtigt
wird.
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In der nachgeschalteten Vorvakuumnaßläuferpumpe wird dagegen die Kondensation
absichtlich herbeigeführt und so das Schöpfvolumen des Kolbens voll ausgenutzt.
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Ein Schaltbild für die zweistufige Wirkungsweise einer Drehkolbenfeinvakuumpumpe
mit Naßläufervorvakuumpumpe ist beispielsweise in der Zeichnung veranschaulicht.
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Abb. 1 zeigt- beide Pumpenstufen in Parallelschaltung während der
ersten Evakuierungsperiode; Abb.2 gibt die Pumpenstufen in Hintereinanderschaltung
zur Erzielung des angestrebten Hochvakuums wieder.
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Bei der Schaltung nach Abb. 1 ist der Saugstutzen 1 einer Hochvalcuumdrehleolbenpumpe
2 einerseits mit dieser Pumpe und andererseits über einen Dreiwegehahn 5 mit dem
Saugstutzen 8 einer Naßläufervorvakuumpumpe 7 unmittelbar verbunden. Die aus dem
Vakuumraum geförderten Gase werden von der Drehkol.benpumpe über einen Ölabscheider
3 und den Auspuff 4 und von der Naßläufervorvakuumpumpe über den Auspuff 6 ins Freie
gefördert. Der Strom der abgesaugten Gase teilt sich also im Saugstutzen der Hochvakuumpumpe
in zwei Flüsse, die von beiden vorhandenen Pumpen getrennt abgesaugt werden. Die.
Gesamtsaugleistung ist dabei größer als bei einer Hintereinanderschaltung beider
Pumpen.
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Das Schaltbild nach Abb. 2 gibt die Betriebs,#veise beider Pumpen
bei Hintereinanderschaltung wieder. Sobald ein Vakuum von etwa 801/o in dem zu evakuierenden
Raum erreicht ist, wird der Dreiwegehahn 5 umgeschaltet, so daß die unmittelbar
vom Saugstutzen 1 zu dem Dreiwegehahn 5 führende Leitung totgelegt und die zum Auspuff
4 der Drehkolbenpumpe führende Leitung geöffnet wird. Die zu evakuierenden Gase
strömen dann vom Saugstutzen über die Drehkolbenpumpe 2, den Ölabscheider 3 und
den gegenüber der Atmosphäre durch ein Rückschlagventil abgeschlossenen Auspuff
4 zum Dreiwegehahn 5. von dort zum Saugstutzen 8 der Vorvakuumpumpe 7 und durch
diese hindurch über den Auspuff 6 ins Freie. Durch die Nachschaltung der Naßläuferpumpe
6 wird die Vakuumleistung der Drehkolhenpumpe 2 erhöht, d. h. ein größeres Grenzvakuum
erzielt. Die feuchten Gase werden noch vor Erreichen des Taupunktes in die Naßläuferpumpe
eingesaugt, dort wird durch die Betriebsflüssigkeit die in den Gasen enthaltene
Feuchte niedergeschlagen bzw. absorbiert, wobei gegebenenfalls zusätzlich mit Einspritzkondensation
gearbeitet werden kann. Die Hochvakuumstufe bleibt auf diese Weise von den schädlichen
Wirkungen der Kondensation der sich verflüssigenden Dämpfe verschont und kann ohne
die damit verbundene Verschlechterung ihres Wirkungsgrades arbeiten.