DE1054652B - Mehrstufige Fluessigkeitsring-Vakuumpumpe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe, der Flüssigkeit von außen zugeführt wird.

Die derartigen Pumpen zugeführte Flüssigkeit hat die verschiedensten Aufgaben zu erfüllen:

1. Abführung der durch die Verdichtung entstehenden Wärme, d. h. Kühlung des Ringes (Kühlflüssigkeit),

2. Abdichten der Spalte zwischen den umlaufenden Rädern und den feststehenden Steuerscheiben bzw. dem Gehäuse (Abdichtflüssigkeit),

3. Ergänzung der aus dem Flüssigkeitsring herausgeschleuderten Flüssigkeit, die am Druckschlitz aus dem Arbeitsraum zusammen mit dem Gas austritt (Ersatzflüssigkeit). Außerdem kann sie noch die Aufgabe haben,

4. die Stopfbuchsen gegen den Durchtritt von Gas abzusperren (Sperrflüssigkeit).

Dabei braucht an sich natürlich nur derjenige Teil der Flüssigkeit, der als Kühlflüssigkeit dient, die erforderliche, dem auf der Saugseite der Pumpe herrschenden Vakuum entsprechende niedrige Temperatur aufweisen. Wenn aber, wie dies bei den bekannten Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen der Fall ist, die Flüssigkeit gleichzeitig mehrere Aufgaben erfüllen muß, so muß natürlich die gesamte Flüssigkeit die erforderliche Temperatur aufweisen.

Dies gilt auch z. B. für den Fall, daß die Flüssigkeit in eine den Dichtungsring enthaltende Kammer eingeführt wird und dann zum Schmieren bzw. Abdichten des Lagers dient oder wenn der Flüssigkeitsstrom vor Einführung in den Ring geteilt und ein Teil zur Schmierung der Lager verwendet wird, wie dies an sich bekannt ist.

In vielen Fällen ist es schwierig, genügend kalte Flüssigkeit in den bei den- bekannten Pumpen erforderlichen größeren Mengen laufend zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung bezweckt nun, die benötigte Menge an niedrig temperierter Flüssigkeit herabzusetzen, und zwar so weit, daß die zugeführte Menge gerade ausreicht, um die erforderliche Wärmeabfuhr zu bewirken. Dies wird bei der Vakuumpumpe nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die gesamte Flüssigkeit zuerst dem Ring zugeführt wird und dort zum Kühlen dient und daß die Abdichtungs-, Ersatz- und Sperrflüssigkeit der Pumpe selbst entnommen wird.

Dabei ergibt sich, daß nicht nur eine Einsparung in bezug auf die der Pumpe zuzuführende kalte Flüssigkeit erfolgt, sondern daß die Gesamtflüssigkeitsmenge gegenüber bekannten Pumpen um 50 bis 75% reduziert wird. Dadurch, daß die zugeführte Gesamtfmssigkeitsmenge reduziert wird, ist von der Pumpe auch nur eine kleinere Flüssigkeitsmenge zu Mehrstufige
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe

Anmelder:

Otto Siemen und Johannes Hinsch,
Itzehoe (Holst.)

verarbeiten, was eine Minderung des erforderlichen Leistungsbedarfes bewirkt.

Da die Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen stets in einem gewissen Bereich und nicht nur in einem Betriebspunkt gute Leistungen erbringen sollen, treten bei hohem saugseitigem Vakuum der Pumpe in der ersten Stufe kleinere Druckverhältnisse als in der zweiten Stufe auf, da der Auslegungspunkt, d. h. der Punkt, in dem die Pumpe theoretisch in beiden Stufen gleiche Druckverhältnisse liefern würde, bei geringem saugsertigem Vakuum liegt. Daraus folgt, daß bei hohem saugseitigem Vakuum die abzuführende Wärmemenge der ersten Stufe infolge der geringeren isothermen Verdichtungsleistung kleiner ist als die der zweiten Stufe. Zur Einhaltung einer durch das saugseitige Vakuum bestimmten Temperatur der Betriebsflüssigkeit bedarf es also nur der Zufuhr einer relativ geringen Kühlflüssigkeitsmenge.

Die zweite Stufe einer Flüssigkeitsring-Gaspumpe zeigt bei hohem Vakuum an der Saugseite der Pumpe ein größeres Verdichtungsverhältnis, was eine größere isotherme Verdichtungsleistung dieser Stufe zur Folge hat.

Entsprechend liegt auch die abzuführende Wärmemenge gegenüber der der ersten Stufe höher. Der absolute Eintrittsdruck des zu fördernden Gases ist jedoch gleich dem Enddruck der ersten Stufe, d. h., die Temperatur der Betriebsflüssigkeit dieser Stufe kann, ohne daß eine merkliche Leistungsminderung eintritt, um einige Grade höher liegen als in der ersten Stufe. Es ist also vorteilhaft, die Kühlflüssigkeit nur bei einer mehrstufigen Pumpe der ersten Stufe zuzuführen.

Nach einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit auf der Saugseite in den Saugraum vor dem Flügelrad zugeführt wird. Man kann aber auch die Kühlflüssigkeit direkt in die Zellen des Flügelrades einführen

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bzw. sie sowohl in den Saugraum vor dem Flügelrad als auch in die Zellen des Flügelrades einführen.

Auf der Druckseite der jeweiligen Stufe der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe wird außer der verdichteten Luft ein Teil der. in den Zellen mit umlaufenden Flüssigkeit aus dem Druckschlitz herausgeschleudert, was die laufende Zugabe von Wasser in den Flüssigkeitsring erforderlich macht. In den Druckräumen hinter den einzelnen Pumpenstufen findet im gewissen Umfang eine Trennung des Gases und der mit ausgetretenen Flüssigkeit statt, so daß sich in diesen Räumen Flüssigkeit ansammelt. Diese Flüssigkeit kann- nun dazu benutzt werden, die Spalte zwischen den Flügelrädern und den Steuerscheiben bzw. dem Gehäuse abzudichten und auch den Flüssigkeitsring wieder aufzufüllen.

Vorteilhafterweise entnimmt man dabei diese Abdicht- und Ersatzflüssigkeit dem Druckraum der jeweiligen Stufe. Die Zuführung durch einfache öffnungen in den Steuerscheiben kann dabei bewirkt werden. Eine weitere, normalerweise von außen zuzuführende Flüssigkeitsmenge stellt die Sperrflüssigkeit dar, die auf die Stopfbuchsen gegeben wird und Gas oder Luft daran hindern: soll, in die Pumpe einzutreten bzw. durch die Stopfbuchsen aus der Pumpe auszutreten. Vorteilhafterweise kann auch diese Sperrflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsring einer Stufe entnommen werden.

Die Entnahme der Abdicht- und Ersatzflüssigkeit aus dem jeweils zu dem betreffenden Flügelrad gehörenden Druckraum hat außerdem zur Folge, daß sich bei jedem von der Stufe zu verarbeitenden Druckverhältnis die zugeführten Meogen durch richtige Auslegung der die Zuführung bewirkenden Öffnungen den Betriebsverhältnissen der Stufe selbsttätig anpassen. Beispielsweise erfolgt bei einer Hochvakuumpumpe, die bei niedrigem Vakuum betrieben wird, die Verdichtung vom Anfangs- bis zum Enddruck fast ausschließlich innerhalb der ersten Stufe. Das Druckverhältnis wird also bei diesem Betriebsfall in der ersten Stufe relativ groß. Folglich muß auch die zur Abdichtung der Spalte seitlich der Flügelräder zugeführte Flüssigkeitsmenge entsprechend groß sein.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Auffüllung des Flüssigkeitsringes, d. h. bei der Zugabe der Ersatzflüssigkeit. Wenn die entsprechende Pumpenstufe ein relativ hohes Druckverhältnis zu überwinden hat, benötigt der Flüssigkeitsring dieser Stufe dazu eine entsprechend große Energiemenge. Im Bereich des Druckschlitzes tritt in den äußeren Zonen des FHissigkeitsringes eine starke Verzögerung auf, wodurch der Flüssigkeitsring tiefer in die Zellen hineingedrückt und als Folge davon ein Teil der Flüssigkeit mit aus dem Druckschlitz herausgeschleudert wird.

Durch die Entnahme dieser Ersatz- bzw. Abdichtflüssigkeit aus dem Druckraum der ersten Stufe wird die Zufuhr dieser relativ großen Flüssigkeitsmenge gewährleistet, da der Druckunterschied zwischen dem Druckraum und den Laufradzellen bzw. der Nabe der ersten Stufe sich in entsprechender Größe verhält.

Arbeitet dieselbe Pumpe bei hohem Vakuum auf der Saugseite, so wird erfahrungsgemäß von der ersten Stufe nur eine relativ geringe Verdichtung und ein entsprechend geringes Druckverhältnis verarbeitet. In diesem Falle benötigt man zur Abdichder Spalte seitlich der Flügelräder eine entsprechend geringe Flüssigkeitsmenge. Es bildet sich auch ein verhältnismäßig glatter Flüssigkeitsring aus, und die mit dem Gas aus dem Druckschlitz austretende Flüssigkeitsmenge ist entsprechend gering. Bei der erfindungsgemäßen Zufuhr dieser Ersatz- und Ab-

■ 5· dichtungsflüssigkeit aus dem Druckraum der ersten Stufe wird wegen des zwischen diesem Druckraum und den Laufradzellen bzw. der Nabe des Flügelrades nur geringen Druckunterschiedes durch die Zuführungsöffnungen auch nur eine geringe Flüssigkeitsmenge zugeführt.

Bisher erfolgte die Zufuhr der Abdichtflüssigkeit

aus einem gesonderten Behälter (Umlaufbehälter), aus dem Leitungsnetz bzw. von einer gesonderten

■ Flüssigkeitspumpe. Bei Zuführung der Flüssigkeit aus einem Umlaufbehälter wird in jedem Betriebspunkt eine dem saugseitigen Vakuum der Pumpe entsprechende Flüssigkeitsmenge zugeführt. Das bedeutet, daß, wenn die Pumpe bei geringem saugseitigem Vakuum arbeitet, infolge des geringeren Druckunterschiedes zwischen der zugeführten Flüssigkeit und dem auf der Saugseite der Pumpe herrschenden Druck die Zuführungsleitung so groß bemessen sein muß, daß eine ausreichende Flüssigkeitsmenge in die Pumpe gelangt. Bei Betrieb mit saugseitig hohem Vakuum wird auf Grund des dann größeren Druckunterschiedes zwischen Umlaufbehälter und Saugseite der Pumpe die zugeführte Flüssigkeitsmenge entsprechend größer, obwohl in diesem Betriebsbereich eine geringere Menge erwünscht wäre.

Bei Zuführung der Flüssigkeit aus dem Leitungsnetz bzw. mittels einer Flüssigkeitsringpumpe verändert sich der Druckunterschied zwischen der Flüssigkeit in der Zuführungsleitung und Saugseite der Pumpe nur wenig, da der Druck im Wasserleitungsnetz bzw. der Enddruck der Flüssigkeitspumpe mindestens 3 bis 4 atü betragen wird. Daraus folgt dann, daß die zugeführte Betriebsflüssigkeitsmenge auch in allen Betriebsfällen nahezu konstant bleibt, was aber aus den bereits beschriebenen Gründen ebenfalls unerwünscht ist.

Bei Zuführung der Flüssigkeit von einer Stelle außerhalb der Pumpe kann bei Vakuumpumpenbetrieb die richtige Dosierung der zuzuführenden Flüssigkeitsmenge also nur für einen bestimmten Betriebspunkt der Pumpe verwirklicht werden. In allen anderen Bereichen erfolgt eine zu geringe oder aber zu reichliche Zufuhr von Kühl-, Ersatz- und Abdichtflüssigkeit. Beides bewirkt eine Verminderung der

so Förderleistung der Pumpe, die zu reichliche Zufuhr von Flüssigkeit außerdem eine Erhöhung des Leistungsbedarfes.

Bei der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe nach der Erfindung liegt die Temperatur des Betriebswassers der ersten Stufe unter der Betriebswassertemperatur der zweiten Stufe. Aus den bereits dargelegten Gründen muß aber die Temperatur in der ersten Stufe bei hohem saugseitigem Vakuum der Pumpe eingehalten werden und ein Zurückströmen des wärmeren Betriebswassers der zweiten Stufe in die erste Stufe vermieden werden. Das Zurückströmen kann entlang der Welle erfolgen. Um das zu verhindern, ist vorteilhafterweise zwischen den Stufen eine Abdichtung angeordnet, die vorzugsweise aus einem einfachen Ring bestehen kann.

In der Zeichnung ist eine zweistufige Pumpe gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Die Gase gelangen durch den Saugstutzen 1 in den Saugraum 2 vor der ersten Pumpenstufe und von dort durch den Saugsöhlitz der Steuerscheibe 3 in den

Arbeitsraum der ersten Stufe mit dem Flügelrad 4 und dem Mrttelkörper 5. Aus dem Arbeitsraum dieser Stufe treten sie am Druckschlitz der Steuerscheibe 6 aus und gelangen in das Zwischenstück 7, welches gleidhzeitig der Druckraum der ersten Stufe 16 und der Saugraum der zweiten Stufe ist. Vom Zwischenstück? tretan die Gase durch den Saugschlitz der Steuerscheibe 8 in den Arbeitsraum der zweiten Stufe mit Flügelrad 9 und Mitteltkörper 10. Durch den Druckschutz der Steuerscheibe 11 verlassen sie den Arbeitsraum der zweiten Stufe und gelangen in den Druckraum 12 hinter dieser Stufe. Durch den Druckstutzen 13 verlassen sie dann die Pumpe.

Die Kühlflüssigkeit wird entweder am Stutzen 14 in das Gehäuse geleitet und gelangt von dort unter Umgehung des Saugraumes 2 durch eine Bohrung in der Steuerscheibe 3 in den Arbeitsraum der ersten Stufe, oder sie wird durch die Bohrung 15 am Gehäuse in den Saugraum 2 eingeführt und gelangt dann zusammen mit dem Gas durch den Saugschlitz in der Steuerscheibe 3 in den Arbeitsraum der ersten Stufe. Es kann auch vorteilhaft sein, die erforderliche Kühlwassermenge aufzuteilen und einen Teil am Stutzen 14 und den anderen Teil durch die Bohrung 15 in die Pumpe zu leiten.

Die Abdichtflüssigkeit zur Abdichtung der Spalte seitlich der Flügelräder wird, wie die Zeichnung erkennen läßt, aus dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen. Die erste Stufe erhält die Abdichtflüssigkeit aus dem Druckraum 16 hinter der ersten Stufe, der sich im Zwischenstück 7 befindet, die zweite Stufe aus dem Druckraum 12 hinter dieser Stufe. Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß, wie in der Zeichnung dargestellt ist, die Abdichtungsflüssigkeit zur Saugseite des Arbeitsraumes durch Bohrungen in den Flügelrädern geleitet wird, oder aber, daß auch an dieser Seite der Flügelräder noch ein besonderer Raum vorgesehen wird, der mit dem entsprechenden Druckraum in Verbindung steht. Bei einer derartigen Anordnung wird dann die Abdichtflüssigkeit den φο beiden Spalten zwischen den Steuerscheiben und Flügelrädern getrennt zugeführt, und die Bohrungen in den Flügelrädern können entfallen.

Für die Ersatzflüssigkeit gilt das gleiche wie für die Abdichtflüssigkeit, auch sie wird dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen. In der Zeichnung ist diese Entnahme nur für die erste Stufe dargestellt. Die Flüssigkeit tritt durch die untere Bohrung in der Steuerscheibe 6 aus dem Druckraum 16 in den Arbeitsraum der ersten Stufe ein. Es kann zweckmäßig sein, auch durch eine Bohrung in der Steuerscheibe 3 von der anderen Seite noch Ersatzflüssigkeit in den Arbeitsraum einzuführen. Es ist dann auf dieser Seite ein besonderer Raum vorzusehen, der, wie bei der Abdichtflüssigkeit schon angegeben, mit dem Druckraum 16 verbunden werden muß. Auch bei der zweiten Pumpenstufe kann die Ersatzflüssigkeit in gleicher Weise zugeführt werden wie bei der ersten Stufe. Um die Zeichnung nicht zu kompliziert werden zu lassen, ist bei dem dargestellten Beispiel darauf verzichtet worden, zumal sich auch die Zugabe von Ersatzflüssigkeit zur zweiten oder weiteren Stufen oft erübrigt.

Um zu verhindern, daß Flüssigkeit von der zweiten in die erste Stufe entlang der Welle strömt, ist zwischen den Stufen eine besondere Abdichtung vorgesehen. In der Zeichnung ist diese Abdichtung als einfacher Ring 17 dargestellt. Dieser Ring sitzt mit engem Spiel auf der Welle. Durch die Druckunterschiede in den benachbarten Stufen liegt er immer an einer Gehäuseseite an und verhindert dadurch den Durchtritt von Gas und Flüssigkeit.

Bei Betriebsfällen, bei denen verhindert werden muß, daß Luft von außen durch die Stopfbuchsen in die Pumpe gelangt oder auch kein Gas aus der Pumpe austreten soll, wird zweckmäßig Sperrflüssigkeit auf die Stopfbuchsen gegeben. Die Sperrflüssigkeit kann aus dem Ring einer Stufe entnommen werden. Je nach den Betriebsverhältnissen, d. h. ob die Pumpe bei hohem oder mittlerem Vakuum oder bei Kompressorbetrieb zu arbeiten hat, kann dann die Sperrflüssigkeit aus dem Ring der Stufe entnommen werden, die den Druckverhältnissen nach am besten geeignet ist. In der Zeichnung ist beispielsweise die Entnahme von Sperrflüssigkeit aus dem Ring der ersten Stufe durch eine Bohrung im Mittelkörper 5 dargestellt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Mehrstufige Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe, der Flüssigkeit von außen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Flüssigkeit zuerst dem Ring zugeführt wird und dort zum Kühlen dient und daß die Abdichtungs-, Ersatz- und Sperrflüssigkeit der Pumpe selbst entnommen wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit nur der ersten Stufe zugeführt wird.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit auf der Saugseite in den Saugraum vor dem Flügelrad zugeführt wird.

4. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit direkt in die Zellen des Flügelrades eingeführt wird.

5. Pumpe nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit sowohl in den Saugraum vor dem Flügelrad als auch in die Zellen des Flügelrades eingeführt wird.

6. Pumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zur Abdichtung der Spalte seitlich der Flügelräder (Abdichtflüssigkeit) aus dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen wird.

7. Pumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zur Auffüllung des Flüssigkeitsringes (Ersatzflüssigkeit) dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen wird.

8. Pumpe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zur Abdichtung der Stopfbuchsen (Sperrflüssigkeit) aus dem Flüssigkeitsring einer Stufe entnommen wird.

9. Pumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Stufen eine Abdichtung angeordnet ist.

10. Pumpe nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen den Stufen aus einem einfachen Ring besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 167 541;
schweizerische Patentschrift Nr. 71 727;
britische Patentschrift Nr. 462 208.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen